貨架的承受能力檢測及計算

在現代物流設備中，貨架作為一種重要的倉儲設備越來(lái)越多地用于各行各業(yè)中，合理地設計、選擇貨架成為越來(lái)越重要的工作。而橫梁作為組合式貨架中的重要部件，如何科學(xué)選擇也是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

　　目前大多數貨架生產(chǎn)、設計單位，通常通過(guò)計算橫梁的最大承載來(lái)選擇橫梁型號。橫梁承載的計算主要采用簡(jiǎn)化方法，例如把橫梁簡(jiǎn)化成為簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)支梁或者懸臂梁。然而，這樣選擇橫梁往往是不準確的，要么數值偏小，無(wú)法滿(mǎn)足強度、剛度和安全使用的需要，容易造成安全事故；要么數值偏大，造成強度、剛度的富裕和材料的浪費，給使用者增加了不必要的投資。前不久，鄭州陳砦5 5特大冷庫貨架倒塌事故的發(fā)生，更讓我們認識到合理設計、選擇貨架的必要性和重要性。

　　1貨格載貨模型的簡(jiǎn)化貨格為貨架中存放貨物的最小單元，由橫梁和立柱組成。研究貨格載貨模型是為了更好的分析橫梁的受力模型。

　　在實(shí)際應用中，組合式貨架的橫梁跨度集中在1 000 4 000 mm之間?？缍容^小的橫梁一般用于輕小型貨架，貨物以散料和小包裝貨物為主，并直接放置在橫梁上。同時(shí)為了防止貨物與立柱接觸和碰撞，在貨物放置區域的兩端設置一定的側向間隙。

　　對于跨度較大的橫梁，主要用于中高層和重型貨架，貨物先碼放到托盤(pán)上再放置到橫梁上，并使用叉車(chē)、堆垛機等搬運設備實(shí)現貨物的存取。為了防止貨物碰撞并方便存取作業(yè)，在貨物之間以及貨物與立柱之間設置一定的安全間隙。同時(shí)，考慮到模型的普遍性和實(shí)用性，對于橫梁跨度較大的貨格按照每個(gè)貨格放置2個(gè)托盤(pán)計算，即使實(shí)際情況中使用的是3個(gè)托盤(pán)或者1個(gè)托盤(pán)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗驗算，誤差也是可以接受的。

　　考慮到貨格載貨模型的統一性，側向間隙、水平間隙、托盤(pán)長(cháng)度和貨格長(cháng)度的取值。

　　2橫梁自由度的約束雖然貨架是一個(gè)空間桁架結構，但在計算橫梁承載時(shí)需要把計算模型簡(jiǎn)化為平面模型。又由于組合式貨架橫梁的跨度遠大于其橫截面尺寸，故在計算時(shí)可以將橫梁簡(jiǎn)化為材料力學(xué)中的梁?jiǎn)卧?，而梁兩端自由度的約束是研究的重點(diǎn)。

　　梁的每個(gè)端點(diǎn)有3個(gè)自由度，即x軸的平動(dòng)、y軸的平動(dòng)和繞z軸的轉動(dòng)，通常的處理方法是把梁的兩端作為鉸支端或者固定端。作為鉸支端處理時(shí)，約束了2個(gè)端點(diǎn)的平動(dòng)自由度，但沒(méi)有限制端點(diǎn)的轉動(dòng)自由度。在這種狀態(tài)下，橫梁可以在端點(diǎn)處相對原軸線(xiàn)位置扭轉一定的角度，端點(diǎn)處可以傳遞力不可以傳遞力矩；當作為固定端處理時(shí)，約束了梁兩端的所有自由度。此時(shí)橫梁在端點(diǎn)處既不可以平動(dòng)也不可以轉動(dòng)，但可以傳遞力和力矩。

　　組合式貨架橫梁與立柱采用一種特殊的插拔式連接方式，橫梁通過(guò)3爪或者4爪掛片嵌入到立柱孔中。這種連接方式一方面允許橫梁繞受力前的軸線(xiàn)有一定的轉動(dòng)，另一方面又要求橫梁端點(diǎn)可以傳遞橫梁上的載荷對立柱的力矩作用。由此可見(jiàn)，把橫梁兩端簡(jiǎn)化為單純的鉸支端或者固定端是不符合實(shí)際情況的。橫梁的實(shí)際受力效果是部分鉸支加部分固支。

　　假設橫梁的總承載為W，橫梁的實(shí)際變形等于部分載荷（pW ）在鉸支條件下造成橫梁的變形加上剩余載荷（ （1- p） W）在固支條件下造成橫梁的變形，即y= y i + y g其中， y為橫梁的實(shí)際變形， y j為pW大小的載荷在鉸支條件下的橫梁變形， y g為（1- p） W大小的載荷在固支條件下的橫梁變形， p為鉸支條件下分擔橫梁承載的百分比，可以通過(guò)實(shí)驗測得，本文取p= 0 71。

