悬臂式货架钢结构规划与仿真

　　摘 要：针对高层、重载钢结构货架规划过程中存在的盲目性，给出一种适用于长直杆件立体存储悬臂梁式立体货架的规划办法，推导出货架钢结构参数与货架承载之间的关系式。运用此规划办法规划了长直杆件铝型材立体存储钢结构立体货架，并分别在货架受单侧满载和振荡载荷的效果下对货架的强度、刚度及抗震性进行了有限元仿真剖析，所得到的成果满意规划目标要求，进一步验证了关系式的适用性，为存储长直杆件的悬臂梁式立体货架的规划供给了参阅。

　　自动化立体库房的呈现对货品贮存具有划时代的含义, 它不只彻底改变了仓储职业劳作密布、功率低的落后面貌, 并且拓宽了库房功用, 使之从单纯的保管型向归纳流转型方向开展。近些年，跟着物联网的遍及，我国仓储职业得到了大力开展，但长直杆件（6 m 以上）、重载货品（单元货品3 t 以上）的立体存储依旧开展缓慢，大多仍然选用天然堆积的仓储办法[1,2]。这种低效的仓储办法现已不适应我国当时方便物流、高效出产的实践需求。因而，迫切需求树立真实含义上的长直杆件自动化立体库房。货架是自动化立体库房存储货品的重要基础设备，要求具有杰出的承载、抗震才能和结构安稳性[3,4]。特别是在尺度长、质量大的铝型材仓储职业中，对货架的安稳性要求更高，本文针对一直以来对重载高层货架钢结构规划存在盲目性问题，提出了适用于寄存长直杆件的悬臂梁式货架规划办法。

　　1.1 悬臂梁式货架结构悬臂梁式货架钢结构由立柱、横梁、悬臂梁、底座构成，底座与地上固连，在笔直立柱的两边伸出悬臂。其前伸悬臂梁具有结构轻盈、载重才能强的特色，适用于寄存较长的物料。见图1。

　　悬臂梁所受最大弯矩M1=q 2/2，在悬臂梁与立柱的衔接节点处，悬臂梁上最大的曲折应力σ 1=M1/W1，W1为悬臂梁的抗弯截面系数。因为为纯曲折梁，此刻梁的曲折应力即为正应力。一起能够得出悬臂梁C 点处的挠度ωc=q 4(8EI 1)，I 1 为悬臂梁横截面对中性轴的惯性矩。参照文献[5]，悬臂梁最大挠度为/300, 即ωc=q 4 (8EI 1) ≤/300。

　　依据参阅文献[5]，货架立柱最大挠度ω max ≤H /1 000 ，推导出

　　式中：F 为单位货格单悬臂承载，E 为立柱钢材的弹性模量，I 2 为立柱横截面对中性轴的惯性矩。

　　依据上述理论推导，本文针对某铝业公司的出产实践，规划适用于长直杆件存储的悬臂梁式立体货架。该企业首要出产的各类铝型材尺度规范以6 m 和12 m 为主，单元货架尺度规划为12 000(L )mm×760( )mm×1 050(h )mm，依据厂房规划要求货架总高为10.5 m，两托举悬臂距离为1 500 mm，单悬臂载重0.4 t，单元货架载重3.6 t。悬臂梁式货架规划的关键是立柱与悬臂梁构件选型。构件截面形状不同，其抗弯截面系数Wz 也不同。在选取经济合理的截面时，一般用比值 Wz /A 来衡量截面形状的合理性和经济性，其间A 表明截面面积。经过比较圆形、矩形、工字型钢等几种规范型材的Wz /A的值，悬臂梁和立柱选用具有杰出抗弯和经济功能的工字钢，横梁选用矩形管。2.1 悬臂梁型钢选取

