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貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)分析（二）整體分析

event2021-11-20 13:40:49
person 穩(wěn)圖WESAFE
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在完成分析模型、把荷載施加于模型上之后，接下來(lái)就是選擇合適的分析方法。分析方法的選擇主要考慮精度、速度兩方面，最佳的分析方法能在保證計(jì)算精度的前提下盡量節(jié)省時(shí)間。

一、結(jié)構(gòu)變形的影響

如果結(jié)構(gòu)變形顯著增大了荷載的效應(yīng)或改變了結(jié)構(gòu)的行為，那么在結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)變形后的形狀（即二階效應(yīng)）的影響。什么意思？意思就是如果荷載作用下結(jié)構(gòu)變形很小，那么變形不會(huì)放大荷載的效應(yīng)，想象一根只受軸壓力的筆直桿，不管怎么壓都不會(huì)彎曲；如果荷載作用下結(jié)構(gòu)變形較大，那么變形將放大荷載的效應(yīng)，荷載效應(yīng)進(jìn)一步加大變形，二者互相促進(jìn)，想象一根有較大初始彎曲的受壓桿，越壓越彎。在變形后的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再進(jìn)行分析，就是考慮二階效應(yīng)。

基于不同方向的整體屈曲彈性臨界荷載系數(shù)αcr對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)：

αcr=Vcr/VEd

其中，

αcr為荷載系數(shù)，代表設(shè)計(jì)荷載所需達(dá)到的、能造成整體模式失穩(wěn)的狀態(tài)。

Vcr為基于初始彈性剛度的整體失穩(wěn)模式下彈性臨界屈曲荷載。

VEd為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載。

在結(jié)構(gòu)分類(lèi)的基礎(chǔ)上，允許采用的不同分析方法一覽見(jiàn)表1。

如果αcr≥10，那么結(jié)構(gòu)可視為無(wú)側(cè)移，即結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)水平力作用下的響應(yīng)足夠剛強(qiáng)，以至于忽略任何因結(jié)點(diǎn)水平位移導(dǎo)致的附加力與彎矩對(duì)結(jié)果精度的影響都可接受，可忽略二階效應(yīng)的影響，采用方法0a與方法1a（一階線性分析）。
如果3.333≤αcr≤10，那么二階效應(yīng)可間接考慮?？刹捎梅椒?b與方法1b。
如果αcr≤3.333，那么分析中應(yīng)直接考慮二階效應(yīng)的影響。應(yīng)采用方法2。

以上判定貨架結(jié)構(gòu)分析中二階效應(yīng)是否必須考慮的限值，相對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范寬松。貨架是工業(yè)化產(chǎn)品，制造的精度高于一般的建筑，還具有半剛性節(jié)點(diǎn)，建造比較規(guī)則。因此，精確方法與近似方法可以取得良好的一致性，近似方法的可信區(qū)間很大。

對(duì)于未設(shè)置支撐構(gòu)件的貨架，比如平庫(kù)中常見(jiàn)的橫梁式貨架、穿梭車(chē)貨架、駛?cè)胧截浖艿鹊?，在沿巷道方向一般歸類(lèi)為有側(cè)移框架結(jié)構(gòu)，因此必須考慮二階效應(yīng)。

二、分析方法

應(yīng)根據(jù)以上分類(lèi)選擇表1中的合適方法進(jìn)行二維或三維分析。當(dāng)然也可選用更高級(jí)的直接分析方法，不過(guò)對(duì)于貨架結(jié)構(gòu)而言，直接分析法待解決問(wèn)題還很多。

表1分析方法

2.1　分析方法0-近似

此分析方法采用結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，推導(dǎo)出簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)計(jì)算公式，適用于結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單、各個(gè)方向規(guī)則的貨架。

2.2　分析方法1-線性有限元分析

此分析方法需建立有限元模型，不考慮或不直接考慮二階效應(yīng)。適用于拉桿支撐系統(tǒng)設(shè)置到位且相對(duì)較強(qiáng)的立體庫(kù)貨架。

2.3　分析方法2-二階有限元分析

此分析方法需建立有限元模型，需直接考慮二階效應(yīng)。適用于無(wú)支撐貨架和拉桿系統(tǒng)設(shè)置不到位或相對(duì)較弱的立體庫(kù)貨架。

