倉庫貨架是提高倉庫使用效率,增強倉庫存取效率的重要載體,在各行各業得到了越來越廣泛的運用。可拆卸式貨架又稱組合式貨架,層高可按節距任意調節,使貨架的層間距可隨擺放貨物的大小任意調整,增加存貨的隨意性及靈活性,同時具有構件尺寸小、倉庫利用率高、制作方便、可以互換組裝且安裝周期短等優點,成為貨架中應用最廣泛的一種。
立柱又是可拆卸式貨架的最終受力支承部件,其設計是整個貨架系統的關鍵,直接關系到結構的安全性和使用的經濟性。
組裝式貨架主要由立柱片、橫梁等基本件和護角、地角、隔撐、隔擋、層板(鋼板或木板)等選配件組成。立柱片是貨架的主要受力支承部件,承重最大可達21噸。隨著貨架高度的增加、層數增多,立柱受載大,且大多采用冷彎沖孔薄壁型鋼,本身殘存一定的加工應力,實際的受力情況也比較復雜,因此立柱的設計選用成為整個貨架系統的關鍵,直接關系到結構的安全性和使用的經濟性。
一 立柱的結構
1 立柱的截面形狀
從截面看,立柱的截面形狀有很多種,但就目前市場分布來看,基本上主流型材還是至騰貨架的基本型,其中有些型材結構相對比較簡單,主要用于輕量型貨架;多邊輥軋結構相對比較復雜,加工工藝也相對復雜,主要用于中重型貨架。由基本型衍生的其他形狀主要是在長度較長的邊上增加彎折,以提高立柱的剛度和穩定性。在具體設計上,除了考慮強度、剛度和結構的穩定性以外,一般還應考慮具體的成型工藝對孔型的影響、坯料的預加工情況對產品質量的影響,如預沖孔和不在冷彎輥線上的彎曲變形對產品質量的影響,冷彎過程中預沖孔的可能變形性等。在保證配合尺寸公差要求、保證孔距要求的前提下,截面形狀的設計應兼顧不同板厚的要求,變形采用固定彎曲半徑。
2 橫梁掛接孔
立柱的正面均勻分布著許多長孔(掛鉤孔)和圓孔,用來掛接橫梁的掛鉤、安裝安全銷。
孔型通常采用呈倒八字、菱形或倒梯形,使立柱的長孔與垂直方向有一小角度,掛鉤掛上以后在貨物重力的作用下自動鎖緊,且掛鉤與立柱長孔之間為面接觸, 受力狀態較好,保證使用時更加穩固安全。但是,掛鉤孔的開設對立柱的短柱承載能力有很大的影響,開孔后的承載能力是不開孔時承載能力的70%~95%,而且對小規格的立柱的影響更大。因此,在滿足橫梁掛鉤承載能力的條件下,應該使掛鉤孔的尺寸和數量盡可能少,以提高貨架的整體承載能力。
目前,我們至騰和其它一些大型貨架廠家的貨架生產借鑒了歐洲或日本等國家的成熟技術,產品成系列化且結構相對統一,每個系列的產品一般只是外形尺寸和材料壁厚的不同,提高了立柱的生產效率,并易于貨架的快速選型。
3 設計校核
由于立柱是貨架的主要受力件,結構形狀相對復雜,并且大多數采用冷彎薄壁型鋼(本身殘存一定的加工應力),受載情況也比較復雜,尤其是高層貨架,層數多,受載大,從而使立柱的設計冗繁,校核復雜,取值的合理與否,直接關系到結構的安全性。
4 強度與穩定性驗算
(1)強度驗算
我們至騰貨架在對立柱進行強度驗算時,根據其受載狀態的不同,需分別按軸壓構件和壓彎構件進行驗算,計算采用《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GB50018—2002)的相關公式。
(2)穩定性驗算
雖然貨架的立柱基本是由薄鋼板經冷軋而成,立柱截面經多次彎曲,不會出現局部失穩現象,但是隨著貨架支柱截面形式的不斷豐富和高強鋼材的應用,使得受壓立柱向著輕型、薄壁的方向發展,容易引起立柱的整體失穩,因此受壓立柱構件的穩定性顯得更加重要。
對應于立柱的軸壓與壓彎受力狀態,穩定性驗算也應分別按軸壓構件和壓彎構件這兩種情況進行驗算,而且既要驗算其自身平面內外的穩定性,又要驗算柱肢平面內外的穩定性,穩定性驗算采用《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》的相關公式。
由于人工計算比較繁復,并且容易出錯,因此不少學者采用有限元分析的理論,借助ANSYS、NASTRAN等軟件,對貨架整體或立柱等部分進行數值模擬,對立柱的強度、穩定性進行分析,得出極限承載力和試件的失效模態,同時可對截面形狀和各種孔型開設的位置大小進行優化設計。
分析計算和實踐都證實,立柱所用的材料的機械性能、模具的設計、制作精度是影響立柱承載能力和穩定性的主要因素,各種孔型的大小變化對穩定性有直接的影響,材料的截面局部變薄對穩定性的影響不大。