杜 斌,彭皓琨
(1.廣東順力智能物流有限公司,廣東 東莞 523710;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院,廣東 廣州 510640)
目前,隨著我國經(jīng)濟(jì)體量的不斷增大,生產(chǎn)力水平大幅度提高,電子商務(wù)、物流等成為市場中新興的活躍行業(yè),線上購物成為最主要的消費(fèi)方式。物流行業(yè)的飛速發(fā)展促進(jìn)了倉儲模式的更新,用于存儲的鋼貨架從之前的低層貨架變?yōu)樽詣?dòng)化高位貨架[1],承載強(qiáng)度也逐漸加大。
組裝式鋼貨架是目前的主流貨架設(shè)計(jì)方法,貨架節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度是決定貨架承載能力的重要因素之一[2]。柱腳節(jié)點(diǎn)作為鋼貨架與地基基礎(chǔ)連接的構(gòu)件,不僅承擔(dān)了貨物的巨大重量,同時(shí)也承受鋼貨架本身的重量,所以柱腳節(jié)點(diǎn)的承載力設(shè)計(jì)是重中之重。目前,行業(yè)內(nèi)采用的柱腳連接方式分為兩種:雙螺栓連接和單螺栓連接,但在設(shè)計(jì)中如何準(zhǔn)確選擇柱腳的連接方式卻沒有具體的規(guī)范說明。大多數(shù)情況下,設(shè)計(jì)師只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合實(shí)際可加工性[3],進(jìn)行柱腳構(gòu)件各尺寸的選擇。
國外對于柱腳節(jié)點(diǎn)的研究相對較多,歐規(guī)EN15512(2009)[4]規(guī)定了通過具體的試驗(yàn)準(zhǔn)確確定柱腳的承載和剛度,美規(guī)RMI[5]建議基于底板尺寸和使用地面材料的彈性模量公式計(jì)算柱腳的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。國內(nèi)對于柱腳節(jié)點(diǎn)的研究相對來說比較匱乏,目前還未出臺有關(guān)鋼貨架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)范,大多數(shù)情況下需要按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)要求進(jìn)行驗(yàn)算。戎凱[6]通過對貨架柱腳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)加載分析,提出增加底板的厚度對柱腳節(jié)點(diǎn)受力有較大提高,并且得出化學(xué)錨栓的間距越小,柱腳節(jié)點(diǎn)的等效剛度越大。針對鋼貨架柱腳,已有的研究一般都是將柱腳節(jié)點(diǎn)等效為剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析[7],并沒有針對具體的連接方式提出有效的設(shè)計(jì)結(jié)論。
本文通過對雙螺桿連接與單螺桿連接兩種鋼貨架設(shè)計(jì)中常用的柱腳節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行受力分析,對比其受力特點(diǎn),為今后鋼貨架結(jié)構(gòu)柱腳選型提供依據(jù)。
假定地基承載能力和固定螺栓錨固滿足受力要求,計(jì)算簡圖如圖1所示,立柱截面形式和尺寸如圖2所示。其中,采用單螺栓連接情況下,螺桿與上節(jié)點(diǎn)板連接于立柱中心;采用雙螺栓連接情況下,螺桿與上節(jié)點(diǎn)板連接于立柱兩側(cè)。兩種連接方式的承壓螺栓與節(jié)點(diǎn)底板焊接之后,通過焊接在下節(jié)點(diǎn)板,并通過螺栓錨固于混凝土地板。
