研究文章
智孫，寧侯，項海帆
塔式起重機(jī)應(yīng)用于高層大樓的安全性和適用性評估
Front. Archit. Civ. Eng.中國 2009, 3(1): 18– 24

©高等教育出版社和施普林格出版社2009年
摘要：塔式起重機(jī)常用高層結(jié)構(gòu)的設(shè)施建設(shè)。確保其使用性能是非常重要的，分析他們在極端條件下的反應(yīng)和評價。本文提出了一種總體方案的安全及使用性評估高層塔式起重機(jī)以湍流風(fēng)基于時域震動響應(yīng)分析。塔式起重機(jī)在空間相關(guān)風(fēng)速場首次使用模擬生成算法固定的時域樣本，隨機(jī)變量根據(jù)一些譜線密度矩陣確定。震動載荷應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的計算是根據(jù)上述模擬風(fēng)速波動和升降，拖動，并從CFD計算得到系數(shù)。然后將這些空間相關(guān)載荷，輸入一個校準(zhǔn)的有限元模型和非線性時程分析進(jìn)行了計算結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)與結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場反應(yīng)測量，計算響應(yīng)使用該方法具有良好的精密度。所提出的方法是通過一個使用中的塔式起重機(jī)的設(shè)計風(fēng)速分析震動響應(yīng)和使用時最大風(fēng)速安全及可用性評估。

關(guān)鍵詞塔式起重機(jī)、震動響應(yīng)、風(fēng)速、建模
1簡介
塔式起重機(jī)廣泛用于建造高層建筑，這些塔機(jī)可能上升到幾百米空中，以達(dá)到所需的工作范圍。起重機(jī)動力學(xué)的研究大多集中在起重機(jī)系統(tǒng)有效載荷的振動[ 1 - 4 ] 。由于高層塔式起重機(jī)是在比較嚴(yán)重的高風(fēng)速的條件下正常運作，其動態(tài)響應(yīng)在極端風(fēng)荷載下，也都是工程師和研究人員非常關(guān)心的。最近若干塔式起重機(jī)在極端的風(fēng)荷載下的情況下的坍塌事故，再次顯示處理的相關(guān)研究出重要性[ 5 ] 。以往的抗風(fēng)分析塔式起重機(jī)研究一般都集中在勻風(fēng)速的結(jié)構(gòu)靜力分析、等。[ 6 ]發(fā)達(dá)國家以實驗為依據(jù)的計算方法精確計算任何角度的風(fēng)在框架結(jié)構(gòu)上的作用。根據(jù)這樣的假設(shè)起重機(jī)是一個單自由度的和瞬間風(fēng)力作用的傾覆力矩的系統(tǒng)，從而得出的結(jié)論是，起重機(jī)的設(shè)計方法是基于假設(shè)結(jié)構(gòu)在勻風(fēng)速下靜態(tài)響應(yīng)分析，為大多數(shù)國家所接受。這個結(jié)論是可以接受的，如果是一個孤立的起重機(jī)由于周圍建筑沒有任何風(fēng)的干擾，然而，由于其功能，在沒有其他的結(jié)構(gòu)時就不可能建造一個孤立的起重機(jī)。由于周圍的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，風(fēng)繞流塔式起重機(jī)可腀@魷忠饌夂臀Ｏ盞目掌ρ窒蟮?。[ 7 ]研究塔式起重機(jī)在強(qiáng)風(fēng)中暴露的問題是由周圍現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)引起的混亂氣流。根據(jù)實驗結(jié)果，他們得出的結(jié)論是，起重機(jī)的傾覆力矩在這混亂的風(fēng)場中有強(qiáng)烈波動而且其最大值在沒有任何現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)的情況下超過兩次。
本文提出了一種時域震動響應(yīng)分析方案提出高層塔式起重機(jī)湍流風(fēng)可行性評估。據(jù)一些譜線密度矩陣定義根據(jù)塔式起重機(jī)的所在地，該空間相關(guān)風(fēng)速場首次使用了模擬生成固定時域樣本多變量隨機(jī)過程算法。結(jié)構(gòu)沖擊荷載計算是根據(jù)這些模擬風(fēng)速波動和升降，拖動，并從CFD計算得到系數(shù)。結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)計算基于非線性時程分析以及有限元模型校準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)安全性和適用性評估因此可以使用