復雜工況下薄壁多孔鋼構件可靠性預測方法研究.pdf

1、隨著物流倉儲行業(yè)的快速發(fā)展，大型自動化立體倉庫日漸趨向于輕量化、密集化、智能化和集成化。冷彎薄壁鋼是一種節(jié)能、環(huán)保、利用率極高的材料，大量應用于立體倉庫鋼結構貨架的設計與建設。大型鋼結構貨架主要由立柱、梁柱節(jié)點、柱腳節(jié)點、橫梁、背撐等構件組成?？紤]到貨物及建筑自重、搬運碰撞、設備行走、風雪壓力、地震沖擊等多種載荷耦合作用，加之環(huán)境侵蝕與極端氣候的影響，鋼結構貨架工作環(huán)境顯得十分復雜。立柱是鋼貨架的主要承重構件，截面大開口、薄壁、多孔等技

2、術特征致其在復雜工況下出現(xiàn)畸變屈曲，穩(wěn)定性計算難度加大。傳統(tǒng)意義上的可靠性設計方法多基于現(xiàn)場壽命數(shù)據(jù)的故障率模型，而關于導致產(chǎn)品失效的根本原因及相關信息并沒有涉及，這些信息包括故障發(fā)生的位置、產(chǎn)品失效的原因及機理、產(chǎn)品的材質(zhì)以及產(chǎn)品所處環(huán)境等。所以，進一步研究新的可靠性分析方法對于物流倉儲基礎設施安全的設計具有十分重要的理論意義和工程應用價值。論文以薄壁鋼構件力學性能試驗為基礎，綜合應用有限元分析、廣義梁理論、結構動力學以及智能計算等技

3、術，探索鋼結構貨架主要構件可靠性預測新的工程化方法，為薄壁鋼構件的性能優(yōu)化以及倉儲貨架系統(tǒng)的安全評估提供理論依據(jù)和技術支撐。
　　本文開展的主要工作包括：
　　（1）針對多孔薄壁立柱孔洞結構多樣性及其對立柱極限承載力影響復雜問題，基于力學性能試驗與有限元分析，對孔洞結構簡化處理方法進行了研究，采用全截面厚度折減系數(shù)法計算立柱承載能力，平均誤差不超過5％，與實測值更為接近。
　?。?）考慮到復雜工況下薄壁立柱出現(xiàn)畸變屈曲

4、現(xiàn)象，以全截面厚度折減系數(shù)法簡化孔洞，結合新的廣義梁理論及其分析軟件GBTUL2.0研究了立柱畸變屈曲耦合模式及其主導形態(tài)的變化規(guī)律，提出了多孔立柱構件可靠性設計的針對性措施。
　?。?）針對立柱截面特性復雜、幾何形狀多變、其承載力影響因素眾多的問題，對系列立柱截面進行極限承載力進行了有限元計算；采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的方法預測其極限承載力，與數(shù)值計算結果比較，平均誤差為1.85%，為立柱可靠性的估算提供了一種智能化方法。
　

5、?。?）針對貨架單元結構抗震設計問題，基于結構動力學理論，采用有限元方法進行貨架單元的模態(tài)分析，以 M75規(guī)格為例，提取了貨架結構空載、滿負載時的前8階固有頻率及振型；以此為基礎采用增加垂直拉桿結構的改型設計明顯提高了貨架系統(tǒng)動力穩(wěn)定性。
　　（5）國內(nèi)外貨架可靠性設計規(guī)范中關于立柱穩(wěn)定設計方面存在差異，經(jīng)計算、分析與力學性能試驗比較，歐洲設計標準的計算更為精確且安全性更好，平均誤差5.58%。同時將國內(nèi)外設計規(guī)范中的試驗方法及內(nèi)