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货架是立体仓库的主要构筑物， 一般分为钢货架和钢筋混凝土货架两种。 钢货架因其具有构件尺寸小、仓库利用率高、制作方便和安装周期短等优点， 而成为越来越多的用户和物流设备公司的首选。随着高度的增加， 钢货架比钢筋混凝土货架的优越性更明显；因此， 目前国内外大多数立体仓库都采用钢货架。作为一种承重结构， 针对货架钢结构建立在自然环境下，其在承受自重、货物重的同时还可能受到风载、雪载、地震载荷以及屋面检修载荷的作用。 货架钢结构在各种载荷工况条件下必须具有足够的强度、刚度和稳定性。 所以在立体库货架设计阶段有必要采用有限元方法对其强度、 刚度和稳定性进行计算， 以便发现潜在的设计缺陷， 进而提高设计质量， 缩短设计周期。

过去钢结构的强度分析主要靠材料力学、 结构力学、 弹性力学的计算方法。复杂结构需要大量的简化工作才能计算， 计算工作量大， 而且精度不高， 有的结构根本就无法用解析方法进行求解。 即使结构几何形状相当规则、 边界约束理想化的问题， 而往往由于工程的某些特征的非线性， 导致问题无法求解。 随着有限元技术的成熟和计算机软硬件的发展以及大型商用有限元软件的出现使解题规模和求解精度大大提高， 钢结构的强度计算精度得到了很大的提高。 有限元静力学分析是钢结构设计的主要内容之一。 同时有限元技术也被广泛的应用在动力学分析当中， 通过有限元方法进行结构的强度计算、 刚度计算和稳定性计算， 能够找到结构的薄弱部位。

我们以立体库钢货架为研究对象， 采用参数化建模的方式建立货架钢结构有限元模型。 进行静力学分析、 模态分析、 稳定性分析、 地震载荷谱分析和时间历程分析， 计算得到各截面梁和杆的最大应力和位移。 判断结构是否有足够的强度和刚度。 计算货架的稳定临界载荷值、 固有频率以及计算货架钢结构在地震载荷作用下的位移和应力情况。 由于整体模型较大， 在模型建立时法兰连接处按照刚性连接来处理， 在整体模型计算后， 考虑螺栓连接的情况， 对法兰连接处进行强度计算， 计算出法兰和法兰连接处螺栓、 螺母就法兰应力分布情况。 计算时考虑螺栓预紧力和摩擦系数等因素的影响。

立体库货架有限元分析工作内容为：

1 、 建立立体库货架钢结构有限元模型

运用 ANSYS 软件参数化建立有限元模型， 由于立体库货架钢结构结构庞大，考虑到计算机的计算能力， 货架片连接处均采用刚性连接处理， 单元类型采用梁单元和杆单元来处理， 所以参数化建模过程复杂且工作量大，是主要难点。

2、 静力学

对立体库货架钢结构进行静力学分析， 计算时考虑结构自重、 货物载荷、 风载、 雪载、 屋面检修载荷以及地震载荷等载荷组合作用， 确定结构位移和应力分布规律， 并找出强度最薄弱和刚度最大的部位， 判断结构是否有足够的强度和刚度。

静力学分析是结构分析最基本的类型， 本文通过对货架钢结构静力学分析，得到钢结构的应力判断结构是否具有足够的强度和刚度。 找到其变形规律和结构的薄弱部位为法兰连接处强度计算打下了良好的基础。 对货架钢结构进行模态分析得到结构的固有频率和振型， 为货架钢结构动力响应分析提供重要参数。 货架钢结构设计过程中， 钢结构的稳定性问题， 同强度问题同样重要。 这是由于钢结构同钢筋混凝土结构相比， 对于相同受力功能的构件， 具有截面轮廓尺寸小、 构件细长的特点。 对于受压， 受弯和受剪的区域， 如果技术上处理不当将可能发生失稳。 所以有必要对货架钢结构进行稳定性分析。

3、 模态分析

模态分析主要用于确定结构的振动特性， 如固有频率和振型向量。 固有频率和振型向量是结构动态设计中的重要参数， 也是其它各类动力学分析的基础。 在许多情况下， 模态分析都起到举足轻重的作用。 所以有必要计算货架钢结构的动态特性

4、 稳定性分析

在许多工程结构的设计中， 只作结构的强度和刚度计算， 不能保证结构的安全性。 稳定性分析（又称屈曲分析） 已经成为各类结构设计中必须考虑的关键性问题。

稳定分析包括线性稳定分析和非线性稳定分析两种。 货架钢结构材料为Q235A， 采用各向同性线弹性模型。 故采用线性稳定分析。 线性稳定分析是假设结构失稳前处于小变形状态。 计算方法比较简单。 但只能用于有限的实际情况。 因为忽略了屈曲前的变形的影响， 常常导致过高的估计了结构的临界载荷。

5、 地震载荷谱分析

立体库货架钢结构建在自然环境下， 其可能承受地震载荷的作用。 地震波非常复杂， 地面运动具有强烈的随机性和不确定性， 计算结构在地震载荷作用下的强度尤为重要。 目前国内外对于抗震性能分析方法主要有下面几种： 静力法、 反应谱法、 时程分析法、 和随机振动方法等。 反应谱法是一种基于随机振动理论的近似方法。 反应谱法只取几个低阶振型就可以取得比较满意的结果， 计算量少，且反应谱方法将时变动力问题转化为拟静力问题， 易于人们接受。

6、地震载荷时间历程响应分析

采用时间历程分析方法对结构施加某些城市地震波， 验证结构在真实载荷作用下的位移和应力分布规律。

7、 法兰连接处强度计算

对货架片的法兰连接处用体单元进行模拟， 计算法兰和螺栓的强度情况， 计算时， 考虑螺栓预紧力和摩擦系数的影响。

8、结论

分析结构表明， 该货架钢结构在各种载荷组合作用下结构具有足够的强度、 刚度。

公司介绍：

广州市安普检测技术服务有限公司作为货架第三方检测机构拥有国家CNAS、CMA货架第三方检测资质，服务优势在于以更短的对货架安全检测检验周期和更优惠的服务价格，为客户节约成本和周期，帮助客户快速获取准确有效数据，并为客户提供后期技术服务支持。广州市安普检测技术服务有限公司作为平台化运营品牌，与国内外多家实验室建立了良好的合作关系，旨在为客户、行业提供更详细、更优质的国内货架安全检测咨询服务。