在完成分析模型、把荷載施加于模型上之后,接下來就是選擇合適的分析方法。分析方法的選擇主要考慮精度、速度兩方面,最佳的分析方法能在保證計算精度的前提下盡量節省時間。
如果結構變形顯著增大了荷載的效應或改變了結構的行為,那么在結構分析中應考慮結構變形后的形狀(即二階效應)的影響。什么意思?意思就是如果荷載作用下結構變形很小,那么變形不會放大荷載的效應,想象一根只受軸壓力的筆直桿,不管怎么壓都不會彎曲;如果荷載作用下結構變形較大,那么變形將放大荷載的效應,荷載效應進一步加大變形,二者互相促進,想象一根有較大初始彎曲的受壓桿,越壓越彎。在變形后的結構基礎上再進行分析,就是考慮二階效應。
基于不同方向的整體屈曲彈性臨界荷載系數αcr對結構進行分類:
αcr=Vcr/VEd
其中,
αcr為荷載系數,代表設計荷載所需達到的、能造成整體模式失穩的狀態。
Vcr為基于初始彈性剛度的整體失穩模式下彈性臨界屈曲荷載。
VEd為結構設計荷載。
在結構分類的基礎上,允許采用的不同分析方法一覽見表1。
如果αcr≥10,那么結構可視為無側移,即結構在平面內水平力作用下的響應足夠剛強,以至于忽略任何因結點水平位移導致的附加力與彎矩對結果精度的影響都可接受,可忽略二階效應的影響,采用方法0a與方法1a(一階線性分析)。
如果3.333≤αcr≤10,那么二階效應可間接考慮。可采用方法0b與方法1b。
如果αcr≤3.333,那么分析中應直接考慮二階效應的影響。應采用方法2。
以上判定貨架結構分析中二階效應是否必須考慮的限值,相對于建筑結構規范寬松。貨架是工業化產品,制造的精度高于一般的建筑,還具有半剛性節點,建造比較規則。因此,精確方法與近似方法可以取得良好的一致性,近似方法的可信區間很大。
對于未設置支撐構件的貨架,比如平庫中常見的橫梁式貨架、穿梭車貨架、駛入式貨架等等,在沿巷道方向一般歸類為有側移框架結構,因此必須考慮二階效應。
應根據以上分類選擇表1中的合適方法進行二維或三維分析。當然也可選用更高級的直接分析方法,不過對于貨架結構而言,直接分析法待解決問題還很多。
表1分析方法
2.1 分析方法0-近似
此分析方法采用結構力學理論,推導出簡單數學計算公式,適用于結構布置簡單、各個方向規則的貨架。
2.2 分析方法1-線性有限元分析
此分析方法需建立有限元模型,不考慮或不直接考慮二階效應。適用于拉桿支撐系統設置到位且相對較強的立體庫貨架。
2.3 分析方法2-二階有限元分析
此分析方法需建立有限元模型,需直接考慮二階效應。適用于無支撐貨架和拉桿系統設置不到位或相對較弱的立體庫貨架。
結構模型中應考慮以下因素:
a) 節點特性。
b) 扭轉與翹曲效應。
c) 施加存儲單元荷載時,對應以下條件最不利的荷載布置:
1) 沿巷道方向的整體穩定性。
2) 立柱的彎曲與屈曲;
3) 橫梁撓度與跨中彎矩;
4) 梁柱節點彎矩;
對于布局規則的貨架,考慮貨架滿載但靠近中部最底層一跨橫梁空載的不利荷載布置足矣,見圖.1a。對于支撐貨架,還應考慮引起立柱單曲率彎曲的一種不利荷載布置,見圖1.b。如果最底層橫梁靠近地面,那么不利荷載布置還應考慮第二層的一跨橫梁空載的情況,見圖1.c。
圖1 沿巷道方向分析典型不利荷載布置
d) 對于垂直于巷道方向的立柱組分析,可認為所有連接在一起的立柱組均滿載。
e) 局部支撐缺陷與整體缺陷無需組合。局部支撐缺陷引起的力與彎矩可一階分析確定。
f) 整體分析的結構模型線應采用構件全截面的形心軸線,或構件孔洞折減后的等效截面。
g) 盡管貨架為空間結構,出于整體分析的目的,仍可視為一系列平行于或垂直于巷道的豎向平面框架結構以及一系列單獨的水平平面結構。進行某個平面的整體分析時可忽略其他平面內的缺陷影響。
h) 構件設計時應通過適當的相關作用公式考慮平面間的相互影響。
i) 整體分析應采用等效截面特性。
j) 確定彈性臨界荷載時應采用等效截面特性。
k) 規定的缺陷。
1. 無支撐貨架體系
如果沿巷道方向的每座貨架都是相同構型,那么分析模型中可包括五座貨架或實際座數貨架,取二者較小者。典型的模型見下圖。
圖2 無支撐貨架沿巷道方向的結構分析模型
2. 支撐貨架體系
支撐貨架建模時,除了上面的規定,還應:
1) 支撐體系行為的三維效應必須在分析計算中明確考慮,即背拉桿體系與貨架沒有在一個平面內,存在偏心。
2) 當支撐體系不對稱時,應在兩個方向考慮局部支撐缺陷。
3) 貨架可能只有部分設置了支撐體系,應分別按照無支撐與支撐貨架進行分析。
典型的模型見下圖。
圖3 支撐貨架沿巷道方向的結構分析模型
3. 立柱組
對于立柱組設計,除了上面的規定,還應考慮支撐體系的剪切柔性,包括橫斜撐與立柱連接結點的柔性,應通過測試確定。對于高寬比小于10的立柱組且貨架內無堆垛機、風或地震等側向荷載作用,則無需進行此項測試,可通過將橫斜撐軸向剛度折減5%的方法考慮立柱組橫向剛度的折減。此項折減同時包含了節點松動效應,因此節點松動無需再作為初始傾斜考慮。
圖4 垂直于巷道方向的結構分析模型
4. 抗傾覆穩定性
應驗證空載貨架在水平荷載作用下(如水平放置荷載作用在最頂層)的穩定性。
5. 安裝階段穩定性
貨架設計者應考慮貨架在安裝階段的穩定性,并知會相關各方注意事項。
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