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    檢測項目
    Testing items
    貨架有限元分析
    發布時間:2021-06-17

    公司名稱:廣州市安普檢測技術服務有限公司www.feixianghy.com

    隨著現代物流業和機械、電子、信息等技術的進步,現代倉儲業發展迅猛,各種大型倉庫相繼出現并呈現逐年增多的趨勢。這其中,貨架作為倉庫的重要組成部分,也不再僅僅滿足貨物存儲功能,其也在向大型、高層、高密度方向發展。作為一種承重結構,針對貨架鋼結構建立在自然環境下,其在承受自重、貨物重的同時還可能受到風載、雪載、地震載荷以及屋面檢修載荷的作用。貨架鋼結構在各種載荷工況條件下必須具有足夠的強度、剛度和穩定性。

    過去鋼結構的強度分析主要靠材料力學、結構力學、彈性力學的計算方法。復雜結構需要大量的簡化工作才能計算,計算工作量大,而且計算精度底,有的結構根本就無法用解析方法進行求解。即使結構幾何形狀相當規則、邊界約束理想化的問題,而往往由于工程的某些特征的非線性,導致問題無法求解。隨著有限元技術的成熟和計算機軟硬件的發展以及大型商用有限元軟件的出現,使解題規模和求解精度大大提高,鋼結構的強度計算精度得到了很大的提高。有限元靜力學分析是鋼結構設計的主要內容之一。同時有限元技術也被廣泛的應用在動力學分析當中,通過有限元方法進行結構的強度計算、剛度計算和穩定性計算,能夠找到結構的薄弱部位。

    廣州市安普檢測技術服務有限公司以橫梁式貨架為范本來講述貨架有限元分析的意義。

    1. 項目概況:

    1.1工程計算條件

    抗震設防烈度:6度

    設計基本地震加速度:0.05g

    場地類別:II

    設計地震分組:第一組

    結構阻尼比:0.05

    特征周期:0.35

    水平地震作用影響系數最大值:0.04

    2. 貨架結構概況:

    貨架結構類型:橫梁式貨架,由立柱、橫梁、橫斜撐構成,并通過頂部拉桿連接兩相鄰貨架。各構建截面型號圖1:

    3 設計原則

    3.1 設計依據

    3.1.1 設計規范

    在鋼貨架結構設計中,要做到技術先進、經濟合理、安全適用并確保質量,必須正確的選用并遵守下列主要的技術規范、規程和其他相應的技術標準。

    《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068-2001

    《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223-2004

    《建筑結構荷載規范》GB50009-2001

    《鋼結構設計規范》GB50017-2003

    《建筑抗震設計規范》GB50011-2010

    《混凝土結構設計規范》GBJ50010-2002

    《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205-2001

    《鋼結構工程質量檢驗評定標準》GB50221-95

    《優質碳素結構鋼技術條件》GB699-2015

    《合金結構鋼技術條件》GB3077-2015

    《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》GB50018-2002

    《鋼貨架結構設計規范》CECS23:90

    3.2 設計原則

    (1) 本設計的可靠度指標按照現行《建筑結構可靠度統一指標》GB50068-2001,根據其設計使用年限和結構的安全等級來確定其可靠度指標;

    (2) 鋼貨架結構采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法,用分項系數設計表達式進行計算;

    (3) 鋼貨架結構的承重構件應按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別設計;承載能力極限狀態包括:構件和連接的強度達到最大承載能力或因過度變形而不適于繼續承載,結構喪失穩定,結構轉變為機動體系和結構傾覆等。正常使用極限狀態包括:影響結構、構件和非結構構件正常使用或外觀變形; 影響正常使用的振動;影響正常使用或耐久性能的局部損害等。非承重構件應按構造要求設置。

    (4) 設計鋼貨架結構時,應根據結構破壞產生的后果,采用不同安全等級,按承載能力區分安全等級分為一、二、三級。一般鋼貨架結構的安全等級至少取三級。貨量越多、越重要、越昂貴,自動化程度越高,鋼貨架結構破壞所造成的損失就越大,后果越嚴重,其安全等級則應較一般的鋼貨架結構高。對于特定的鋼貨架結構來說,可根據具體的情況進行具體分析確定安全等級。

    3.2.1 承載能力極限狀態驗算

    按承載能力極限狀態設計貨架結構時,應根據使用過程中貨架結構上可能同時出現的荷載。對于室內組裝式貨架,由下列荷載效應組合中的相應情況取最不利的荷載應組合計算貨架結構的內力。

    1) 恒荷載+貨架活荷載:

    3.2.2 正常使用極限狀態驗算

    按正常使用極限狀態設計貨架結構時,應根據使用過程中貨架結構上可能同時出現的荷載,由3.2.1節中荷載效應組合中的相應情況取最不利的荷載效應組合計算其變形,計算時上列各荷載效應組合計算公式中的荷載分項系數(G,Q)均應取作1.0。

