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货架立柱稳定性探讨
发布时间:2011-06-14        浏览次数:2425        返回列表
   1 立柱的有限元分析模型

  本文所研究的货架立柱截面左右对称, 腹板沿柱长分布两列孔洞, 孔宽 12 16mm, 孔长 30mm, 纵向孔之间净距为 45mm, 即每节 75mm.

  1 1 模型单元、边界条件及加载方式

  本文对两端固接货架立柱的稳定性能进行了有限元分析, 采用壳单元 SHELL181建立模型。模型上下端加刚性端板, 下端板完全固接, 即对所有节点约束其 6个自由度; 上端板保留轴向移动自由, 约束其他五个自由度。模拟过程中, 荷载以集中力的形式加在上端板上, 通过刚性端板, 均匀传递给构件。

  1 2 钢材的材料特性

  本文钢材材性应力应变曲线采用五阶段模型;屈服强度 f y = 345M Pa, 弹性模量 E = 2 06 x 10 5 M Pa,泊松比 v = 0 3.

  2 立柱破坏模式分析本文立柱截面外轮廓尺寸为 100mm x70mm, 缺陷*大值按千分之一构件长度施加; 仅分析立柱的壁厚、长度、腹板加劲肋的高度、再卷边宽度对其稳定性能的影响, 其他参数保持不变。

  2 1 立柱破坏模式

  从分析结果看, 立柱破坏模式大致可分为 4类。

  腹板首先局部屈曲, 向内凹陷, 带动翼缘向外转动,*终发生局部与畸变相关屈曲破坏; 当腹板得到加强时, 翼缘先于腹板发生转动, 向内凹曲, 截面的棱线形状发生改变, 发生畸变屈曲破坏; 当卷边很弱而构件长度较大时, 构件首先发生畸变屈曲, 翼缘同时向内或向外转动, 导致截面的惯性矩减小, 从而降低了构件的抗弯承载力, *后发生畸变与绕弱轴的弯曲相关屈曲破坏; 当再卷边较强, 腹板有足够加劲且构件较长时, 绕强轴发生弯扭屈曲破坏。

  2 2 立柱再卷边宽度对稳定承载力的影响

  本文有限元分析中通过改变模型再卷边宽度, 分析中加劲肋高取 4mm, 壁厚取 2mm.当再卷边为 10mm 时, 三种长度构件首先都发生畸变屈曲, 可见卷边未能约束住翼缘的转动;600mm 柱当再卷边增加到 20mm 时, 开始发生弯扭屈曲, 继续增加时首先发生腹板局部屈曲; 1200mm 柱在10、15mm 时发生 2个半波的畸变屈曲, 20mm 以后发生弯扭屈曲; 1800mm 柱在再卷边为 10mm 时, 按第三类破坏模式破坏, 即先发生 3个半波的畸变屈曲变形,后发生弯曲屈曲破坏, 15mm 以后即发生弯扭失稳破坏。构件极限承载力时截面平均应力与再卷边宽度关系曲线可见, 再卷边宽度对畸变屈曲的承载力有很大的影响, 增加再卷边宽度可以避免畸变屈曲, 对于立柱承载力的提高很有帮助。

  2 3 立柱壁厚对稳定承载力的影响

  本文分析了 5种壁厚情况下立柱的屈曲情况, 分析中腹板加劲肋肋高取 4mm, 再卷边宽取 20mm.当立柱在 300、600mm 时, 试件首先发生腹板局部屈曲, 即为**类破坏模式, 此时随着厚度的增加, 极限承载力有一定程度的增加, 但较为平缓。这种情况下, 翼缘的转动方向对构件承载力有较大影响,300mm 柱壁厚 1 5mm、600mm 柱壁厚 1 0mm 时翼缘向内转动, 其他都为向外转动, 可见向外转动会带来部分承载力的提高; 1200mm 柱当壁厚为 1mm 时发生的是局部与畸变的相关屈曲, 1 5mm 以后发生弯扭屈曲, 1800mm 柱全部发生弯扭屈曲, 可见当厚度较小时, 其对承载力的影响更大。

  2 4 立柱长度对稳定承载力的影响

  本文分析了三种壁厚构件在不同长度下的屈曲模式, 分析中肋高取 4mm, 再卷边宽取14mm.对于所有壁厚构件, 当柱长在 600mm 以下时,都按**种破坏模式失稳, 即首先发生腹板局部屈曲,然后因局部与畸变相关屈曲破坏; 柱长在 900mm 和1200mm 时发生畸变屈曲破坏; 1500mm 以后全部发生弯扭屈曲破坏。构件长度对于立柱的屈曲模态有着很大影响; 从曲线的斜率上看, 其对于弯扭屈曲破坏的承载力影响极大, 而对局部和畸变屈曲极限承载力影响相对较小。

  2 5 立柱腹板加劲肋高度对稳定承载力的影响

  立柱极限承载力时截面平均应力随腹板加劲肋高度不同的变化曲线, 分析中再卷边宽取20mm,壁厚取 2mm. 300mm 柱破坏都是由腹板局部屈曲引起的局部与畸变相关屈曲, 当腹板加劲肋高度为 2、4mm 时, 腹板局部屈曲有两个半波, 6mm 以后只出现一个半波, 6mm 以前, 加劲肋高度对于构件的极限承载力影响较大; 600mm 柱在加劲肋高2mm 到 10mm 之间都发生局部与畸变的相关屈曲,15mm 时发生的是弯扭屈曲; 1200mm 柱肋高 2mm 时发生局部与畸变相关屈曲, 4mm 以后发生弯扭屈曲;1800mm 柱全部发生弯扭屈曲。由此可见腹板加劲肋高度可影响立柱的屈曲模式, 并且其对与局部屈曲极限承载力影响较大, 而对弯扭屈曲影响很小。

  3 结语

  本文研究的约束条件下货架立柱破坏模式可分为以下几种: 腹板局部与畸变相关屈曲破坏;畸变屈曲破坏; 畸变与弯曲相关屈曲破坏; 弯扭屈曲破坏。构件的长度对其破坏模式和极限承载力有很大影响; 壁厚对屈曲模式有一定影响, 其较小时对构件的极限承载力影响较大; 构件再卷边宽度较小时, 容易发生畸变屈曲破坏, 同时会降低其屈曲承载力; 腹板加劲肋对腹板局部屈曲有较大影响。