叉车冲击作用下钢货架抗连续倒塌性能研究

发布时间：2020-07-31 17:08

【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。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH242
【图文】：

货架,组装式,叉车,零售行业

国内零售行业由于受电商的冲击，逐渐从高速扩张期步入发展调整期。为此零售商逐渐转向零售行业的蓝海领域——仓储式超市。仓储式超市，如图 1.1 所示，采用仓库和卖场合二为一的销售方式大量吸引顾客买货。随着国内私家车拥有量的不断提高，宜家等仓储式超市的消费方式逐渐成为人们的生活消费方式。多层钢货架则是仓储式超市中应用最为广泛地货架类型，配套叉车使用，有效地提高超市运营的工作效率。然而仓储超市运营时，货架间人流密集，一旦发生事故将会严重威胁到人员生命安全。根据制造生产方式来分，货架可分为焊接式货架和组装式货架。其中，在国内的各种仓储货架系统中，组装式货架应用最为广泛。如图 1.2 所示，组装式货架采用方便的单元化托盘存取方式，存取货物方便快捷，广泛应用于各行各业，是最通用的货架类型。为了达到高效物流的目标，目前对货架上货物的存取提出了较高的要求，通常货物存取方式有人工存取和机械存取两种。对于重型组合货架，应用亮点在于需要配套使用叉车。由于叉车的装卸配合，不可避免地会与货架的构件发生碰撞，大大增加了货架发生倒塌的概率。仓库货架作为存取货物的保障，一旦发生倒塌不仅会造成巨大的经济财产损失，对人员生命安全也会产生巨大的威胁。

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公寓,英国

东南大学硕士学位论文构的抗连续倒塌逐渐受到重视，一度成为人们讨论和关注的焦点。1968 年英国的 Ronan Point 公寓因煤气爆炸而导致连续倒塌破坏，结构的抗倒塌能和设计方法受到广泛的重视。Ronan Point 公寓发生倒塌，如图 1.3 所示，主要原因公寓的第 18 层角部房间发生燃气爆炸，爆炸使结构外部侧墙发生破坏，而这些外部墙是该角部房间的唯一竖向支撑构件，外部侧墙失效造成的局部破坏使得预制楼板与向构件间的连接失效，故而使得上部结构发生竖向倒塌，同时产生冲击和堆载作用，成下部结构发生后续倒塌，最终导致结构角部发生竖向破坏，层数较高的地方还发生向部分的破坏[2]。Ronan Point 公寓倒塌事故让人们逐渐认识到结构需要足够的冗余度抵抗意外事件造成的内力充分布，以此避免连续倒塌的发生。

【参考文献】