组合式货架立柱的设计

　　口广东科贸职业学院陈御钗口华南理工大学王建洲架系统的关键，直接关系到结构的安全性和使用的经济性3货架作为种重要的仓储设备，具有空间利用率高、存取性好、成本低等优点，在物流行业得到越来越广泛的应用。组合式货架由于每层高度都可调整，使货架的层间距可随摆放货物的大小任意调整，增加存货的随意性及炅活性，同时具有构件尺寸小、仓库利用率高、制作方便、可以互换组装且安装周期短等优点，成为货架中应用*广泛的一种。

　　组装式货架主要由立柱片、横梁等基本件和护角、地角、隔撑、隔挡、层板（钢板或木板）等选配件组成。立柱片是货架的主要受力支承部件，承重*大可达16吨。随着货架高度的增加、层数增多，立柱受载大，且大多采用冷弯冲孔薄壁型钢，本身残存一定的加工应力，实际的受力情况也比较复杂，因此立柱的设计选用成为整个货架系统的关键，直接关系到结构的安全性和使用的经济性。

　　n立柱的截面形状立柱的外形结构如所示。从截面看，立柱的截面形状（有时也称为孔型）有三种基本型（见），其中a型结构相对比较简单，主要用于轻量型货架；b、c型结构相对比较复杂，加工工艺也相对复杂，主要用于中重型货架。由基本型衍生的其他形状主要是在长度较长的边上增加弯折，以提高立柱的刚度和稳定性。在具体设计上，除了考虑强度、刚度和结构的稳定性以外，一般还应考虑具体的成型工艺对孔型的影响、坯料的预加工情况对产品质置的影响，如预冲孔和不在冷弯辊线上的弯曲变形对产品质量的影响，冷弯过程中预冲孔的可能变形性等。在保证配合尺寸公差要求、保证孔距要求的前提下，截面形状的设计应兼顾不同板厚的要求，变形采用固定弯曲半径。

　　挂钩孔立柱的正面均匀分布着许多长孔（挂钩孔）和圆孔，用来挂接横梁的挂钩、安装安全销。

　　a b c.立柱的截面示意图孔型采用呈倒八字或倒梯形，使立柱的长孔与垂直方向有一小角度，挂钩挂上以后在货物重力的作用下自动锁紧，且挂钩与立柱长孔之间为面接触，受力状态较好，保证使用时更加稳固安全。但是，挂钩孔的开设对立柱的短柱承载能力有很大的影响，开孔后的承载能力是不开孔时承载能力的70%~95%，而且对小规格的立柱的影响更大。因此，在满足横梁挂钩承载能力的条件下，应该使挂钩孔的尺寸和数置尽可能少，以提高货架的整体承载能力。

　　目前，国内大多数货架生产企业引进欧洲或曰本等国家的成熟技术，产品成系列化且结构相对统一，每个系列的产品般只是外形尺寸和材料壁厚的不同，提高了立柱的生产效率，并易于货架的快速选型。

　　由于立柱是货架的主要受力件。结构形状相对复杂，并且大多数采用冷弯薄壁型钢（本身残存一定的加工应力），受载情况也比较复杂，尤其是高层货架，层数多，受载大，从而使立柱的设计冗繁，校核复杂，取值的合理与否，直接关系到结构的安全性。

　　D强度与稳定性验算对立柱进行强度验算时，根据其受载状态的不同，需分别按轴压构件和压弯构件进行验算，计算采用冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018― 2002）的相关公式。

　　虽然货架的立柱基本是由薄钢板经冷轧而成，立柱截面经多次弯曲，不会出现局部失稳现象，但是随着货架支柱截面形式的不断丰富和篼强钢材的应用，使得受压立柱向着轻型、薄壁的方向发展，容易引起立柱的整体失稳，因此受压立柱构件的稳定性显得更加重要。

　　对应于立柱的轴压与压弯受力状态，稳定性验算也应分别按轴压构件和压弯构件这两种情况进行验算，而且既要验算其自身平面内外的稳定性，又要验算柱肢平面内外的稳定性，稳定性验算采用冷弯薄壁型钢结构技术规范的相关公式。

　　由于人工计算比较繁复，并且容易出错，因此不少学者采用有限元分析的理论，借助ANSYS、NASTRAN等软件，对货架整体或立柱等部分进行数值模拟，对立柱的强度、稳定性进行分析，得出极限承载力和试件的失效模态，同时可对截面形状和各种孔型开设的位置大小进行优化设计。

　　分析计算和实践都证实，立柱所用的材料的机械性能、模具的设计、制作度是影响立柱承载能力和稳定性的主要因素，各种孔型的大小变化对稳定性有直接的影响，材料的截面局部变薄对稳定性的影响不大。

　　□实验测试立柱的设计过程中，为了验证设计的可靠性，通常要对货架的承载能力极限进行测试。立柱的承载能力极限状态一般可概括为以下六种情况：①整个结构或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆现象）；②结构构件或联接因材料强度被超过而被破坏；结构转变为机动体系（倒塌）；④结构或构件丧失稳定（屈曲等）；⑤结构出现过度的塑性变形，而不适宜继续承载；（I）在重复载荷的作用下，构件疲劳断裂。在这些极限状态中，稳定性是关键问题。目前多采用短柱试验的方法，以获得短柱的受力性能及其承载能力。

　　载荷采用分级加载的方式，实验结果表明，冷弯薄壁型钢短柱轴心受压的破坏形式为压屈破坏；短柱在达到极限荷载后，承载力逐渐下降，而且大规格短柱承载力下降得比较慢，大规格短柱延性好、性能佳；开孔对于短柱的承载力有很大影响，对小规格短柱的影响更为明显。

　　综上所述，组合式货架立柱设计应该在保证结构的安全性和使用的经济性的前提下，考虑采取高效经济的薄壁冷轧成型工艺，兼顾有利于实现系列化、标准化的选型，借助于有限元分析等方法对立柱的强度、稳定性进行分析，对截面形状和各种孔型的开设位置、大小进行优化设计，并对实际的成品进行必要的实际测试，以保证产品的可靠性。