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摘要：根据整体式货架的结构和承载特点，利用有限元分析软件ANSYS建立了其三维实体模型，在考虑了各种载荷的基础上，对其在各种载荷工况下的应力和位移进行了计算，为类似货架的设计计算提供了参考。

随着现代物流业和机械、电子、信息等计技术的进步，现代仓促业发展迅猛，各种大型立体自动化仓库相继出现并呈现逐年增多的趋势。这其中，货架作为仓库的重要组成部分，也不再仅仅是满足货物存储功能，其也在向大型、高层、高密度方向发展。以往的货架设计大豆采用某些关键部件进行力学分析。这种方法的缺点是计算精密低，计算量大，且随着力学简化模型的不同结果差异很大，难以适应现代货架结构日益复杂化和多样化的趋势。

整体式货架指组成货架的结构构件均采用焊接或螺栓链接且与建筑物分离的固定式货架。我们根据整体式货架的结构和承载特点，利用货架有限元分析软件ANSYS，通过合理的简化，建立了该货架的三维有限元模型，在研究货架承受的各种载荷的基础上，对货架进行了有限元分析，为类型货架的设计计算提供了一定的参考。

1. 整体式货架结构简介

整体式货架为牛腿式承重方式，既货物及托盘放置在货格中两侧的牛腿上。该货架共有4排、44列、3层组成，布置两个巷道。在结构上，其主要有立柱框架组件、牛腿组件，拉杆组件、背拉连接件、顶拉连接件等组成，其中立柱框架组件和牛腿组件，有利于保证结构的稳定性。该货架的基本结构图1所示：

货架各部分基本信息表1所示：

2. 货架有限元分析模型的建立

货架为空间架结构，立柱和牛腿组件、各支撑组件均采用螺栓连接，连接处可视为刚体固连，立柱底部与地基用地脚螺栓固定。由于该货架各结构组件选用多种型材，材料截面丰富多变，且纵向尺寸远大于横向尺寸，故建模时选用能够模拟多种截面的BEAM188梁单元，该单元每个节点有6个自由度，可承受X,Y,Z方向的拉压和弯曲，该单元式生成三维结构的一唯理想化数学模型，可以更高效的求解。

在定义货架截面属性时，立柱采用截面形状类似于Ω形的冷弯薄壁M型钢，比较特殊，在这里可以利用BEAM188的自定义截面功能，将此特殊截面类似建立出来。建立好的立柱截面见图2。

其余结构组件截面可选用BEAM188单元自带的截面型式，给每一种截面型式赋一个截面号即可区分。在这里只建立2排、24列、3层的货架结构。建立好的模型部分见图3-图5。

整个货架有限元模型共有50200个BEAM188梁单元，84260个节点。

2、 静力学

对整体式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， 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

整体式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. 通过货架有限元分析可以看出，该货架系统在正常工作载荷或地震载荷作用下，其产生的变形量都很小，均不超过1mm;各种工况下所产生的最大应力为34.6MPA，材料的需用应力为205MPA，还有很大的安全富裕度，可以认为该货架系统具有良好的刚度和强度。

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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。