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货架结构设计:构件设计(一)横梁

人气:182 发布时间:2024-01-28

  构件设计承载力应通过测试或理论计算方法确定。理论计算方法应合理考虑开孔与局部屈曲、整体屈曲和畸变屈曲以及缺陷的相互作用影响。对于连续开孔的构件,理论计算方法应通过测试验证。

  连续开孔构件的设计需要测试,但是并不限制理论计算方法(比如有限元法)应用于开孔或无孔构件的计算。

  一、截面特性

  计算截面特性时,毛截面面积应在展开钢带名义截面面积的±2%以内。

  1.1刚度

  开孔对刚度(或变形)的影响可通过相关测试方法确定,亦可以通过有限元或等效截面计算。

  为了简化计算,开孔可假定为矩形(见图1与图2)。图1 原始截面形状图2 简化成矩形孔后的截面形状

  开孔效应由截面局部厚度的折减表示,截面被划分为不同厚度的板条(见图3)。图3 等效厚度板条的截面

  其中,

  ti为板条等效厚度;

  t为截面名义厚度;

  Δhi为孔间距;

  Hi、di为孔的高度;

  wi为孔的宽度;

  ξi为开孔影响系数。

  等效截面的特性可用合适的软件或公式计算。

  计算刚度的相关等效截面特性有:

  ——截面积Aeq

  ——强轴惯性矩Iy,eq

  ——弱轴惯性矩Iz,eq

  ——扭转常数IT,eq

  ——翘曲常数Iw,eq

  可将净截面特性作为等效截面特性。

  1.2 强度

  相关有效截面特性有:

  ——截面积Aeff

  ——强轴截面模量Weff,y

  ——弱轴截面模量Weff,z

  二、横梁的设计

  受弯构件承载力应考虑弯曲、轴压与剪切作用,通过相关测试或理论方法计算确定,如有需要还应考虑:

  a)局部屈曲;

  b)腹板压屈;

  c)侧向扭转屈曲;

  d)非弹性行为;

  e)翼缘翘曲;

  f)扭转;

  g)构件缺陷。

  2.1 侧向扭转屈曲不起控制作用的横梁图4 侧向扭转屈曲不起控制作用的横梁截面示例

  当横梁跨度很大时,图4截面的横梁也可能会发生侧向扭转屈曲。图5给出了箱型截面横梁侧向扭转屈曲不起控制作用的(截面高度)/(截面宽度)近似限值。图5 横梁侧向扭转屈曲无需考虑的长细率范围

  A 横梁截面长细率,即高宽比

  B 横梁跨度,单位m

  C 侧向扭转屈曲不起控制作用的区域

  对于侧向扭转屈曲不起控制作用的受弯构件,弯曲承载力应根据相关标准计算。左右对称放置货载的横梁近似设计方法如下(该近似方法已经编成了对应小程序):

  2.1.1 跨中弯矩

  Wd为单根横梁承受荷载的设计值;

  L为横梁净跨(立柱边到边);

  h为层高;

  kd为梁柱节点刚度;

  Ib为横梁惯性矩;

  Ic,eq为立柱强轴惯性矩。

  βθ和βm见表1。

  2.1.2 挠度

  Wser为单根横梁承受荷载的标准值;

  βθ和βΔ见表1。

  以上计算式基于的模型见图6。图6 横梁近似计算模型

  2.1.3 等效横梁荷载

  对于横梁上荷载不是均布荷载的情况,应根据表1中的系数将实际荷载布置转化成等效均布荷载。

  表1 横梁荷载系数

  2.2 侧向扭转屈曲的横梁

  图7 侧向扭转屈曲起控制作用的横梁截面示例

  开口截面的货架横梁,受弯平面不是对称轴平面,受弯的同时受扭,特别易发生侧向屈曲。虽然受到货物托盘部分程度的约束,但是其强度与刚度最好通过测试确定。C型抱焊梁强度取决于一系列参数,如截面高宽比、C型截面抱扣的程度、C型截面卷边宽度、是否有点焊及点焊间距等。

  在正常的放货卸货条件下应确保横梁的扭转稳定性。

  横梁侧向扭转屈曲强度Mb,Rd应进行测试或以下方法计算确定:

  fy为钢材屈服强度特征值;

  Weff,y为强轴有效截面模量。

  αLT=0.34(一般截面)

  αLT=0.49(开口冷成型截面,如∑形截面)

  Mcr的计算应基于毛截面特性,有效长度取横梁长度。

  2.3 存储单元与横梁的相互作用

  2.3.1 确定弯矩

  一般认为当每组横梁上存储单元数目多于一个时,可认为横梁上的荷载为均匀分布。对于仅有一个存储单元的情况,应认为横梁上的荷载分布如图8所示。图8 荷载分配

  2.3.2 腹板压屈

  当校核横梁的腹板压屈或腹板压屈与弯曲组合时,保守假定所有荷载通过托盘最外两侧的构件施加于横梁,见图9。图9 腹板压屈荷载分配

  2.3.3 特殊情况

  设计人员应确定可能导致横梁较高应力的特殊存储状况。例如,轮胎或桶状容器会在施加竖向荷载的同时施加水平荷载、使用较窄的托盘会导致荷载易向横梁跨中集中等。

  2.4 塑性设计

  横梁可进行塑性设计,前提是恰当考虑梁柱节点的转动能力及其对结构整体变形的影响。

  2.5 受到压弯作用的横梁

  当横梁作为支撑体系一部分同时承受轴压力时,其屈曲长度应取为:

  Lb,y=KyL,Lb,z=KzL,

  Ky=1(或其他分析计算值);

  Kz 见表2。

  表2 支撑货架受压横梁的屈曲长度系数Kz值

  2.6 截面畸变的横梁

  截面畸变的横梁应通过测试或有限元分析进行设计。