圖1 計(jì)算簡圖
圖2 立柱截面圖(mm)
按照實(shí)際工程常用荷載,設(shè)每個(gè)柱位荷載為10T,螺栓和節(jié)點(diǎn)板均采用Q235鋼材[8],鋼板抗剪強(qiáng)度120N/mm2,抗彎強(qiáng)度205N/mm2,抗壓強(qiáng)度205N/mm2,屈服強(qiáng)度235N/mm2,螺栓承壓強(qiáng)度305N/mm2,尺寸選取見表1。
表1 計(jì)算參數(shù)(單位:mm)
單螺栓為M30 級,雙螺栓為M24 級,尺寸參數(shù)[9]見表2。
表2 螺栓參數(shù)(單位:mm)
3.1.1 雙螺栓
(1)雙螺栓連接鋼板抗彎強(qiáng)度計(jì)算。按照以上尺寸參數(shù),上節(jié)點(diǎn)板螺栓孔形心到立柱邊緣距離為40mm。根據(jù)受力平衡可知每一側(cè)螺栓承受承載為5t,即一側(cè)鋼板受力為49 000N。
上 節(jié) 點(diǎn) 板 彎 矩 為 :M=49 000×40=1.96×106N/mm2。
(2)雙螺栓連接鋼板抗剪強(qiáng)度計(jì)算。
鋼板所受剪力:V=49 000N;
鋼板截面面積:A=150×20=3 000mm3,于是
(3)雙螺栓連接螺紋牙抗彎強(qiáng)度。
其中:p-螺距;D-螺桿大徑;z-實(shí)際工作的螺紋牙圈數(shù);螺桿長度h 取h=0.541p;螺紋牙底寬度b 取b=0.75p,螺紋牙圈數(shù)z 根據(jù)所加承壓螺母中螺紋牙圈數(shù)確定。
如果說“挑選第一等的工人和級差計(jì)件工資制”是科學(xué)管理對人的認(rèn)識,那么科學(xué)管理通過“標(biāo)準(zhǔn)化原理及培訓(xùn)員工”提高工作效率則更多的是對事的認(rèn)識。
(4)雙螺栓連接螺紋牙抗剪強(qiáng)度。
容許應(yīng)力的限值:
其中:S-安全系數(shù),通常取2~4,本文按照重要程度取4。
(5)雙螺栓連接螺桿軸壓計(jì)算。
de-桿有效直徑;螺栓承壓強(qiáng)度值。
3.1.2 單螺栓
(2)單螺栓連接螺紋牙抗彎強(qiáng)度計(jì)算。單螺栓連接下對螺桿螺紋牙抗彎強(qiáng)度的驗(yàn)算采用式(3)計(jì)算得:
(3)單螺栓連接螺紋牙抗剪強(qiáng)度計(jì)算。
單螺栓連接下對螺桿螺紋牙抗剪強(qiáng)度的驗(yàn)算采用式(4)和式(5)計(jì)算得:
(4)單螺栓連接螺桿軸壓計(jì)算。單螺栓連接下對螺桿軸壓計(jì)算采用式(6)計(jì)算得:
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,整理匯總見表3。
表3 螺桿連接計(jì)算結(jié)果匯總
由表3 可知,應(yīng)用單螺栓連接的情況下,螺紋牙抗剪安全系數(shù)最低,說明單螺栓連接時(shí)螺栓型號的選擇是控制因素;選擇雙螺栓連接的情況下,鋼板抗彎安全系數(shù)最小,此時(shí),鋼板材料參數(shù)和厚度是控制因素。
本文針對兩種鋼貨架柱腳連接方式分別進(jìn)行受力分析和數(shù)值計(jì)算,得出在應(yīng)用單螺栓連接情況下,需要增大螺桿的尺寸,以滿足螺栓螺紋牙抗剪強(qiáng)度和螺桿軸向壓力;采用雙螺栓連接情況下,選擇合適的節(jié)點(diǎn)板材料以及尺寸以滿足節(jié)點(diǎn)板抗彎強(qiáng)度。考慮到施工工藝方面,單螺栓連接使用頻率較多,加工施工方法較為成熟;經(jīng)濟(jì)性方面,單螺栓連接提高螺桿等級較雙螺栓連接增大節(jié)點(diǎn)板尺寸更為經(jīng)濟(jì)。
綜上所述,只考慮軸向承載力,且各項(xiàng)強(qiáng)度均滿足條件的情況下,結(jié)合施工簡便性和經(jīng)濟(jì)性,選擇單螺栓連接更經(jīng)濟(jì)和安裝方便。