驶入式钢货架静动力工作性能试验研究

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1、博士学位论文驶入式钢货架静动力工作性能试验研究EXPERIMENTALRESEARCHONSTATICANDDYNAMICWORKINGPERFORMANCEOFSTEELDRIVE-INRACKS成博哈尔滨工业大学2015年9月国内图书分类号：TU392.5学校代码：10213国际图书分类号：624.04密级：公开工学博士学位论文驶入式钢货架静动力工作性能试验研究博士研究生：成博导师：武振宇教授申请学位：工学博士学科：结构工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年9月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU392.5U.D.C:624.04Dissert

2、ationfortheDoctoralDegreeinEngineeringEXPERIMENTALRESEARCHONSTATICANDDYNAMICWORKINGPERFORMANCEOFSTEELDRIVE-INRACKSCandidate：ChengBoSupervisor：Prof.WuZhenyuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：September,2015

3、Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要作为一种高存储密度货架，驶入式货架近年来在仓储行业中得到广泛应用。为了保证货物的高存储密度，驶入式货架的内部无法在垂直于货物通道方向上设置支撑构件，使此方向的稳定性成为货架承载能力设计的关键问题。由于问题的复杂性，我国货架设计规范尚未给出其稳定承载力的具体理论设计方法，此外对其抗震设计也未涉及。有鉴于此，为建立和完善驶入式货架的理论设计方法，本文对驶入式货架的构件和节点性能、整体静力承载性能和抗震性能进行了试验研究和相应的有限元数值分析，并在此基础上进行了理论分析

4、。主要研究内容及成果有如下：共进行了三组货架节点试验，包括一组挂钩式梁柱节点、一组螺栓式梁柱节点和一组焊接式柱脚节点。对于挂钩式梁柱节点，进行了抗弯、抗剪和抗拉试验。抗弯和抗拉试验的主要破坏现象为节点挂钩切入立柱的腹板。基于这个现象，提出了节点极限抗弯承载力和初始抗弯刚度的简化计算模型和计算公式。对于螺栓式梁柱节点，进行了单向加载和反复加载抗弯试验。试验结果表明，改变横梁与连接件的相对位置对梁柱节点的初始抗弯刚度、极限承载力和变形特征均有影响。由于螺栓和螺栓孔壁之间存在着间隙，螺栓会发生滑移，使试件的弯矩-转角曲线出现转折。反复加载试验得到的节点弯矩-转角滞回曲线呈Z形。对于焊接式柱

5、脚节点，进行了绕其立柱截面对称轴的抗弯性能试验。试验主要考虑立柱所受轴力对柱脚节点性能的影响。试验结果表明，立柱中的轴力会增加节点的初始抗弯刚度和极限弯矩。由有限元模拟计算结果可知，随着立柱轴力的增大，轴力变化对柱脚节点初始刚度的影响会减弱。对驶入式整体钢货架进行了单点受力侧移试验。试验结果表明，顶部水平支撑和背部竖向支撑均能改变外力在货架内部的传递途径，增强货架的抗侧移能力；存储的货物不仅成为一种连接相邻立柱的连系构件，同时其产生立柱中的轴力提高了柱脚节点的抗弯刚度，从而增强了驶入式货架的整体侧向刚度。基于试验货架特殊的结构形式，提出了一个计算此类货架在垂直通道方向上侧向刚度的计算

6、方法。此计算方法由多个平面简化模型和相应公式组成。为了考虑支撑构件端部的局部变形的影响，在计算方法中引入了支撑杆件折减系数。对驶入式钢货架进行了静力承载试验，分析了货架立柱的极限承载力和破坏模式。试验货架中承受弯矩较大的立柱在牛腿节点附近发生弯曲破坏，破坏-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文后的立柱呈S形。使用弹塑性壳单元，对货架中受力较大的垂直于货物通道的一排立柱进行有限元模拟，其分析结果可较为保守地估计整体货架的极限承载力。基于试验现象，提出了驶入式货架立柱的单柱模型和纵向柱列模型，用于确定立柱在垂直于货物通道方向的计算长度系数。在单柱模型中，立柱上端用水平位移弹簧模拟其余结构构

7、件对其侧向约束，立柱下端用抗弯弹簧模拟柱脚约束，采用平衡法推导了立柱弹性屈曲荷载计算公式。采用有限元计算方法分析了纵向柱列模型的弹性屈曲荷载。基于数值计算结果，拟合得到立柱计算长度系数的简化计算公式。基于线弹性分析、二阶弹性分析、特征值屈曲分析和弹塑性分析的结果，并结合GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的压弯构件稳定承载力计算公式，得到了货架立柱承载力的三种计算方法。采用初始位移法对驶入式钢货架试件进行了自由振动试验。试验结果表明，货架近