岸边集装箱起重机风荷载的风洞试验研究

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港口物流和区域经济存在双向互动发展的协同效应,在全球经济一体化的发展背景下,集装箱海运量逐年增长,从而推动集装箱船和沿海港口建设向着大型化发展。岸桥设备作为港口物流作业中的一个关键环节,为满足日益增长的港口作业量,其结构向着高效化,大型化,复杂化方向发展。但沿海地区风力大,天气多变,导致港口大型设备遭受强风侵袭的风灾事故时有发生。因此,对岸桥进行全面的风荷载特性研究,对于保证岸桥的抗风安全性、预防港口风灾事故的发生以及推动临港行业的可持续发展具有十分重要的意义。本文以某港口岸边集装箱起重机为研究对象,基于风洞测力试验的方法研究岸桥结构的风荷载特性,为工程设计提供参考依据;此外,依据试验数据通过曲线拟合的方向建立基本的数据模型,寻求一种快速、有效的方式进行风荷载数值模拟研究。本文得到以下结果:(1)根据岸边集装箱起重机结构及其所处沿海地理环境的特点,通过尖劈和粗糙元组合的被动模拟方式实现了A类地貌的风场模拟,模拟风场的平均风速剖面和湍流风速剖面均符合规范要求,脉动风功率谱符合Karman谱。岸桥模型材料选用质量较轻的铝合金,相似比为1/150,满足试验相似原则和阻塞比要求。(2)研究自然风中平均风分量对结构的作用。将风洞试验数据进行无量纲化处理,得到以荷载平均值为基础的平均风荷载系数,绘制风向角与平均风荷载系数的曲线图,通过结果分析发现不同工况的岸桥平均最大风荷载都处于倾斜风向角,均匀流中岸桥以及非工作状态岸桥受到更大的平均风荷载。(3)研究自然风中脉动风分量对结构的作用。通过计算得到以荷载均方根值为基础的脉动风荷载系数,绘制风向角与脉动风荷载系数的曲线图,分析结果发现岸桥脉动风荷载峰值同样出现在倾斜风向角处,A类风场的脉动风荷载系数明显大于均匀风场,并且A类风场中非工作状态岸桥的风荷载系数较工作状态更大。(4)建立风向角与风荷载的经验公式,基于Origin软件曲线拟合的方法,对不同工况的岸桥结构风荷载系数进行曲线拟合,拟合结果均成功,导出方便工程设计使用的经验公式,为岸桥结构的抗风安全设计提供理论方法和技术参考。
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