0 引言

近年来，我国大力推进核电事业的发展，核电厂所用设备都要具备一定的抗震要求。而桥式起重机作为核反应堆燃料后处理的重要起重设备，其抗震要求为Ⅰ类[1]。我国位于亚欧地震带上，地震灾害频发，起重设备一旦在地震中遭到破坏，不但造成经济损失，还会危及生产人员的生命安全。因此，必须找到精确分析起重机结构抗震性能的方法，在结构设计阶段对起重机金属结构进行抗震性能的精确分析，避免起重设备在地震情况下带来的灾害，保证起重机结构安全可靠。

国内外对起重机抗震分析已经有了相关研究，邹中使用反应谱法对桥式起重机进行了抗震计算，验证了起重机的安全性[2]。武汉理工大学张亮通过反应谱法和时程分析法对龙门起重机的减振和隔振做了相关研究，验证了隔振系统的有效性[3]。西安建筑科技大学何银晖等使用时程分析方法通过ANSYS软件分析得到塔式起重机在实际工作状态下塔机最大应力位置，为塔机应力监测点布局提供了理论依据[4]。综上所述，目前对核电厂用桥式起重机的抗震分析仍然停留在反应谱分析阶段，根据核电厂抗震设计规范对于抗震性能要求较高的核电类设备，进行反应谱分析的同时，必须对其进行时程分析进行结果验证。因此，对于核电厂用桥式起重机进行两种分析方法的研究比较对桥式起重机的抗震设计具有一定指导作用。

1 建立有限元分析模型

以QD16t-22.5m-10.5m双梁桥式起重机桥架为研究对象进行分析，该桥式起重机桥架主梁为箱型梁结构。桥架结构材料选用Q235B，材料密度为7 860kg/m3，泊松比为0.288，弹性模量为212GPa，许用静刚度[f]=28.13mm,许用应力[α]=171MPa。忽略小车和所吊重物，并将其质量进行换算，以集中力形式加载到小车车轮与主梁接触的位置。不同工况下，载荷施加位置有所不同，对桥架施加地震载荷求解得到的分析结果也不同，分析中的求解工况为小车位于桥架主梁的跨中位置，该工况下载荷施加情况的力学模型如图1所示[6]。

  

图1 载荷施加情况的力学模型

桥式起重机桥架由主梁和端梁组成，主梁和端梁都是由钢板焊接而成的箱型结构。所用钢板都是形状相对规则的实体板。为使计算结果更精确，同时减少单元和节点数量，节省计算时间。桥架主要使用六面体实体单元进行划分，在形状不规则处使用四面体实体单元进行划分。实体单元类型为Solid187，连接处的接触单元类型为Conta174和Targe170。最终划分总单元数为8 226个，总节点数为38 090个。桥架有限元单元划分模型如图2所示。

其次，在课堂上营造口语交际和表达的氛围。例如，小学语文教师可以积极地通过问题情境的创设，通过不断的课堂提问、课堂追问等形式，引导学生积极交流和表达，提高学生的语言表达能力。此外，小学语文教师可以借助信息技术辅助教学的优势，通过朗读音频等，为学生创造良好的语言交际环境，提高学生口语交际能力。

  

图2 桥架有限元模型

[2] 邹中. 核电桥式起重机抗震分析[J]. 建筑机械, 2014(9):82-85.

2 桥架地震响应反应谱分析

2.1 反应谱分析法

根据时程分析变形及应力云图和变化曲线图可以得到以下结论：1) 在z向地震载荷下，桥架最大应力响应为155.26MPa，发生时刻为22.2s；桥架最大变形响应为26.45mm，发生时刻为12s。桥架结构的最大变形和最大应力分别出现在主梁和端梁的连接处和主梁跨中位置，这和前面反应谱分析所得结果一致。2) 观察地震波形图4和图8中的应力变化曲线图，可以看到桥架的最大变形和最大应力都没有发生在地震加速度载荷的最大处，由此可知，桥架最大变形及应力响应并不完全取决于加速度峰值，还与持续时间和次要峰值等因素相关。

2.2 桥架模态分析

分析桥架结构的固有频率和振型对分析桥架结构承受地震载荷时的动态响应有重要作用。该桥架结构属于单自由度结构，其在有阻尼条件下的模态分析基本方程[6]为：

 

(1)