    3.3 設計指標

    3.3.1 鋼材的強度設計值

    為了保證承載結構的承載能力和防止在一定條件下出現脆性破壞,應根據結構的重要性、荷載特性、結構形式、應力狀態、連接方法、鋼材厚度和工作環境等因素綜合考慮,選用合適的鋼材牌號和材質。根據《鋼貨架設計規范》,材料均應滿足《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》GB50018-2002 中第 3.0.1~3.0.6 條款的要求。

    鋼貨架結構中的鋼材牌號為: 201不銹鋼,設計時其各項指標為:

    1)

    抗壓、抗彎、抗拉: f =240N / mm2

    2)

    抗剪: fv =134N / mm2

    3.3.2 焊縫強度設計值

    貨架結構中焊縫為角焊縫,其強度設計值為:

    抗壓、抗彎、抗拉: f =160N / mm2

    4 荷載與組合

    4.1

    恒荷載

    根據規范,鋼貨架的恒荷載主要考慮鋼貨架構件本身的重量。

    4.2

    活荷載

    活荷載主要為鋼貨架上的貨物荷載。本項目中每個托盤的滿載重量為 204.2kg。

    4.3 水平靜荷載

    根據規范,作用于組裝式鋼貨架結構的水平靜荷載系指由貨架結構構件的初彎曲、安裝偏差以及儲運機械的輕度碰撞等因素所引起的水平力。水平靜荷載分別沿組裝式貨架結構縱、橫兩個主要方向作用于托盤橫梁與豎向框架柱的連接節點處。對于有側移的組裝式結構,此水平靜荷載可取為由橫梁傳至該節點的全部恒載與最大活載的1.5%。水平靜荷載需考慮平行巷道與垂直巷道兩個方向。

    4.4 水平地震荷載

    根據《鋼貨架結構設計規范》和《建筑抗震設計規范》,貨架設計時可僅考慮水平地震作用的影響,不計豎向地震作用。作用于貨架結構的地震作用宜采用振型分解反應譜計算,以便考慮結構的扭轉耦聯效應。

    所采用的反應譜如下圖所示。

    4.5 荷載組合工況

    針對本項目的鋼貨架結構設計,根據規范和項目要求,荷載組合包含以下工況:(-Ser 表示正常使用極限狀態組合)

    C1 : 1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4縱向水平靜荷載

    C2 : 1.2重力荷載代表值+1.3縱向水平地震荷載

    C3 : 1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4橫向水平靜荷載

    C4 : 1.2重力荷載代表值+1.3橫向水平地震荷載

    C1-Ser : 1.0恒荷載+1.0活荷載+1.0縱向水平靜荷載

    C2-Ser : 1.0重力荷載代表值+1.0縱向水平地震荷載

    C3-Ser : 1.0恒荷載+1.0活荷載+1.0橫向水平靜荷載

    C4-Ser : 1.0重力荷載代表值+1.0橫向水平地震荷載

    5 計算模型

    5.1 計算模型

    根據鋼貨架結構的設計資料,對鋼貨架結構的進行了簡化,省去對鋼貨架整體應力狀態影響不大的構件,簡化后的鋼貨架模型如下。

    6.結論
    通過有限元分析,貨架各部件在考慮的各種荷載組合下計算,結果如下:
    1) 立柱按照雙向壓彎構件進行校核,驗算了強度與穩定性,強度校核最大應力比為0.276<1,穩定性校核最大應力比為0.342<1;< span="">
    2) 橫梁按照壓彎構件校核,驗算了橫梁變形與強度,最大變形為3.28mm。強度校核最大應力比為0.204<1;< span="">
    3) 橫撐按照雙向壓彎構件進行校核,驗算了強度與穩定性,強度校核最大應力比為0.049<1,穩定性校核最大應力比為0.057<1;< span="">
    4) 上部拉桿、縱向拉桿受壓時按照兩端鉸接的受壓構件進行校核,最大應力比為0.26<1。< span="">

    以上計算結果表明,貨架鋼材的強度設計值大于貨架在各工況下計算應力值的1.5倍,貨架整體結構在各工況下都較為安全。 

    公司介紹:

    廣州市安普檢測技術服務有限公司作為貨架第三方檢測機構擁有國家CNAS、CMA貨架第三方檢測資質,服務優勢在于以更短的對貨架安全檢測檢驗周期和更優惠的服務價格,為客戶節約成本和周期,幫助客戶快速獲取準確有效數據,并為客戶提供后期技術服務支持。廣州市安普檢測技術服務有限公司作為平臺化運營品牌,與國內外多家實驗室建立了良好的合作關系,旨在為客戶、行業提供更詳細、更優質的國內貨架安全檢測咨詢服務。




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