在完成分析模型、把荷載施加于模型上之后,接下來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。
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:
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)分類的基礎(chǔ)上,允許采用的不同分析方法一覽見表1。
如果αcr≥10,那么結(jié)構(gòu)可視為無側(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,比如平庫中常見的橫梁式貨架、穿梭車貨架、駛?cè)胧截浖艿鹊龋谘叵锏婪较蛞话銡w類為有側(cè)移框架結(jié)構(gòu),因此必須考慮二階效應(yīng)。
應(yīng)根據(jù)以上分類選擇表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,不過對(duì)于貨架結(jié)構(gòu)而言,直接分析法待解決問題還很多。
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)較弱的立體庫貨架。
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載。
e) 局部支撐缺陷與整體缺陷無需組合。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。典型的模型見下圖。
圖2 無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有在一個(gè)平面內(nèi),存在偏心。
2) 當(dāng)支撐體系不對(duì)稱時(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)分別按照無支撐與支撐貨架進(jìn)行分析。
典型的模型見下圖。
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)通過測(cè)試確定。對(duì)于高寬比小于10的立柱組且貨架內(nèi)無堆垛機(jī)、風(fēng)或地震等側(cè)向荷載作用,則無需進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試,可通過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)無需再作為初始傾斜考慮。
圖4 垂直于巷道方向的結(jié)構(gòu)分析模型
4. 抗傾覆穩(wěn)定性
應(yīng)驗(yàn)證空載貨架在水平荷載作用下(如水平放置荷載作用在最頂層)的穩(wěn)定性。
5. 安裝階段穩(wěn)定性
貨架設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮貨架在安裝階段的穩(wěn)定性,并知會(huì)相關(guān)各方注意事項(xiàng)。
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