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    組合倉庫貨架時立柱如何設計

      組裝式倉庫貨架主要由立柱片、橫梁等基本件和護角、地角、隔撐、隔擋、層板(鋼板或木板)等選配件組成。立柱片是貨架的主要受力支承部件,承重最大可達16噸。隨著倉庫貨架高度的增加、層數增多,立柱受載大,且大多采用冷彎沖孔薄壁型鋼,本身殘存一定的加工應力,實際的受力情況也比較復雜,因此立柱的設計選用成為整個倉庫貨架系統的關鍵,直接關系到結構的安全性和使用的經濟性。


      立柱的結構

      1.立柱的截面形狀

      從截面看,立柱的截面形狀(有時也稱為孔型)有三種基本型,其中a型結構相對比較簡單,主要用于輕量型倉庫貨架;b、c型結構相對比較復雜,加工工藝也相對復雜,主要用于中重型倉庫貨架。由基本型衍生的其他形狀主要是在長度較長的邊上增加彎折,以提高立柱的剛度和穩定性。在具體設計上,除了考慮強度、剛度和結構的穩定性以外,一般還應考慮具體的成型工藝對孔型的影響、坯料的預加工情況對產品質量的影響,如預沖孔和不在冷彎輥線上的彎曲變形對產品質量的影響,冷彎過程中預沖孔的可能變形性等。在保證配合尺寸公差要求、保證孔距要求的前提下,截面形狀的設計應兼顧不同板厚的要求,變形采用固定彎曲半徑。

      2.掛鉤孔

      立柱的正面均勻分布著許多長孔(掛鉤孔)和圓孔,用來掛接橫梁的掛鉤、安裝安全銷。

      孔型采用呈倒八字或倒梯形,使立柱的長孔與垂直方向有一小角度,掛鉤掛上以后在貨物重力的作用下自動鎖緊,且掛鉤與立柱長孔之間為面接觸,受力狀態較好,保證使用時更加穩固安全。但是,掛鉤孔的開設對立柱的短柱承載能力有很大的影響,開孔后的承載能力是不開孔時承載能力的70%~95%,而且對小規格的立柱的影響更大。因此,在滿足橫梁掛鉤承載能力的條件下,應該使掛鉤孔的尺寸和數量盡可能少,以提高倉庫貨架的整體承載能力。

      目前,國內大多數倉庫貨架生產企業引進歐洲或日本等國家的成熟技術,產品成系列化且結構相對統一,每個系列的產品一般只是外形尺寸和材料壁厚的不同,提高了立柱的生產效率,并易于倉庫貨架的快速選型。

      強度與穩定性驗算

     ?。?)強度驗算

      對立柱進行強度驗算時,根據其受載狀態的不同,需分別按軸壓構件和壓彎構件進行驗算,計算采用《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GB500182002)的相關公式。

     ?。?)穩定性驗算

      雖然倉庫貨架的立柱基本是由薄鋼板經冷軋而成,立柱截面經多次彎曲,不會出現局部失穩現象,但是隨著倉庫貨架支柱截面形式的不斷豐富和高強鋼材的應用,使得受壓立柱向著輕型、薄壁的方向發展,容易引起立柱的整體失穩,因此受壓立柱構件的穩定性顯得更加重要。

      對應于立柱的軸壓與壓彎受力狀態,穩定性驗算也應分別按軸壓構件和壓彎構件這兩種情況進行驗算,而且既要驗算其自身平面內外的穩定性,又要驗算柱肢平面內外的穩定性,穩定性驗算采用《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》的相關公式。

      由于人工計算比較繁復,并且容易出錯,因此不少學者采用有限元分析的理論,借助ANSYS、NASTRAN等軟件,對倉庫貨架整體或立柱等部分進行數值模擬,對立柱的強度、穩定性進行分析,得出極限承載力和試件的失效模態,同時可對截面形狀和各種孔型開設的位置大小進行優化設計。

      分析計算和實踐都證實,立柱所用的材料的機械性能、模具的設計、制作精度是影響立柱承載能力和穩定性的主要因素,各種孔型的大小變化對穩定性有直接的影響,材料的截面局部變薄對穩定性的影響不大。

      實驗測試

      立柱的設計過程中,為了驗證設計的可靠性,通常要對倉庫貨架的承載能力極限進行測試。立柱的承載能力極限狀態一般可概括為以下六種情況:①整個結構或其中一部分作為剛體失去平衡(如傾覆現象);②結構構件或聯接因材料強度被超過而被破壞;③結構轉變為機動體系(倒塌);④結構或構件喪失穩定(屈曲等);⑤結構出現過度的塑性變形,而不適宜繼續承載;⑥在重復載荷的作用下,構件疲勞斷裂。在這些極限狀態中,穩定性是關鍵問題。目前多采用短柱試驗的方法,以獲得短柱的受力性能及其承載能力。

      載荷采用分級加載的方式,實驗結果表明,冷彎薄壁型鋼短柱軸心受壓的破壞形式為壓屈破壞;短柱在達到極限荷載后,承載力逐漸下降,而且大規格短柱承載力下降得比較慢,大規格短柱延性好、性能佳;開孔對于短柱的承載力有很大影響,對小規格短柱的影響更為明顯。

      綜上所述,組合式倉庫貨架立柱設計應該在保證結構的安全性和使用的經濟性的前提下,考慮采取高效經濟的薄壁冷軋成型工藝,兼顧有利于實現系列化、標準化的選型,借助于有限元分析等方法對立柱的強度、穩定性進行分析,對截面形狀和各種孔型的開設位置、大小進行優化設計,并對實際的成品進行必要的實際測試,以保證產品的可靠性。

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