三、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

結(jié)構(gòu)模型中應(yīng)考慮以下因素：

a) 節(jié)點(diǎn)特性。

b) 扭轉(zhuǎn)與翹曲效應(yīng)。

c) 施加存儲(chǔ)單元荷載時(shí)，對(duì)應(yīng)以下條件最不利的荷載布置：

1) 沿巷道方向的整體穩(wěn)定性。

2) 立柱的彎曲與屈曲；

3) 橫梁撓度與跨中彎矩；

4) 梁柱節(jié)點(diǎn)彎矩；

對(duì)于布局規(guī)則的貨架，考慮貨架滿(mǎn)載但靠近中部最底層一跨橫梁空載的不利荷載布置足矣，見(jiàn)圖.1a。對(duì)于支撐貨架，還應(yīng)考慮引起立柱單曲率彎曲的一種不利荷載布置，見(jiàn)圖1.b。如果最底層橫梁靠近地面，那么不利荷載布置還應(yīng)考慮第二層的一跨橫梁空載的情況，見(jiàn)圖1.c。

圖1 沿巷道方向分析典型不利荷載布置

d) 對(duì)于垂直于巷道方向的立柱組分析，可認(rèn)為所有連接在一起的立柱組均滿(mǎn)載。

e) 局部支撐缺陷與整體缺陷無(wú)需組合。局部支撐缺陷引起的力與彎矩可一階分析確定。

f) 整體分析的結(jié)構(gòu)模型線應(yīng)采用構(gòu)件全截面的形心軸線，或構(gòu)件孔洞折減后的等效截面。

g) 盡管貨架為空間結(jié)構(gòu)，出于整體分析的目的，仍可視為一系列平行于或垂直于巷道的豎向平面框架結(jié)構(gòu)以及一系列單獨(dú)的水平平面結(jié)構(gòu)。進(jìn)行某個(gè)平面的整體分析時(shí)可忽略其他平面內(nèi)的缺陷影響。

h) 構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過(guò)適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)作用公式考慮平面間的相互影響。

i) 整體分析應(yīng)采用等效截面特性。

j) 確定彈性臨界荷載時(shí)應(yīng)采用等效截面特性。

k) 規(guī)定的缺陷。

1. 無(wú)支撐貨架體系

如果沿巷道方向的每座貨架都是相同構(gòu)型，那么分析模型中可包括五座貨架或?qū)嶋H座數(shù)貨架，取二者較小者。典型的模型見(jiàn)下圖。

圖2 無(wú)支撐貨架沿巷道方向的結(jié)構(gòu)分析模型

2. 支撐貨架體系

支撐貨架建模時(shí)，除了上面的規(guī)定，還應(yīng)：

1) 支撐體系行為的三維效應(yīng)必須在分析計(jì)算中明確考慮，即背拉桿體系與貨架沒(méi)有在一個(gè)平面內(nèi)，存在偏心。

2) 當(dāng)支撐體系不對(duì)稱(chēng)時(shí)，應(yīng)在兩個(gè)方向考慮局部支撐缺陷。

3) 貨架可能只有部分設(shè)置了支撐體系，應(yīng)分別按照無(wú)支撐與支撐貨架進(jìn)行分析。

典型的模型見(jiàn)下圖。

圖3　支撐貨架沿巷道方向的結(jié)構(gòu)分析模型

3. 立柱組

對(duì)于立柱組設(shè)計(jì)，除了上面的規(guī)定，還應(yīng)考慮支撐體系的剪切柔性，包括橫斜撐與立柱連接結(jié)點(diǎn)的柔性，應(yīng)通過(guò)測(cè)試確定。對(duì)于高寬比小于10的立柱組且貨架內(nèi)無(wú)堆垛機(jī)、風(fēng)或地震等側(cè)向荷載作用，則無(wú)需進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試，可通過(guò)將橫斜撐軸向剛度折減5%的方法考慮立柱組橫向剛度的折減。此項(xiàng)折減同時(shí)包含了節(jié)點(diǎn)松動(dòng)效應(yīng)，因此節(jié)點(diǎn)松動(dòng)無(wú)需再作為初始傾斜考慮。

典型的模型見(jiàn)下圖。

圖4 垂直于巷道方向的結(jié)構(gòu)分析模型