叉车冲击作用下钢货架抗连续倒塌性能研究

摘要

在良好的宏观经济背景下，我国仓储行业需求持续增长，特别是在“互联网+高效物流”理念的指导下，如何有效地提高仓储结构的安全性逐渐成为行业的热点。作为物流仓储结构中应用广泛的主流产品，多层钢货架在存取货物时使用叉车频繁，在叉车意外撞击下易引发钢货架连续倒塌，此类事故将危机人身安全和财产损失。然而国内外相关规范中有关抗连续倒塌的条文并不太适用于钢货架结构，相关研究成果尚不多见。因此，本文重点研究叉车冲击作用下钢货架结构连续倒塌的破坏机理及动力响应，并给出抗倒塌方案。 本文首先介绍并确定了结构连续倒塌的分析方法和结构失效破坏的判断准则。在此基础上明确了本文数值模拟的主要流程，同时基于牛顿经典力学中动量守恒和能量守恒关系，对叉车撞击货架的过程进行简要的弹性碰撞理论分析。 接着，本文在合理的分析方法的基础上建立精细化的钢货架和新型叉车简化模型。基于本课题组完成的框桁式钢货架结构推覆试验，分别建立相应钢货架多尺度和杆系非线性有限元模型，比对数值模拟与试验结果，验证了钢货架多尺度和杆系有限元模型的准确性和建模所用单元及连接的合理性，同时对比了多尺度和杆系有限元模型的计算精度及效率，确定了本文采用高效杆系非线性模型。此外，基于Benoit P.Gilbert完成的叉车静力与动力试验，构建新型叉车简化模型，考虑叉车对钢货架沿巷道向的冲击作用，建立叉车有限元模型，通过与试验结果对比，验证了该叉车简化模型的有效性。 其次，在合理的连续倒塌分析方法、准确有效的钢货架建模方法与叉车模型的基础上，展开参数化分析工作，参数化分析的因素包括：撞击方向、撞击速度、立柱的水平位置、装载的货物质量和撞击高度，揭示了钢货架结构在叉车冲击作用下的倒塌破坏机理及动力响应，并将撞击得到的动力响应与国外规范中抗连续倒塌静力分析方法的计算结果进行对比发现：规范中抗连续倒塌静力分析方法偏不安全，主要由于规范中倒塌分析的荷载组合不适用于钢货架结构。参数化分析结果表明：叉车撞击的方向对钢货架冲击响应影响较小；钢货架冲击响应与叉车撞击速度呈现正相关的规律；相比角柱，撞击钢货架的边柱对其动力响应影响较大；钢货架的动力响应受叉车装载的货物质量的大小影响较小；撞击立柱的抗侧向撞击刚度较弱区域得到的撞击力较小但是位移峰值较大。 最后，以参数化分析时的组装式钢货架为原型，提出了两种钢货架结构抗倒塌的方案：使用隔减震支座和调整斜横撑及隔撑短梁。针对两种方案调整后的结构进行有限元建模计算，验证这两种方案的有效性。同时从组装式钢货架全生命周期的角度出发，分别对钢货架结构的设计、制造、安装及后期运营维护环节提出相应的抗倒塌措施。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

目 录

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 组装式钢货架连续倒塌的概述

1.2.1 倒塌的类型及连续倒塌的定义

1.2.2 组装式钢货架体系概述

1.3 国内外研究现状

1.3.1 钢货架结构连续倒塌研究现状

1.3.2 钢货架构件的研究现状

1.3.3 钢货架梁柱节点性能的研究现状

1.3.4 目前存在的不足

1.4 本文的主要研究内容及技术路线

1.4.1 本文的主要研究内容

1.4.2 本文的技术路线

第二章 结构连续倒塌分析方法及撞击理论分析

2.1 引言

2.2 结构连续性倒塌分析方法

2.2.1 线弹性静力分析

2.2.2 非线性静力分析

2.2.3 线弹性动力分析

2.2.4 非线性动力分析

2.2.5 分析方法总结

2.3 失效及破坏准则与确定

2.4 本文连续倒塌分析的流程

2.5 叉车碰撞钢货架的理论分析

2.6 本章小结

第三章 钢货架及叉车数值模型的建立与验证

3.1 引言

3.2 框桁式货架推覆试验概述

3.2.1 试验模型

3.2.2 试验加载方案

3.3 框桁式货架推覆有限元模型概述

3.3.1 构件的单元类型及截面

3.3.2 构件间的连接

3.3.3 托盘模型

3.3.4 材料本构

3.3.5 施加的荷载

3.4 框桁式货架有限元与试验结果对比验证

3.4.1 模态分析

3.4.2 荷载位移曲线

3.4.3 刚度退化曲线

3.5 叉车模型概述

3.5.1 叉车构造

3.5.2 叉车的基本参数

3.5.3 叉车的简化力学模型

3.6 叉车简化模型的验证

3.6.1 模态对比

3.6.2 动力特性对比

3.7 本章小结

第四章 叉车冲击作用下钢货架倒塌机理与动力响应研究

4.1 引言

4.2 分析模型

4.3 Q235B钢动态本构及模型

4.3.1 Q235B钢动态本构模型

4.3.2 Q235B钢动态失效模型

4.4 有限元建模及分析过程

4.5 影响因素及分析工况

4.5.1 撞击方向

4.5.2 撞击速度

4.5.3 被撞击立柱位置

4.5.4 撞击质量

4.5.5 撞击高度

4.5.6 分析工况

4.6 钢货架倒塌机理及动力响应

4.6.1 撞击工况一及货架动力响应

4.6.2 撞击工况二及货架动力响应

4.6.3 与规范计算方法的对比

4.7 各因素对钢货架撞击响应的影响

4.7.1 撞击方向的影响

4.7.2 撞击速度的影响

4.7.3 被撞击立柱位置的影响

4.7.4 撞击质量的影响

4.7.5 撞击高度的影响

4.8 本章小结

第五章 钢货架结构抗倒塌措施

5.1 引言

5.2 抗倒塌方案

5.2.1 方案1—柱脚使用隔减震支座

5.2.2 方案2—改进柱片间的斜撑及隔撑短梁的布置

5.3 抗倒塌措施

5.3.1 设计环节的措施

5.3.2 制造环节的措施

5.3.3 安装环节的措施

5.3.4 运营维护环节的措施

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者读研期间的论文

致 谢