岸边集装箱起重机地震实验系统优化及振动台试验研究( 二 ) 袁金虎1吴邵强1李哲21中交第四

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图2岸桥结构有限元模型
对岸桥结构进行地震时程分析或试验测试不可能给出每一个点的结果，结合以往文献研究[9] ，选取岸桥结构关键点编号及对应位置如图3所示。

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图3测点布置示意图
1.2地震时程计算对比测点加速度时程曲线可以作为岸桥地震载荷下的动态响应主要指标。在Abaqus中对岸桥模型0和1进行地震时程计算，对比采用不同单元形式下的有限元模型地震时程计算结果。取工程中常用的地震加速度记录EL-Centro、Taft、Northridge、Kobe、SanFernando作为输入，持续时间20s ，采样间隔Δt＝0.02s 。加速度峰值统一调整为0.2g ，输入方向为垂直于大车轨道方向（X向）。在不同地震作用下，岸桥结构中测点A9在20s有效持时间内的加速度时程响应见图4 。在相同计算能力下，采用实体单元模型0计算一条地震波时间平均为28h ，而采用结构单元的模型1计算一条地震波仅为13min 。

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图4不同地震波下模型0与1测点A9加速度时程对比图
由图4可知，模型0与1测点A9的加速度时程曲线几乎一致，说明两种模型的岸桥地震响应一致，即将岸桥有限元实体单元优化处理为适当的结构单元（梁、杆、集中质量等）是可行的，在得到准确结果的同时极大地提高了计算效率。
2岸桥边界约束等效处理2.1岸桥模型边界约束模拟在岸桥地震研究中，如果按轮轨边界约束建立其实体单元模型进行计算，不仅计算周期过长，且会因耦合问题而产生不利影响。根据研究目的不同，一些学者依据前期的研究成果将该模型简化为图5b所示轮轨铰接模型和图5c所示轮轨摩擦接触模型。
岸桥模型边界约束模拟难点在于是否能够准确描述地震发生时岸桥的跳轨行为。在仿真软件中，通过释放铰接节点相应坐标的旋转自由度即可实现铰接模型的建立。当岸桥结构在地震激励下出现车轮与轨道分离轮时，铰接支座对车轮产生拉力，使得铰接模型无法模拟车轮跳起的过程。在仿真软件中，采用摩擦连接单元可建立岸桥轮轨摩擦接触模型，可模拟轨道对车轮的水平摩擦力和竖向支撑力，也允许车轮跳离轨道，从而实现车轮跳脱轨现象的模拟。

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【岸边集装箱起重机地震实验系统优化及振动台试验研究】(a)轮轨边界约束(b)铰接模型(c)摩擦接触模型图5岸桥轮轨边界约束及模拟模型示意图
2.2地震跳轨实验将前述5种地震波分别设置4种不同烈度水准，通过仿真实验模拟岸桥在地震激励下的跳轨情况。图6为20种不同实验工况下岸桥的跳轨统计，以轮压出现负值判断岸桥是否发生轮轨分离。对岸桥缩尺模型进行振动台地震模拟试验，将试验岸桥跳轨记录与仿真实验进行对比，探讨仿真软件中采用摩擦接触模型能否等效岸桥实际的边界轮轨约束。振动台台面剧烈振动容易引发模型倒塌或掉落等安全事故，故每当车轮与轨道分离以后就会暂停试验。表1为本次试验中模型跳轨记录，以车轮偏离轨道为跳轨发生依据。

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图6不同地震激励下岸桥跳轨情况（仿真）

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对比表1可知，试验跳轨记录与模拟仿真跳轨情况吻合度高达96.3% ，说明采用摩擦接触模型的仿真实验结果能准确预测岸桥地震跳轨行为，能较好地模拟岸桥地震激励下的轮轨接触边界约束。
3地震输入优化地震激励可以分解为空间坐标系中三个方向的地震分量，结合岸桥自身特点以及振动台性能，对地震输入进行优化可以降低试验中各种干扰，增强试验可控性。其中竖直方向地震分量（Y向）可以看做对水平分量的增益，已经得到相关研究人员的验证[8] ，故本文只对水平方向的地震分量做比较。
为了对比岸桥地震研究中两种水平地震分量对结构响应的影响程度，现采用Abaqus对岸桥模型进行地震时程分析，将前述5组地震水平加速度作为输入，分别输入调整后的水平单向（OX向）、水平双向（OX+OZ向）地震分量进行计算，提取结构各测点加速度时程响应值。图7为单向水平地震作用和双向水平地震共同作用下，岸桥结构测点A9的加速度时程曲线。由图7可知，在双向水平地震共同作用下，各测点的加速度峰值、曲线趋势相近。