其中：M为质点质量；C为结构阻尼；K为刚度系数为质点加速度为质点速度；u(t)为质点位移。

选用分块兰索斯法(Blocklanczos)求解桥架前6阶模态，利用ANSYS Workbench软件模态分析技术[7]，得到桥式起重机桥架的前6阶振型和固有频率。其前6阶模态如图3所示，固有频率及振型特点如表1所示。

 

 

  

图3 桥架前6阶模态图

 

表1 桥架固有频率及振型特点

  

模态阶数振动频率/Hz阵型描述11．0366桥架水平面一端向下弯曲24．083两根主梁中部反向靠近弯曲35．942两根主梁中部水平方向朝一侧弯曲46．8788两根主梁中部竖直方向向下弯曲57．1255两根主梁中部反向背离弯曲611．611桥架扭曲

2.3 桥架地震响应反应谱分析

1) 地震波选取

根据地震破坏规则，水平方向地震对结构造成的破坏更加严重，《核电厂抗震设计规范》GB 50267-97中规定水平地震作用的方向应取对物项最不利的方向。因此，选用垂直桥架主梁方向的水平地震反应谱进行分析。

选取地震波的过程中，参照抗震设计规范和起重机抗震研究等相关资料，选取以前的典型强震对桥式起重机桥架结构进行抗震分析。数据来源于神户气象局实际测得的Kobe地震波的南北分量，以其作为垂直于起重机主梁的水平地震载荷分量，地震烈度为7.2级，时间步长为0.01 s。地震波形如图4所示。

  

图4 Kobe南北分量波形图

2) 生成地震频谱

桥式起重机桥架安装位置位于厂房顶部的12.7 m处。使用SeismoSignal软件输入图4中Kobe地震波的南北分量地震数值，得到楼层标高12.7 m处，阻尼比为4%的该地震载荷反应频谱值如表2。

 

表2 Kobe波12.7处地震反应谱值

  

项目数值频率/Hz00．250．500．751．001．501．752．002．25加速度/g00．4061．2190．6251．9501．9502．3002．3002．250项目数值频率/Hz2．503．003．504．004．254．756．007．0020．00加速度/g2．5002．5001．9001．5501．3001．2501．1501．0500．900

3) 模态振型组合方法

桥架结构进行地震响应的反应谱分析时震型组合采用CQC方法，CQC方法是一种完全组合方法，此方法能够考虑地震分析中桥架结构受到的平扭偶联影响，及振型间的相互影响。使用CQC方法得到结构的最大地震反应的计算方法为：

洪江市山洪灾害防治非工程措施项目建设实践与体会…………………………………………………… 蒋益钱(18.10）

 

(2)

3) 在地震级别较低，结构抗震性能要求小的情况下，可用反应谱分析代替时程分析，在计算结果可靠的同时提高计算效率。结构抗震性能要求较高时必须对结构进行时程分析。

(1)该铁矿区周围土壤Cd、Pb、Cu、Zn和Ni平均含量分别为1.46、63.04、25.66、109.88、73.10 mg/kg，均超过辽宁省土壤环境背景值，存在不同程度的积累。其中Cd和Ni两种元素含量超过了国家《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中的二级标准，存在一定的复合污染现象。

时程分析采用逐步法计算，将载荷和结构反应历程分成一系列的时间步，每个时间步都以该步的位移和速度等初始条件和该步施加载荷来计算结构反应，上一步的计算结果为下一步的初始条件，如此逐步向下计算，最后即可得到结构在每个时刻的反应。这种计算方法适用于任何类型的非线性，使用ANSYS Workbench进行瞬态动力学分析，求解方法有完全法(full)、缩减法(reduced)和模态叠加法(mode superposition)[9]。完全法分析时不进行自由度缩减，采用完整的质量、阻尼及刚度矩阵，适用于求解非线性问题，但是求解时间较长。为了求解高强度地震下桥架结构的精确反应，文中分析时采用完全法进行求解。

B层：背诵mini-talks;教材P185 6、7；校园网资源库Learning situation 3 Applying for a job中role-play的对话任务。

使用ANSYS Workbench反应谱分析求解模块，在桥架前6阶模态分析结果的基础上，将表2中Kobe地震波反应谱的频率及对应的加速度载荷加载到桥架处，加载方向为垂直于主梁的水平方向，然后进行求解[8]，软件选用CQC方法得到的求解结果如图5、图6所示。

