基于性能仿真的薄壁多孔货架片稳定性研究

    0 引言

    随着国家“一带一路”战略稳步推进，近几年以“互联网+物流”为主要特征的新兴产业发展迅猛，立体仓库等核心仓储设备密集化、轻量化、自动化和智能化趋势明显。立体仓库货架由货架片、梁柱节点、柱脚节点、横梁(撑）、背撑等组成，属于大跨度高层空间杆系结构。考虑货物及建筑自重、搬运碰撞、设备行走、风雪压力、地震冲击等载荷耦合作用，密集仓储环境下轻质高强钢结构货架的稳定性引人关注。作为立体仓库中的主要承重构件，货架片具有薄壁多孔、形式多样、截面开口复杂等特点(如图1，简单示例），负责提供货架体系在货架片平面内的侧向刚度，其结构的不良设计常导致整体货架侧向失稳。尽管给出了相关计算公式，欧洲货架设计规范《FEM10.2.02托盘钢货架静力设计》仍建议通过试验确定货架片的极限承载力，以此对货架片的稳定性进行评估；余华按“恒荷载+货架活荷载+水平荷载”和“恒荷载+货架活荷载+横向水平地震作用”两种组合情况对货架片的整体稳定性进行了验算；KeshavK.Sangle等人采用有限元分析与试验研究发现，现有标准中货架片的设计计算总体偏向保守，加强筋设计可显著提高货架片的稳定性。以工程常用的M100型号货架片为例，本文依据FEM10.2.02性能检测试验建立了有限元仿真模型，进而对货架片结构参数的敏感性进行了分析，以期为货架整体结构的稳定性优化以及行业标准制定提供参考。

    图1 托盘式货架示意图

    1 基于性能试验的货架片有限元建模

    1.1 货架片稳定性试验

    参照欧洲货架设计规范CFEM10.2.02托盘钢货架静力设计》，对货架片进行轴向载荷压缩试验，目的是确定立柱沿着巷道方向发生位移变形时，在立柱的有效长度范围内，立柱的轴向载荷承受能力，该承载能力受立柱各种屈曲以及拉杆约束的影响。其测试原理如图2所示，选用已装配好的货架片进行测试，货架片的宽度为指定产品的最大宽度，并通过钢珠在两个立柱中的一个立柱上施加轴向荷载(另一立柱悬挂至平衡点），加载直到试件弯曲不能再承受更大的压力为止，此时的压力数值记为货架片极限承载力。货架片样件及稳定性试验装置如图3所示，试验选用M100(腹板宽度g为100mm)型号的立柱，立柱截面形状如图4所示，货架片高度1、货架片跨距a、立柱壁厚e、立柱后翼缘宽度h、立柱截面开口宽度f的取值见表1。

    表1立柱各参数值