　　當已知橫梁的變形f求橫梁的承載時(shí)，由于變形與載荷的線(xiàn)性關(guān)系，有W= 0 71 W j + 0 29 W g。

　　其中， W為橫梁的承載， W g為鉸支條件下變形為f時(shí)的橫梁承載， W g為固支條件下變形為f時(shí)的橫梁承載。

　　3載荷的加載橫梁的承載是指1對相同的橫梁所承受的貨物載荷的大小，但在計算過(guò)程中由于我們只取1根橫梁作為研究對象，故加載的貨物載荷只是橫梁承載的1 2。又因為橫梁多選用高密度的鋼、鐵材料制造且跨度較大，所以在計算過(guò)程中必須考慮橫梁自重的影響。

　　當橫梁跨度較小時(shí)，貨物多為散料和小包裝物品并直接置于橫梁上，故可以把貨物的載荷作為均布力加載于橫梁的中部，且距左右立柱有一定的側向距離；對于橫梁的自重，則按照均布力加載于整根橫梁上，。當橫梁跨度較大時(shí)，貨物多通過(guò)托盤(pán)的形式放置到橫梁上。一般認為，托盤(pán)與橫梁的接觸為線(xiàn)接觸而非面接觸，即貨物對橫梁的作用力集中于托盤(pán)的某些部位而非均勻地分布在整個(gè)托盤(pán)上，故在簡(jiǎn)化時(shí)把每個(gè)托盤(pán)上貨物的載荷按照集中力加載在托盤(pán)的2個(gè)支腳上，每一個(gè)集中力為整個(gè)橫梁承載的1/ 8.對于橫梁的自重，仍然按照均布力加載于整根橫梁上。圖中a 1為側向間隙， a 2為水平間隙， q為橫梁的自重載荷，q 1為貨物載荷按照均布力計算時(shí)的貨物載荷， G/ 8為貨物載荷按照集中力計算時(shí)每個(gè)托盤(pán)支腳處的貨物載荷。

　　小跨度橫梁的受力模型大跨度橫梁的受力模型4計算方法在材料力學(xué)中，已知梁的最大變形求梁的最大承載有應力法和撓度法2種計算方法。在橫梁的使用過(guò)程中，橫梁的失穩主要表現為剛度失穩，即橫梁的撓度超過(guò)了許用撓度。但是當橫梁截面抗彎系數較大或者橫梁跨度較小時(shí)，也有可能發(fā)生強度失穩，即橫梁的應力超過(guò)了許用應力。故計算橫梁的承載時(shí)需要綜合考慮強度和剛度的要求，而不能僅僅采用應力法或者撓度法中的1種。

　　筆者采用的計算方法是先取橫梁的兩端為鉸支端，然后分別按照應力法和撓度法計算橫梁的承載，最后取二者的較小者作為鉸支狀態(tài)下的橫梁承載；同理，再取橫梁的兩端為固定端，得到固定狀態(tài)下的橫梁承載；最后按照前文提到的方法進(jìn)行疊加，即得到了橫梁的實(shí)際承載。

　　由于組合式貨架中的橫梁為2片唇形冷軋件咬合而成的箱形部件，根據鋼貨架結構設計規范第3 2 2條，計算全截面有效的冷彎型鋼貨架結構的受拉、受壓或受彎構件的強度時(shí)，可采用計及冷彎效應的強度設計值f ，其值由下式確定：f = 1 +（12 - 10） t L n i= 1 i 2 f其中，為成型方式系數，為鋼材的抗拉強度與屈服點(diǎn)的比值， n為型鋼截面所含棱角數，i，為型鋼截面上第i個(gè)棱角所對應的圓周角， L為型鋼截面中心線(xiàn)的長(cháng)度，可取型鋼截面面積與其厚度的比值。

　　按照目前國內貨架生產(chǎn)廠(chǎng)商采用的標準，在計算過(guò)程中取橫梁的最大撓度為橫梁跨度的0 5% ，安全系數n= 1 62。同時(shí)，考慮到實(shí)際使用中橫梁與立柱搭配的需要，如果計算出來(lái)的橫梁承載大于配套的立柱的承載，則需要作相應的修正，即取橫梁的承載值為配套的立柱的承載值。

　　5結果比較筆者按照本文提出的方法，選擇了若干種不同的橫梁截面，計算了跨度在1000 4000mm間的多組橫梁的承載數據，并與經(jīng)過(guò)實(shí)驗得到的標準承載表進(jìn)行比較。從看出，按照本文提出的方法計算的承載與實(shí)際標準承載的平均誤差僅為2 05% ，是一種可以接受的求解方法，計算誤差很小，可以滿(mǎn)足貨架選型和承載計算的需要。

　　6結束語(yǔ):本文詳細介紹了橫梁承載和選型的模型化和計算方法，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，可大大提高計算精度。該方法可以作為貨架制造企業(yè)和設計企業(yè)進(jìn)行橫梁系列設計和標準承載表計算的依據。當然，從實(shí)際計算的情況看，比例系數p是一個(gè)關(guān)鍵因素。若要更加準確的計算橫梁承載能力，必須通過(guò)多組實(shí)驗得到最接近于實(shí)際的p值，以得到更接近實(shí)際的橫梁承載能力。