托盤橫梁式鋼貨架結(jié)構(gòu)概述摘要：托盤橫梁式鋼貨架結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面相互關(guān)聯(lián)，在進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，需要將理論分析與模擬試驗(yàn)手段相結(jié)合，并結(jié)合用戶實(shí)際加以考慮。

　　關(guān)鍵詞：托盤貨架系統(tǒng)、貨架鋼結(jié)構(gòu)、規(guī)劃設(shè)計(jì)

　　托盤橫梁式鋼貨架結(jié)構(gòu)主要由立柱、橫梁等主要承載構(gòu)件及其附屬配套件構(gòu)成，橫梁與立柱的連接多采用機(jī)械式的鎖扣結(jié)構(gòu)，可隨意拆裝組合。在貨架系統(tǒng)的選用和設(shè)計(jì)規(guī)劃過(guò)程中，要綜合考慮相應(yīng)國(guó)家和地區(qū)的貨架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及已驗(yàn)證的貨架組件產(chǎn)品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)，并結(jié)合貨架的使用要求、搬運(yùn)設(shè)備的性能及控制方式、存儲(chǔ)單元的規(guī)格參數(shù)特性及荷載類別、制作材料的供應(yīng)及加工工藝、安裝條件等因素，合理選擇材料、結(jié)構(gòu)形式、連接方式和構(gòu)造加固措施，并對(duì)貨架鋼結(jié)構(gòu)及其單元體進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的校核與設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)合理、外形美觀及經(jīng)濟(jì)性好，以滿足客戶的實(shí)際需要。

　　主要零部件的特點(diǎn)

　　1　托盤橫梁式鋼貨架的立柱結(jié)構(gòu)

　　在托盤橫梁式鋼貨架結(jié)構(gòu)體系中，多采用冷彎薄壁多孔型鋼柱作為貨架立柱主體的垂直向受力承載結(jié)構(gòu)。在貨架立柱的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，既要考慮貨架立柱的承載力、截面力學(xué)特性、冷加工工藝及生產(chǎn)制造精度等要求，還要考慮荷載特性、截面回轉(zhuǎn)半徑、節(jié)點(diǎn)節(jié)距等參數(shù)對(duì)貨架立柱承載性的影響；既要考慮冷彎薄壁型鋼的彎扭屈曲特性，還要考慮冷彎薄壁型鋼貨架立柱上的多孔削弱性因素、偏載因素；既要考慮貨架系統(tǒng)的抗震性影響，還要考慮貨架立柱系統(tǒng)的其他水平向的抗受力的疊加性影響。

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者針對(duì)不同的貨架立柱結(jié)構(gòu)和零部件進(jìn)行了大量的試驗(yàn)、數(shù)值分析及理論研究，也制定了一系列的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，但至今還沒(méi)有切實(shí)可行的通用程序和理論來(lái)精確、有效地計(jì)算貨架立柱結(jié)構(gòu)的承載力。目前可以通過(guò)有限元方法實(shí)現(xiàn)貨架立柱在特定力學(xué)作用下的承載力影響模擬和破壞模態(tài)模擬，為理論研究提供有效參考，并且我國(guó)貨架類規(guī)范及其他國(guó)家和地區(qū)的貨架規(guī)范均建議采用試驗(yàn)的方法來(lái)確定貨架立柱的力學(xué)特性。

