驶入式钢货架动力特性试验研究.docxVIP

? ? 驶入式钢货架动力特性试验研究 ? ? 武振宇，成 博 (哈尔滨工业大学 土木工程学院，哈尔滨 150090) 驶入式钢货架是一种高存储密度的货架，占用仓库空间小，叉车直接驶入货物通道内部存取货物。相对于更常见的横梁式货架，其更适用于存储种类少、数量大的货物。 目前，国内外对货架结构的研究主要集中在货架静力性能上，并形成了设计规范[1-3]，对货架动力性能的研究(尤其是驶入式货架的动力性能)开展得较少[4]。货架设计主要进行静力计算，因而在地震强度不大的情况下，就曾发生了货架倒塌事故。此外叉车在装卸货物时，不可避免会与货架发生碰撞，这也是造成货架倒塌的部分诱因[5]。Gilbert等[6-7]采用原型试验和数值计算的方法研究了叉车撞击驶入式货架的冲击力以及受撞击立柱弯曲变形的大小。Hua等[8]分析了驶入式货架在受叉车碰撞后的反应，其有限元分析模型中的阻尼参数是人为设定的。 为对驶入式货架在地震作用下和冲击作用下的动力性能研究奠定基础，本文使用初始位移法对驶入式钢货架试件进行了自由振动试验，研究了驶入式货架自振频率和阻尼等动力特性。根据试验结果分析了货架的支撑布置形式、货物通道个数和货物等因素对货架动力特性的影响。 1 试验概况 1.1 试件设计与制作 驶入式钢货架需要叉车进入货物通道内存放货物，因此货架立柱的间距较大。为了便于试验，本试验没有采用市场上的货架成品，而是由货架制造厂特别制作了尺寸较小的货架试件。货架试件的构件截面与连接形式均与实际货架相同，此试件的试验结果能够代表典型的驶入式钢货架性能。目前驶入式货架中构件间多采用螺栓连接，因此摩擦阻尼是货架阻尼的主要来源之一。采用扭矩扳手控制螺栓的预拉力，可以调整货架摩擦阻尼的大小，使其满足阻尼的相似条件。 本文根据货架支撑构件布置形式、货物通道个数以及货物存放与否来区别试件类型，每类试件有两个相同的试件。试件的编号规则见图1。如试件Q3WA表示有三个货物通道、设置水平和竖向支撑、没有存储货物的货架，其构造图见图2。为了便于描述，下文使用两个方向的轴线编号(图2中的俯视图)来表示货架立柱。例如将C轴与2轴相交处的立柱命名为立柱C2。 图1 试件编号规则 货架构件为冷弯薄壁轻钢构件，部分构件截面形式见图2。其中，立柱截面为复杂卷边C形截面，并且在其腹板上有规则孔洞，这是为了方便连接横梁等其他构件；横梁为薄壁焊接方钢管，在其两端焊接有连接件；立柱支撑杆为卷边C形截面；牛腿梁为冷弯变形卷边Z形截面，其腹板上会放置货物托盘；支撑(斜拉)为薄钢条，一端连接有张紧器，可施加一些预拉力。在立柱的底端焊接有底板，其通过螺栓与已固定在地面的地梁相连。采用M8或M10的4.8级普通螺栓将货架构件连接在一起，形成整体货架体系。货架构件的截面特性见表1。 表1 货架构件截面特性 图2 驶入式货架试件Q3WA结构示意图 货架构件在试验过程中，一直处于弹性状态，而且构件之间的连接是可以反复拆装的。因此，货架构件(立柱、横梁、支撑和牛腿梁等)可被重复利用，组装成不同的试件。但是参数相同的两个试件(如W2WA和W2WB)由完全不同的构件组装而成。为了便于叙述，在下文中，将没有设置支撑的试件称为无支撑试件；将只设置水平支撑的试件称为水平支撑试件；将设置有两种支撑(水平和竖向支撑)的试件称为全支撑试件。 1.2 试验方案 本文采用初始位移法对货架施加冲击荷载[9]，进行自由振动试验。货架上承受水平外力的节点位于立柱A4上端的腹板上，高度与横梁的中心线相等(见图2中的正视图和俯视图)。一根连有力传感器的绳索的一端连接在此受力节点上，另一端绕过一个滑轮连接一个重物托盘。在试验时，在重物托盘中放置重物块，向绳索施加一个向下拉力，然后将此力快速卸去，使货架自由振动。每个试件重复三次振动试验。每次试验所施加的荷载有所不同，最大荷载值不大于0.6 kN。 试验采用边长400 mm的正方形建筑木模板模拟货物托盘，采用自重20 kg的铁制重物块模拟货物。每个托盘上放置四个重物块。加载后的货架试件见图3。 图3 重物块加载后的货架 本试验在哈尔滨工业大学结构抗震试验室中完成。试验主要测量柱顶水平位移的自由振动衰减曲线。四个电子位移计LVDT(编号为W1～W4)分别布置在货架试件的角部(见图2中俯视图)。其中，两个位移计(W1和W2)测量立柱A4和D4上端在垂直于通道方向的位移；另外两个位移计(W3和W4)测量立柱上端在通道方向的位移。使用信号测试分析系统DH5922自动采集位移计和力传感器的信号，信号采集频率为50 Hz。 2 试验结果及分析 2.1 自振频率和阻尼比 三个典型的货架试件自由振动位移曲线见图4。图中的Δ1和Δ2分别为位移计W1和W2(见图2中的俯视图)的读数。当货架向右侧移时，两个位移计的读数为正。