1）课前，教师利用智慧课堂手机客户端设计学情分析问卷，帮助学生确立学习目标、制订学习计划，提升学生的自主学习能力。学生通过课前导学案和单词学习软件，按照教师布置的任务开始本单元学习。教师将设计好的以本单元热点教学内容为主题的投票问卷上传到智慧课堂手机学习平台，与学生形成互动，引导学生形成正确的文化意识和思维。

  

图5 反应谱分析z轴变形最大

  

图6 反应谱分析应力最大

对桥架结构进行反应谱分析不能解得整个地震历程中桥架结构的应力及变形随时间的变化关系，也不能得到最大应力及变形发生的具体时刻，但能得到结构最大应力及沿3个坐标轴变形最大值及其最大值发生的位置。由图4和图5分析结果得出，反应谱分析中桥架结构在z轴方向(竖直方向)变形最大，变形量为29.39mm，发生在桥架主梁的跨中位置；最大应力为149.08MPa，发生在桥架端梁和主梁的连接位置。

3 桥架地震响应时程分析

3.1 时程分析概述

4) 地震响应的反应谱分析结果

分析桥架结构使用的完全法求解理论采用的时间积分法为HHT时间积分法。其基本计算理论如式(3)。

 

 

(4)

其中:[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵为节点加速度向量为节点速度向量； un 为节点位移向量为外部载荷。

然而，传统的维修思想会造成不恰当维修、绝大多数部件未被充分利用、设备利用率较低等现象。从这个层面来讲，汽车的过度维修增加了维修后的人为故障，降低了汽车的可靠性水平；维修工时和备件过多，增加了汽车的使用成本和维修费用；单位时间内汽车停驶时间过长，降低了利用率。许多类型的故障的发生是偶然的，用简单的定时拆卸方式，并不能防止和减少类似故障的发生；使用定期翻修的方式维修一些重要部件时，并不能达到预期维修效果。因此，实践证明，汽车的可靠性水平与定时维修并无必然关系，传统的维修思想不能很好地恢复和保持汽车固有可靠性。

进行地震载荷分析时，有了时刻n下的位移 un 、速度和加速度时刻地震输入载荷在一个时间步的计算中，时刻n下的量作为n+1时刻的已知条件，并且任意时刻的地震输入载荷已知，这样就能求解在每个时刻桥架结构的反应量。

[3] 张亮. 龙门起重机地震响应分析及抗震研究[D]. 武汉：武汉理工大学, 2014.

当心理调整不起作用的时候，不如先提高技术水平。我认为在技术水平不可提高或者相同的情况下，心理素质的强弱才对结果有影响。否则，都应该更重视技术水平的提高。

 

(5)

当αm=αf=0时，HHT时间积分法退化为NewMark方法。文中分析时选用基本HHT时间积分法，设定γ=0.1；α=0.3025；αm=0.1；αf=0.1。

进行时程分析时，阻尼会影响结构的动态特性，桥式起重机桥架作为金属结构一般都存在阻尼，所以在分析过程中不可忽略。按照《核电厂抗震设计规范》确定桥式起重机桥架结构的阻尼为4%。

3.2 桥架结构时程分析结果

根据图4地震波在ANSYS Workbench求解器中按照顺序依次输入每个时刻下的地震加速度值。地震载荷的方向同样为垂直起重机主梁的水平方向，即有限元模型的z轴方向。分析中截取的地震载荷的时长为前30s，时间间隔为0.6s，总共分成50个时间步。时间步越多得到的分析结果越接近实际值，但是过多的时间步导致求解时间增长，所以对桥架进行时程分析时应当确定合适的地震时长和时间步的数量，使得求解结果精确的同时求解时间尽量简短[10]。使用时程分析方法所得起重机桥架的分析结果如图7、图8所示。

地震响应反应谱分析方法是一种拟静力法，将结构的动力响应计算转化为静力计算。反应谱法采用振型叠加计算法，是将单个不同频率下结构的振型进行组合得到结构的总反应，但是，这种分析方法只适用于线性结构。实际中，强烈的地震作用会导致桥式起重机的桥架结构产生弹塑性变形。在此种情况下，使用反应谱分析法求解的桥架受力和变形结果就会产生误差。而且地震响应反应谱分析方法中，没有考虑地震加速度响应的持时对起重机桥架结构受力带来的影响，这也将影响分析结果的准确性[5]。

