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货架硬质架的布设情态探讨
发布时间:2013-06-26        浏览次数:550        返回列表
 

  各种设计程序均面临着一个基本问题,即在考虑孔洞存在的情况下,如何适当地估算立柱截面的截面强度。不难发现,其实绝大部分有关多孔立柱的计算均是建立在有效宽度公式的基础上的,并采用试验方法和数值方法,对原有的无孔构件有效宽度理论进行修正,从而建立起多孔构件有效宽度的计算公式。其中有一些研究成果已被一些国家规范所引用。我国规范(CECS2390)规定,在组装式货架结构构件中,开孔受压板件的有效宽度通常可按以下方法确定:若孔位于板件的无效部位,此开孔板件的有效宽度可按相应无孔板件的有效宽度取用,若孔位于板件的有效部位,则此开孔板件的有效宽度可按相应无孔板件的有效宽度扣除位于有效区内的孔宽取用;开圆孔的板件的有效宽度也有具体方法确定。此外,美国、欧洲等规范也分别提出了对带孔构件截面有效宽度计算的具体方法。

  鉴于试验方法既费时费力又不经济,如果可行,其他简化设计方法将被优先采用。实际上,数值分析方法如有限元法,已经成功地用于预测开孔截面的受力性能。很多国内外学者对开孔立柱进行了数值分析,他们通过ANSYS等有限元分析软件建模,对立柱进行有限元分析,考察短柱和长柱在轴压及偏压作用下的承载力与破坏模态,分析偏心位置对立柱承载力的影响,考虑初始缺陷的影响以及几何非线性和材料非线性,同时也对立柱边界的约束条件进行模拟,分析孔洞大小及位置对立柱的影响,得出了很多与试验相吻合的结论,并为理论研究提供了一定的参考[3-6]。除在试验研究和数值分析方面的进展外,还有一些学者尝试从理论上对开孔立柱进行研究分析。

  目前,有关多孔冷弯薄壁立柱的理论研究较少,而冷弯薄壁构件的理论研究相对比较成熟。开孔的存在必然影响到立柱的受力性能,立柱截面上的孔洞大小和种类繁多,其中有很多孔的形状并不规则,这不管是对于有限元建模、数值分析还是理论研究,都带来了很多不便,因此,往往需要对它们进行简化处理,目前简化处理的方法大体可分为两种:一是通过外包矩形或外接圆的方法将不规则的孔洞简化为较规则的矩形孔或圆形孔进行处理;一是等效厚度方法,即采用*小面积不变的方式,将有孔构件截面转化为无孔构件截面进行处理。前者往往用于有限元建模分析计算中,而后者则多用于理论计算之中。

  在冷弯薄壁立柱的理论研究基础上,文双玲[6]针对多孔冷弯薄壁C型钢柱在轴心受压荷载作用下的弯扭屈曲,考虑弹性及非弹性状态,根据平衡法建立微分方程并采用差分法求解,提出了一种在柱中考虑孔的影响的简化方法体积等效方法。在对冷弯薄壁卷边槽钢局部屈曲相关作用和畸变屈曲的分析中,陈绍蕃[8]指出,将两者结合起来考虑以方便设计,且当卷边翼缘采用屈曲系数30,且卷边宽度足够大时,畸变屈曲不控制设计并可纳入局部屈曲计算之中,这为货架立柱选取适当的截面形式以避免畸变屈曲提供了可能性。货架柱是压弯构件,为更好地了解立柱的特性,在冷弯薄壁钢结构偏心受压稳定理论的基础上,张卫国[3]提出了冷弯薄壁多孔货架立柱偏心受压的计算方法。为了从理论上更进一步了解开孔对构件承载力的影响,为优化结构提供可能,JMichaelDavies,PhilipLeach,An-gelaTaylor[5]等致力于避开试验,考虑如何从分析上对开孔截面构件进行设计。他们采用了有限元分析和普通梁理论(GBT)两种方法,采用等效厚度法对开孔进行简化处理,得到了不错的结论,这也为开孔截面的理论计算提供了参考。开孔柱的极限承载力往往受其局部屈曲荷载及畸变屈曲荷载的控制,前面提到,可以通过一些构造要求将畸变屈曲纳入到局部屈曲中考虑。精确计算冷弯薄壁构件局部屈曲临界应力可以采用建立微分方程求解或有限条法,但这两种方法都比较复杂,难以用于日常计算。

  实用的方法是找出体现板件相互作用的约束系数,把它乘到板件的凸曲系数上,即可按单板的方法计算相关屈曲的临界应力。IosifFSzabo,DanDu-bina[6]等采用ANSYS有限元,对不同孔洞的板件进行分析,定义出不同开孔对板件承载力的降低函数,并在冷弯薄壁构件有效宽度计算的基础上进行修正,得到了开孔板件的有效宽度计算公式,同时提出了另一种替代方法等效厚度法,即忽略孔洞,将开孔构件转化为无孔截面构件来分析。采用临界分枝荷载损失法(ECBL),将开孔看作一种几何缺陷,引入缺陷对构件承载力的修正系数来考虑相关屈曲对开孔细长构件的影响,从而得到了开孔构件的相关屈曲临界荷载。