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钢结构:关于货架系统的设计介绍

发布时间:2019-08-22 09:49:36

       货架钢结构系统的设计分析过程是非常复杂的。如果设计不恰当,或者会浪费材料,增加自重,提高成本,或者会因局部结构强度不够而埋下安全隐患。由于超静定桁架结构、静定桁架结构或钢架结构是货架钢结构中的主体形式,其中超静定桁架结构的优化设计属于离散变量的优化设计问题,设计变量的离散性给数学规划的设计方法带来很大困难,目前对于较复杂的货架钢结构系统多采用专用分析软件或有限元分析技术、实际承载模拟试验以确定货架结构体的实际工作特性,以确定其设计荷载、结构体细节设计等。

  货架钢结构的几何构造原理及力学分析

  货架钢结构的几何构造满足最基本的三角形规律,且实际结构在承载情况下的力学计算也很复杂,特别是在实际应用中会呈现比较复杂的空间结构体系以承受各个方向可能出现的荷载,因此可以在忽略一些次要的空间约束的前提下,将实际结构分解为平面结构。

  1、货架立柱、横梁、支撑等组件的截面几何尺寸(包括宽度、板料厚度)比其长度尺寸要小很多,如:一般货架立柱的截面尺寸为3030mm~150120mm不等,其节点长度尺寸在300mm~1200mm之间,基本比例在10倍以上;支撑的长宽比更大,有时可超过100倍,故可将货架结构中的组件作杆件简化处理。

    2、组装式货架立柱与横梁之间的连接形式可以看作一种半刚性的连接,一般按照铰接方式处理。其实铰节点是组装式货架钢结构中的主要节点形式,对于焊接式货架体系需要作部分刚节点考虑,实际上货架钢结构在任何荷载作用下,若不计杆件的变形,其几何形状与位置均保持不变,也可将货架结构简化为钢架结构或桁架结构,这也是货架钢结构体可以用有限元进行分析处理的力学基础。  3、货架钢结构一般为超静定结构,由于部分结构组件存在大变形,需要通过超静定结构来增加约束,并通过一定的结构简化手段将静定结构的内力计算问题转化为每个个体组件“杆”的内力计算问题。超静定结构的全部内力和反力仅靠平衡条件计算不出,还必须考虑变形条件;如在力法计算中,多余未知力由力法方程(变形条件)计算。再由M=∑MiXi+MP叠加内力图。如只考虑平衡条件画出单位弯矩图和荷载弯矩图,Xi是没有确定的任意值。因此单就满足平衡条件来说,超静定结构有无穷多组解答。  

  超静定钢结构的特点在于:  

  (1)超静定结构的多余约束破坏,仍能继续承载,具有较高的防御能力。  

  (2)超静定结构的整体性好,内力较均匀且峰值小。  

  (3)超静定结构具有较强的刚度和稳定性,从根本上满足了货架的基本应用力学原理。  

  超静定结构的内力与材料的物理性能和截面的几何特征有关,即与刚度有关。在设计货架钢结构系统时需事先假定各组件的截面尺寸和选用的材料特性、厚度系列等,才能求出内力;然后再根据内力重新优化选择组件截面特性等设计参数;另外,也可以通过调整各杆刚度比值达到调整内力的目的,以改善某些薄弱环节的结构性能,提高货架钢结构设计规划中的性价比。  

  若在实际计算中不考虑结构组件的变形,还可以进一步简化为桁架结构,因为超静定结构的整体性比静定结构好,内力较均匀且峰值小,结构刚度和稳定性都有所提高,此为偏安全性考虑;从简化处理的角度可以用平面静定结构来替代;采用节点法或截面法来计算结构中各组件的轴力,并利用相关计算原理和方法对各组件进行承载性、刚性和稳定性等的校核及优化设计。针对以上方法也可采取一般的结构计算程序或相关有限元软件进行辅助设计分析,并进一步优化实际的货架钢结构系统。

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