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貨架的承受能力檢測及計算
發布日期:2019-02-22-15-13-49
    在現代物流設備中,貨架作為一種重要的倉儲設備越來越多地用于各行各業中,合理地設計、選擇貨架成為越來越重要的工作。而橫梁作為組合式貨架中的重要部件,如何科學選擇也是一個需要解決的問題。    目前大多數貨架生產、設計單位,通常通過計算橫梁的最大承載來選擇橫梁型號。橫梁承載的計算主要采用簡化方法,例如把橫梁簡化成為簡單的簡支梁或者懸臂梁。然而,這樣選擇橫梁往往是不準確的,要么數值偏小,無法滿足強度、剛度和安全使用的需要,容易造成安全事故;要么數值偏大,造成強度、剛度的富裕和材料的浪費,給使用者增加了不必要的投資。前不久,鄭州陳砦5 5特大冷庫貨架倒塌事故的發生,更讓我們認識到合理設計、選擇貨架的必要性和重要性。   1貨格載貨模型的簡化貨格為貨架中存放貨物的最小單元,由橫梁和立柱組成。研究貨格載貨模型是為了更好的分析橫梁的受力模型。   在實際應用中,組合式貨架的橫梁跨度集中在1 000 4 000 mm之間??缍容^小的橫梁一般用于輕小型貨架,貨物以散料和小包裝貨物為主,并直接放置在橫梁上。同時為了防止貨物與立柱接觸和碰撞,在貨物放置區域的兩端設置一定的側向間隙。   對于跨度較大的橫梁,主要用于中高層和重型貨架,貨物先碼放到托盤上再放置到橫梁上,并使用叉車、堆垛機等搬運設備實現貨物的存取。為了防止貨物碰撞并方便存取作業,在貨物之間以及貨物與立柱之間設置一定的安全間隙。同時,考慮到模型的普遍性和實用性,對于橫梁跨度較大的貨格按照每個貨格放置2個托盤計算,即使實際情況中使用的是3個托盤或者1個托盤,經過實驗驗算,誤差也是可以接受的。   考慮到貨格載貨模型的統一性,側向間隙、水平間隙、托盤長度和貨格長度的取值。   2橫梁自由度的約束雖然貨架是一個空間桁架結構,但在計算橫梁承載時需要把計算模型簡化為平面模型。又由于組合式貨架橫梁的跨度遠大于其橫截面尺寸,故在計算時可以將橫梁簡化為材料力學中的梁單元,而梁兩端自由度的約束是研究的重點。   梁的每個端點有3個自由度,即x軸的平動、y軸的平動和繞z軸的轉動,通常的處理方法是把梁的兩端作為鉸支端或者固定端。作為鉸支端處理時,約束了2個端點的平動自由度,但沒有限制端點的轉動自由度。在這種狀態下,橫梁可以在端點處相對原軸線位置扭轉一定的角度,端點處可以傳遞力不可以傳遞力矩;當作為固定端處理時,約束了梁兩端的所有自由度。此時橫梁在端點處既不可以平動也不可以轉動,但可以傳遞力和力矩。   組合式貨架橫梁與立柱采用一種特殊的插拔式連接方式,橫梁通過3爪或者4爪掛片嵌入到立柱孔中。這種連接方式一方面允許橫梁繞受力前的軸線有一定的轉動,另一方面又要求橫梁端點可以傳遞橫梁上的載荷對立柱的力矩作用。由此可見,把橫梁兩端簡化為單純的鉸支端或者固定端是不符合實際情況的。橫梁的實際受力效果是部分鉸支加部分固支。   假設橫梁的總承載為W,橫梁的實際變形等于部分載荷(pW )在鉸支條件下造成橫梁的變形加上剩余載荷( (1- p) W)在固支條件下造成橫梁的變形,即y= y i + y g其中, y為橫梁的實際變形, y j為pW大小的載荷在鉸支條件下的橫梁變形, y g為(1- p) W大小的載荷在固支條件下的橫梁變形, p為鉸支條件下分擔橫梁承載的百分比,可以通過實驗測得,本文取p= 0 71。   當已知橫梁的變形f求橫梁的承載時,由于變形與載荷的線性關系,有W= 0 71 W j + 0 29 W g。   