超高扬程垂直升船机塔柱结构型式及抗震性能分析

为确定升船机塔柱结构筒体尺度,将高扬程升船机塔柱结构简化为薄壁筒体结构,控制塔柱顶部位移满足相关规范要求,基于悬臂梁法,编写程序计算筒体宽度与壁厚之间的关系。根据塔柱结构设计原则和使用要求,在保证混凝土用量相近的条件下,拟定了固定壁厚、变壁厚两种超高扬程塔柱结构型式尺度;采用ABAQUS有限元软件建立了固定壁厚和变壁厚两种塔柱结构计算模型,分析了超高扬程大型升船机塔柱结构在三种不同烈度地震荷载下的动力响应。计算结果表明,在不同地震烈度作用下,变壁厚塔柱结构的顶部位移及加速度、惯性力、筏形基础的拉、压应力较小,变壁厚塔柱结构的抗震性能优于固定壁厚塔柱结构。

高扬程升船机不同壁厚塔柱结构的抗震性能分析

基于200米级高扬程升船机固定壁厚塔柱结构形式,以混凝土用量一致为原则,拟定变壁厚塔柱结构形式。采用有限元软件ABAQUS,分别建立了固定壁厚和变壁厚两种塔柱结构模型,对塔柱结构的动力响应进行对比分析。结果表明:1)在自重荷载、风荷载和8度地震作用下,固定壁厚塔柱结构和变壁厚塔柱结构的顶部最大位移分别为38.5、34.7 cm,均满足规范限值。2)3条地震波作用下,两种塔柱结构的顶部加速度比底部加速度都大,呈现加速度放大效应,放大2倍左右。3)筏形基础与塔柱结构交界面出现了压应力集中,筏形基础左右、中间部分及筒体内部区域出现了拉应力集中。塔柱截面和挡土墙交界处易发生应力集中。4)变壁厚塔柱结构的顶部最大位移,筏形基础的最大拉、压应力,截面最大等效应力,均比固定壁厚要小较多。变壁厚塔柱结构形式更优。

考虑船舶影响的升船机结构动力特性

运用ANSYS有限元软件建立了包含塔柱、承船厢、水体、船舶、提升系统等构件的大型垂直升船机整体模型,计算分析了升船机结构的动力特性。计算结果表明:横荡、扭转、纵荡是承船厢结构低阶主要振型。厢内有船会降低承船厢系统的自振频率,其有船与无船工况下横荡自振频率分别为0. 130 9 Hz和0. 280 5 Hz;升船机整体结构低阶特征振型主要包括整体系统的横向摆动、绕竖向的扭转、纵向摆动。承船厢内有无船舶计算得到的同种振型下升船机整体结构的自振频率相差很小,表明船舶对升船机整体结构自振特性的影响不大;承船厢位置的升高会使得升船机整体结构的自振频率降低;承船厢位置的变化对升船机低阶振型影响较大,对高阶振型的影响较小。

基于修正Housner模型的承船厢结构动力响应研究

针对地震作用下承船厢结构受力问题,进行厢-水-船耦合动力响应研究。利用ANSYS软件建立承船厢系统有限元模型,采用修正Housner理论模拟水-船耦合体作用,对比分析承船厢处于底部、中部和顶部3种工况下的动力响应。结果表明:同一地震作用下,承船厢位置从底部至顶部变化,承船厢结构主纵梁中部位置的横河向、顺河向最大加速度、最大等效应力都随之增大;当承船厢位于顶部时,横河向、顺河向的最大位移分别为263.31、0.174mm,最大加速度分别为3371.97、1.47mm/s^2,最大等效应力为52.76MPa;在进行承船厢设计时,可将承船厢位于顶部的工况作为设计依据。