復(fù)雜工況下薄壁多孔鋼構(gòu)件可靠性預(yù)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(yīng)用于立體倉庫鋼結(jié)構(gòu)貨架的設(shè)計與建設(shè)。大型鋼結(jié)構(gòu)貨架主要由立柱、梁柱節(jié)點、柱腳節(jié)點、橫梁、背撐等構(gòu)件組成?？紤]到貨物及建筑自重、搬運碰撞、設(shè)備行走、風(fēng)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(jié)構(gòu)貨架工作環(huán)境顯得十分復(fù)雜。立柱是鋼貨架的主要承重構(gòu)件，截面大開口、薄壁、多孔等技

2、術(shù)特征致其在復(fù)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(shè)計方法多基于現(xiàn)場壽命數(shù)據(jù)的故障率模型，而關(guān)于導(dǎo)致產(chǎn)品失效的根本原因及相關(guān)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(jī)理、產(chǎn)品的材質(zhì)以及產(chǎn)品所處環(huán)境等。所以，進(jìn)一步研究新的可靠性分析方法對于物流倉儲基礎(chǔ)設(shè)施安全的設(shè)計具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。論文以薄壁鋼構(gòu)件力學(xué)性能試驗為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用有限元分析、廣義梁理論、結(jié)構(gòu)動力學(xué)以及智能計算等技

3、術(shù)，探索鋼結(jié)構(gòu)貨架主要構(gòu)件可靠性預(yù)測新的工程化方法，為薄壁鋼構(gòu)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(shù)支撐。
　　本文開展的主要工作包括：
　?。?）針對多孔薄壁立柱孔洞結(jié)構(gòu)多樣性及其對立柱極限承載力影響復(fù)雜問題，基于力學(xué)性能試驗與有限元分析，對孔洞結(jié)構(gòu)簡化處理方法進(jìn)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。
　　（2）考慮到復(fù)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(jié)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(dǎo)形態(tài)的變化規(guī)律，提出了多孔立柱構(gòu)件可靠性設(shè)計的針對性措施。
　?。?）針對立柱截面特性復(fù)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(jìn)行極限承載力進(jìn)行了有限元計算；采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法預(yù)測其極限承載力，與數(shù)值計算結(jié)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計問題，基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論，采用有限元方法進(jìn)行貨架單元的模態(tài)分析，以 M75規(guī)格為例，提取了貨架結(jié)構(gòu)空載、滿負(fù)載時的前8階固有頻率及振型；以此為基礎(chǔ)采用增加垂直拉桿結(jié)構(gòu)的改型設(shè)計明顯提高了貨架系統(tǒng)動力穩(wěn)定性。
　?。?）國內(nèi)外貨架可靠性設(shè)計規(guī)范中關(guān)于立柱穩(wěn)定設(shè)計方面存在差異，經(jīng)計算、分析與力學(xué)性能試驗比較，歐洲設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計規(guī)范中的試驗方法及內(nèi)