其中, W為橫梁的承載, W g為鉸支條件下變形為f時的橫梁承載, W g為固支條件下變形為f時的橫梁承載。   3載荷的加載橫梁的承載是指1對相同的橫梁所承受的貨物載荷的大小,但在計算過程中由于我們只取1根橫梁作為研究對象,故加載的貨物載荷只是橫梁承載的1 2。又因為橫梁多選用高密度的鋼、鐵材料制造且跨度較大,所以在計算過程中必須考慮橫梁自重的影響。   當橫梁跨度較小時,貨物多為散料和小包裝物品并直接置于橫梁上,故可以把貨物的載荷作為均布力加載于橫梁的中部,且距左右立柱有一定的側向距離;對于橫梁的自重,則按照均布力加載于整根橫梁上,。當橫梁跨度較大時,貨物多通過托盤的形式放置到橫梁上。一般認為,托盤與橫梁的接觸為線接觸而非面接觸,即貨物對橫梁的作用力集中于托盤的某些部位而非均勻地分布在整個托盤上,故在簡化時把每個托盤上貨物的載荷按照集中力加載在托盤的2個支腳上,每一個集中力為整個橫梁承載的1/ 8.對于橫梁的自重,仍然按照均布力加載于整根橫梁上。圖中a 1為側向間隙, a 2為水平間隙, q為橫梁的自重載荷,q 1為貨物載荷按照均布力計算時的貨物載荷, G/ 8為貨物載荷按照集中力計算時每個托盤支腳處的貨物載荷。   小跨度橫梁的受力模型大跨度橫梁的受力模型4計算方法在材料力學中,已知梁的最大變形求梁的最大承載有應力法和撓度法2種計算方法。在橫梁的使用過程中,橫梁的失穩主要表現為剛度失穩,即橫梁的撓度超過了許用撓度。但是當橫梁截面抗彎系數較大或者橫梁跨度較小時,也有可能發生強度失穩,即橫梁的應力超過了許用應力。故計算橫梁的承載時需要綜合考慮強度和剛度的要求,而不能僅僅采用應力法或者撓度法中的1種。   筆者采用的計算方法是先取橫梁的兩端為鉸支端,然后分別按照應力法和撓度法計算橫梁的承載,最后取二者的較小者作為鉸支狀態下的橫梁承載;同理,再取橫梁的兩端為固定端,得到固定狀態下的橫梁承載;最后按照前文提到的方法進行疊加,即得到了橫梁的實際承載。   由于組合式貨架中的橫梁為2片唇形冷軋件咬合而成的箱形部件,根據鋼貨架結構設計規范第3 2 2條,計算全截面有效的冷彎型鋼貨架結構的受拉、受壓或受彎構件的強度時,可采用計及冷彎效應的強度設計值f ,其值由下式確定:f = 1 +(12 - 10) t L n i= 1 i 2 f其中,為成型方式系數,為鋼材的抗拉強度與屈服點的比值, n為型鋼截面所含棱角數,i,為型鋼截面上第i個棱角所對應的圓周角, L為型鋼截面中心線的長度,可取型鋼截面面積與其厚度的比值。   按照目前國內貨架生產廠商采用的標準,在計算過程中取橫梁的最大撓度為橫梁跨度的0 5% ,安全系數n= 1 62。同時,考慮到實際使用中橫梁與立柱搭配的需要,如果計算出來的橫梁承載大于配套的立柱的承載,則需要作相應的修正,即取橫梁的承載值為配套的立柱的承載值。   5結果比較筆者按照本文提出的方法,選擇了若干種不同的橫梁截面,計算了跨度在1000 4000mm間的多組橫梁的承載數據,并與經過實驗得到的標準承載表進行比較。從看出,按照本文提出的方法計算的承載與實際標準承載的平均誤差僅為2 05% ,是一種可以接受的求解方法,計算誤差很小,可以滿足貨架選型和承載計算的需要。   6結束語:本文詳細介紹了橫梁承載和選型的模型化和計算方法,該方法簡單實用,可大大提高計算精度。該方法可以作為貨架制造企業和設計企業進行橫梁系列設計和標準承載表計算的依據。當然,從實際計算的情況看,比例系數p是一個關鍵因素。若要更加準確的計算橫梁承載能力,必須通過多組實驗得到最接近于實際的p值,以得到更接近實際的橫梁承載能力。
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