　　得到 I 2 ≥（24 047.7+126.6x ）cm4 。参照文献[6]，立柱选用56a 号工字钢。货架构件的首要类型参数见表1。

　　在工程钢结构中，有限元法是一种简略有用的剖析核算办法[7]。本文在Ansys Workbench 中对单元货架进行力学功能和轰动安稳性剖析，以进一步验证理论公式的合理性。在Pro/E 中树立三维模型， 然后导入AnsysWorkbench 中，以立柱的中心线为基准，设定各构件衔接部位为固接办法，单元类型选用实体单元Solid 236，选用自在网格划分法，网格巨细为2 mm。货架体系所选用钢材特点：杨氏弹性模量E =200 GPa，泊松比μ =0.3，密度ρ =7 850kg/m3，屈从强度σ =215 MPa。树立有限元模型如图3 所示。

　　在货架剖析中首要考虑：货架满载时，货架立柱及悬臂梁的正应力及挠度；货架单侧满载时，货架立柱及悬臂梁的曲折应力和挠度。因为悬臂式货架承载时，货架立柱及悬臂梁的曲折应力远远大于正应力，所以本文首要剖析货架单侧满载情况下的应力及挠度。货架与地基触摸处归于固定衔接，选用全束缚，约束悉数自在度。载荷选用均布办法悉数施加于悬臂梁承载外表。悬臂梁最大曲折轴应力求及悬臂梁曲折位移如图4 所示。仿真成果显现，悬臂梁最大曲折应力为35.323 MPa，最大挠度为2.099 2 mm，均满意货架悬臂应力与挠度形变的规划要求。

　　立柱最大曲折轴应力求及曲折位移图见图5。仿真成果显现，立柱最大曲折应力为24.83 MPa，最大挠度为9.618 2 mm 小于立柱的挠度许用值10.5 mm，满意货架立柱的规划要求。

　　货架体系在仓储过程中，除遭到静载荷效果，还会有冲击载荷的效果，一起要考虑到地震影响要素。对货架模型进行模态剖析来确认货架的根本振型和固有频率，本文选用最大静力法，求出货架满载时在轰动载荷效果下的最大应力。对货架进行模态剖析，得到前十阶固有频率如表2 所示。地震效果为笔直轰动和水平轰动，第一阶振型沿水平方向，其他振型为组合振型，故取第一阶振型为货架固有频率f =1.94 Hz。

　　4.1 地震载荷依据最新版《构筑物抗震规划规范》，轰动载荷只需求核算水平方向的效果力[8]。依据当地修建防地震等级需求，本货架的防震等级为6 级，地震加速度取0.1g ，其总的水平载荷[9]

　　式中：C x 为地震呼应系数，与场所、振荡周期以及轰动加速度有关；I p 为体系重要因子，关于重要设备取I p=1.5，非重要设备取I p=1，本文取I p=1；货品载荷D=635 040 N，货架自重P =117 256 N。依据文献[10]，地震系数

　　式中：C v 为地震系数，与场所和地震加速度有关，取C v=0.24；R 为安全系数，取R =4；T 为货架振荡周期，T = 1 f =0.515 s。结合式（7）、式（8），得到水平载荷F =44 671 N。

　　对悬臂式货架进行剖析，推导出高层重载货架钢结构参数与承载的关系式，为长直杆件货架的规划供给了新办法。在规范型材的基础上，使用新办法对寄存长直杆件的悬臂式货架进行规划，并结合仿真剖析验证了关系式的适用性。对高层重载货架进行安稳性剖析，在地震载荷下，立柱最大应力为100.99 MPa，低于立柱资料的屈从强度, 进一步验证了运用所述核算关系式规划的货架满意强度和刚度规划要求。

　　参阅文献[1] 唐性宇, 马笑. 自动化立体库房在铝型材职业的使用[J].轻合金加工技能,2016,44(3):48-53.[2] 刘景义, 张爱民, 黎嘉杰. 我国首家铝型材仓储自动化立体库的规划与使用[J]. 物流技能：配备版,2012(18):25-27.