 

  

图7 时程分析整体变形图

 

  

图8 时程分析应力图

4 结语

文中选用7.2级Kobe地震波，使用两种不同地震分析方法对核电厂用桥式起重机桥架结构进行了地震反应分析，分析得出以下结论：

1) 反应谱分析和时程分析变形结果相差5mm，且都小于许用静刚度28.13mm，符合使用要求，变形最大都发生在主梁的跨中位置，分析结果相差不大。

2) 两种分析应力分析得到应力最大处都发生在主梁与端梁的连接处，2个应力分析值虽然都小于许用应力171MPa，但是由于反应谱分析中忽略了地震持时等因素对结构的影响，得到的分析结果比时程分析小了18MPa，分析误差达到了11.6%，误差较大。

式中：ρij为第i阶振型和第j阶振型的相干系数；Si、Sj为第i、j阶振型的最大反应。

参考文献:

[1] 国家地震局. GB50267-97核电厂抗震设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，1998.

分析中约束设置位置位于桥架端梁大车车轮安装处。桥架约束形式为两端简支，约束了沿x、y、z轴的移动及绕x、y轴的转动等5个自由度。

ANSYS Workbench中可以通过简单指定δ、γ、αm、与αf的值，改变积分方法。为了满足求解稳定性和精度要求，4个参数需要满足式(5)：

[4] 何银晖,谷立臣,姬鹏斌. 基于ANSYS的塔式起重机抗震分析[J]. 机械设计与制造, 2012(7):188-190.

高铁CPⅢ网测量时，测站搬站的纵向间距为60 m或120 m，考虑到高铁CPⅢ点纵向间距为60 m，即相邻测站的间距与CPⅢ点纵向间距相等或是其2倍[4]。在城市轨道交通中每个测站观测8个控制点时，共有相邻测站间距与控制点纵向间距相等或是其2倍两种外业测量网形。

[5] 姚海瑞,魏兴. 铸造用电动双梁桥式起重机抗震分析[J]. 冶金设备,2014(s1).

部分航运船公司存在重生产、轻安全的思想，公司安全管理不到位，对船舶防台投入不够；船员安全意识淡薄，设备维护、管理跟不上，防台值班纪律松懈。

[6] 李婷婷. 桥式起重机桥架结构静动态分析及多目标优化[D]. 太原：中北大学, 2016.

[7] 汪嘉春,才来中. 核电厂人工地震波模拟技术[C]. 全国反应堆结构力学会议,北京：清华大学核能技术研究院，2000:181-187.

[8] 吕宏. 核电起重机的抗震计算[J]. 起重运输机械, 2010(1):14-16.

取出生48 h的乳鼠分离提取腹股沟脂肪进行培养，贴壁生长后为P0代，然后消化传代为P1代以备后面实验使用。

[9] 黄志新，刘成柱. ANSYS Workbench 14.0超级学习手册[M]. 北京：人民邮电出版社，2013:214-313.

1.2.3 效用 本研究采用质量调整生命年（QALY）作为健康产出的效果指标。QALY是由患者所处的转移状态的健康效用值乘以患者处于该状态的时间计算得出。其中，无事件状态的健康效用值假设为1，死亡状态的健康效用值假设为0；非致死性心肌梗死、非致死性脑卒中、心肌梗死后、脑卒中后状态的健康效用值是基于PLATO研究中对18 000多例患者进行的欧洲五维健康量表问卷调查[10]的结果进行确定；其余转移状态的健康效用值则参考其他已发表的文献数据。各种转移状态的健康效用值参数见表4。

[10] 沈艳祥,高扬,徐岚. 核电站起重机结构抗震设计标准研究[J]. 工业设计,2016(3):114-116.

将“绿色原则”引入《民法典》“物权编”，对物权行使极易引发的经济价值与生态价值的冲突，主要有两种解决路径。其一，对传统物权的行使予以环保公法规制的路径，即通过引致性规范，打通私法与公法的通道，对自然资源节约及环保义务坚持“物权编”确认，但主要由特别法调整的模式。其二，将生态价值经济化的“物权编”规范路径，突破传统物权法仅关注经济价值的桎梏，将“绿色原则”的法律理念经由规则转化纳入“物权编”调整，回应生态价值观对《民法典》编纂的要求。