　　本文利用SOLIDWORK2007軟件自帶的COSMOSXpress設(shè)計(jì)分析工具，對(duì)某類托盤橫梁式鋼貨架立柱進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，采用貨架立柱為3000mm長(zhǎng)的13個(gè)折面的冷彎薄壁多孔的型材結(jié)構(gòu)實(shí)體網(wǎng)格，單元大小為11.364mm，公差為0.mm，單元數(shù)為，節(jié)數(shù)為；類比可分析其他設(shè)定長(zhǎng)度的貨架立柱，結(jié)果基于線性靜態(tài)分析，材料設(shè)想為同象性。其中貨架立柱的材料特性假設(shè)為：彈性模量2.1e+011N／m2，泊松比0.28 NA，抗剪模量7.9e+010 N／m2，質(zhì)量密度7800kg／m3，張力強(qiáng)度3.9983e+008 N／m2，屈服強(qiáng)度2.206e+008 N／m2，見(jiàn)圖1、圖2?；旧峡梢阅M計(jì)算出相應(yīng)的屈服力、位移量。并根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算中的安全系數(shù)獲得相應(yīng)的約束及約束力、外加載力等，為實(shí)際的試驗(yàn)?zāi)M和數(shù)據(jù)驗(yàn)證提供科學(xué)依據(jù)。

　　2　托盤橫梁式鋼貨架立柱片的支撐結(jié)構(gòu)

　　立柱通過(guò)橫斜撐連接構(gòu)成立柱片，并形成貨架結(jié)構(gòu)承載的主體骨架結(jié)構(gòu)。由于貨架立柱橫截面的對(duì)稱性與開(kāi)口冷彎薄壁多孔的特點(diǎn)，其在X-Y兩個(gè)方向的慣性矩差別比較大，為充分發(fā)揮貨架冷彎薄壁多孔立柱的承載能力，通常根據(jù)一定的節(jié)點(diǎn)節(jié)距并通過(guò)設(shè)置支撐體系的方式來(lái)加強(qiáng)承載能力，以減少貨架冷彎薄壁多孔立柱的計(jì)算長(zhǎng)度。也有廠商根據(jù)貨架承載的特點(diǎn)布置支撐，如形成上疏下密的符合力學(xué)特點(diǎn)的優(yōu)化布置特點(diǎn)，但不利于生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和批量化，貨架的安裝與調(diào)整也存在一定難度。支撐多采用C型截面冷彎鋼或矩形截面管制作。筆者在《貨架鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的分析》(《物流技術(shù)與應(yīng)用》2007年10期)中用三角幾何不變體原理說(shuō)明了布置支撐結(jié)構(gòu)的方法，貨架的絎架特性更加突出、整體穩(wěn)定性更強(qiáng)，同理對(duì)貨架結(jié)構(gòu)體的跨度、高度、長(zhǎng)度等方面進(jìn)行優(yōu)化研究和分析，分析貨架立柱的邊界約束、細(xì)長(zhǎng)比的影響因素等，分析構(gòu)件間的內(nèi)力分布及大小，對(duì)貨架整體穩(wěn)定性分析及提高貨架立柱的承載力均提供了科學(xué)依據(jù)。

　　3　托盤橫梁式鋼貨架的橫梁結(jié)構(gòu)

　　橫梁作為托盤橫梁式鋼貨架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中支承貨物的主要受力部件，通過(guò)特定的梁柱節(jié)點(diǎn)形式(橫梁與立柱多采用掛鉤、銷釘、螺栓及焊接等連接，形成焊接節(jié)點(diǎn)、螺栓接點(diǎn)、機(jī)械式節(jié)點(diǎn))構(gòu)成貨架框架結(jié)構(gòu)，此處多采用半剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，這也是托盤橫梁式鋼貨架區(qū)別于一般鋼結(jié)構(gòu)的特征之一。根據(jù)現(xiàn)有的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提出的半剛接的可行性，可通過(guò)試驗(yàn)獲得梁柱節(jié)點(diǎn)的彎矩一轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線，即節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，以研究、設(shè)計(jì)和計(jì)算貨架梁柱間的半剛性連接。歐洲規(guī)范EC4規(guī)定：當(dāng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度小于梁的線剛度的0.5倍時(shí)，可視為鉸接；當(dāng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度大干梁的線剛度的25倍時(shí)，可視為剛接；兩者之間為半剛接。AISC規(guī)范1994年版把傳遞20％以下構(gòu)件