地震作用下集装箱结构力学性能分析

（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
文 章编号 ： １ ０ ０ ０ — ５ ６ ５ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ － ０ ０ ９ ２ － ０ ８
地 震 作 用 下 集装 箱 结构 力 学性 能分 析 术
查 晓雄 左 洋 刘乐 王新捷
Ｆｏ ｕｎｄ ａｔ ｉ ｏｎ ｉ ｔ ｅ ｍ ：Ｓ ｕ ｐｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈｅ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｋｅ ｙ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍｅ ｎ ｔ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｍ ｉ ｎｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎ ｄ
（ 哈尔滨工业大学 深圳研究生 院，广东 深圳 ５ １ ８ ０ ５ ５ ）
摘
要： 针 对 目前 广泛应用的 多层 集 装箱房 屋 ， 提 出了一种基 于箱体之 间摩 擦耗 能 的滑移
隔震体 系． 首先 ， 建立 了结构 滑移 隔震模 型 ， 并利 用结构 随机振 动 理论 分析推 导 了层层 滑移
地震作用下集装箱结构力学性能分析图3六层集装箱抗震分析模型fig3seismicanalysismodelsixlayercontainer阻尼采用瑞雷阻尼对于非隔震结构的阻尼可分别取11339和0001688对于滑移隔震结构的阻尼和可分别取18369和00027351422结构弹塑性时程分析221结构各层最大位移按照文献21中规定文中选用3条地震波不同地震作用下结构各层最大位移包络图如图中可以看到该结构刚度沿竖向分布均匀没有薄弱楼层而且滑移隔震体系能够有效地减小结构各层最大位移
华 南 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第４ ３卷 第 ７期
２ ０ １ ５年 ７月
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ１ ． ４３ ＮＯ ． ７ Ｊ ｕｌ ｙ ２ ０１ ５
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ（ Ｓ Ｑ ２ ０ １ １ Ｇ Ｘ ０ ７ Ｅ ０ ３ ０ ３ ６ ）
多层 集装 箱房 屋作 为一 种轻 型钢结 构 被越来 越 多地用 于房 屋建 筑 中 ， 集装 箱 用 于 建 筑 工 程有 许 多 优 点并 且用 途广 泛 ． 国 内外 研究 者在集 装箱 房屋 方 面开展 了大量 的 研究 ， 文献 ［ １ — ７ ］ 主 要对 集 装 箱 的建 筑发 展 背 景 、 演 变过程 、 建 筑造 型形式 等进 行 了介 绍 ， 同时还给 出 了 典型集 装 箱建筑 的施 工操 作过 程 、 空间布 局 、 室 内外 装饰装 修 以及 集 装 箱 建 筑 的 环 保 特 点 等． 文献 ［ ８ 一 ｌ ９ ］ 主要 介 绍 了集 装箱 房 屋 的静 动 力 性 能 ， 对其 进 行 了整体 和开 洞 的静 力试 验研 究 、 抗 冲击 试验 研究 、 抗风 的有 限元模 拟 等． 但是 ， 目前 关 于 集装 箱 房 屋 的研 究 大 多数地震作用； 隔震体 系； 滑移； 等效阻尼比； 力学性能
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ ９ ２ ． ５ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ５ ６ ５ Ｘ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ １ ３
隔震结构各层 等效 阻尼 比与摩 擦 系数之 间的关 系； 然后 ， 利用 Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 非线性 有 限元软 件建
立 了六层 集装箱模型 ， 对 隔震结构 、 采 用规 范 阻尼 比的非 隔震 结构 和采用等 效 阻尼 比的非 隔 震结构 分别在强震作 用下的动 力反 应进 行 了弹塑性 时程研 究 ， 分析 了结构 顶点位移 、 结构层
间位移 角 以及结构层 间滑移量等相 关指 标。 结果表 明 ： 滑移 隔震体 系能 有效 减 小结构各 层
最 大位 移 ； 隔震结构和 采用等效 阻尼 比的非 隔震 结构 的 最大层 间位 移 角远 小于采 用规 范 阻 尼 比的非隔震 结构 ； 地 震波的频谱特性会 明显影 响层层滑移 隔震结构 的动 力反应．
摩擦系数很小 ， 结构在地震荷载作用下处于滑动状 态． 结 构模 型如 图 ｌ 所示． 图 １中 ： ｍ 为集装 箱质 量 ；
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ ０９ － ． ２ ６
基 金 项 目 ：国 家科 技 支 撑计 划项 目（ Ｓ Ｑ ２ ０ １ １ Ｇ Ｘ ０ ７ Ｅ ０ ３ ０ ３ ６ ）
首 先建 立 了六层 隔 震 体 系运 动 方 程 ， 并 将 其 做 线性
等价处 理 ， 利用 随机 振 动 理 论 将 线性 等价 后 的误 差 项 最 小化 ， 并推 导 了其 中的速 度均 方差 ， 从 而得到 了
任意 层 的等效 阻尼 比； 然后 ， 利用有 限元 法对 其进 行
了结构各层最大位移 、 各层位移角 、 各层滑移量等的 分析 ， 对之 前 的理论 分析 进行 验证 ． 本研 究 可为 目前 正在 广泛 应用 的集 装 箱 房 屋 提 供设 计 施 工 参 考 ， 并 可为 相关 的规 范编 制提 供依 据．
于建 筑设 计 的角度 ； 关 于集 装 箱 力 学性 能 的研 究 较 少， 仅有 的一些 关 于集装 箱力 学性 能研 究 的文献 ， 要 么 是缺 乏试验 验证 ， 要 么是局 限于海运 方面 ． 对 于多 层集 装 箱整体 抗震 性能研 究 的缺乏 严 重制 约 了多层 集 装箱 房屋 的应 用和发 展 ． 文 中主要 研 究 了 多层 集装 箱 房 屋 的抗 震 性 能 ，
１ 理 论 分 析
１ ． １ 六 层 隔震体 系运 动 方 程
在 建立运 动 方程 时做 了 以下 几个 假 定 ： 摩 擦 力
采 用库伦 摩擦 ， 在 结 构 运 动 过程 中摩 擦 力 始终 是 一 个 定常 数 ； 结 构 滑移过 程 中不考 虑结 构倾 覆 ； 仅 考虑
水 平地 震作用 ； 假 定各 角件 处滑 移空 问足够 大 ； 假定