港口集装箱群干扰效应的数值模拟及分析.pdf

第十四届全国结构风工程学术会议论文集 港口集装箱群干扰效应的数值模拟及分析 张春晖 彭兴黔 孙伟 (华侨大学土木工程学院， 福建泉州362021) 摘要通过对港口的两堆和三堆集装箱群在强风作用下的倾覆干扰效应进行数值模拟，计算得到了集装 箱群的倾覆临界风速干扰因子随集装箱堆放的排数、间距和层数变化的规律，并且比较了两堆和三堆集装箱的 干扰因子．相应的结论可为港口码头集装箱群的堆放布局优化及进一步为大堆场集装群的抗台风研究提供一定 的参考． 关键词集装箱群、倾覆、数值模拟、干扰因子． 在台风灾害的财产损失和人员伤亡中，由结构破坏和倒塌产生的占了很大比例，鉴于风灾的严 重后果，对结构的抗风研究一直是防灾减灾研究重点。国内外对结构的抗风研究作了许多工作，也 取得了许多成果，但已有的研究主要是偏重于房屋结构、桥梁结构等方面，对港口集装箱在台风作 用下的破坏研究尚未见报到。集装箱堆场是受台风灾害破坏较为严重的地方，台风灾害经常造成集 装箱起重机吹倒滑落和集装箱吹落掀倒。1999年9月9日，湛江港遭15号台风袭击，造成16台大 型起重机被毁。2003年台风“杜鹃”正面登陆深圳，登陆时中心风力12级，赤湾港7个空集装箱 被吹落，盐田港货柜码头200个集装箱尽管已经加固，也被吹落毁坏。 1．集装箱倾覆分析¨1 集装箱在强台风作用下保持稳定必须满足两个条件：1．横向风力必须小于集装箱的最大静摩擦 力；2．风压作用于其中一条边的弯矩小于重力作用于该边的弯矩。由此可得出公式： 1．√F：+只?≤(G+只)∥ (1) (2) L．冬+m，±(G—t)昙≤o和E．冬一m，±(G—Fz)a0 In。、m，、In：分别为风力作用下集装箱受到的围绕X，y，Z轴方向的弯矩(图1和图2)，p为集装箱的 ×2．438m×2．591m)集装箱，考虑其自重是3900kg． f=F—j 令：M。：B．ih+，吼±只．ib，M，：E．ih一7％±E．冬M，FL：i茎妄!王．F：‘ 为了便于比较，将横向力系数、绕x轴的倾覆力矩系数 和绕Y轴的倾覆力矩系数分别表示为 A 驴争一2嘉¨=嘉 B f 2G f G·b o。肭角 2 VL 1／瓦’Vx=√一prig,,，Vy= O [二二二二] 臼 则临界风速为vp=min{vL；V。；Vy 90。风向角 P为空气密度(25。时空气密度取1．225kg／m3)，v为 图2风向角田‘^H用 为绕x轴倾覆力矩使物体失稳的临界风速，Vv为绕轴倾覆力 V参x毳黎磊j茹勰耆篙鼻蛊蓼等凳毳的Y囊嚣舞 矩使物体失稳的临界风速。 84l 第十四届全国结构风工程学术会议论文集 2．数值风洞模拟 2．1基本方程及湍流模型 本文采用由湍流模型封闭控制方程进行求解的时均模拟方法，由于群体建筑间存在相互气流干 RNG湍流模型lZJ。气流流动控制方程的通用形式， 扰，风场存在着强各向异性流动，因而采用k-e 即： 挈+diV(肛矽)=div(rgr