所调查倒塌事故的货架结构,首层横梁离地均在两米以上,且使用了单螺杆可调式柱脚。强烈建议首层横梁离地高度大于0.5尘的货架结构,不要采用单螺杆可调式柱脚。
部分货架设计人员与维修方案人员倾向于选择单螺杆可调式柱脚,尤其是遇到以下情况时:
货架安装所在地坪平整度较差;
货架安装精度要求较高,安装后需要微调;
货架放货后地坪可能或已经产生不均匀沉降,可能或已经导致货架垂直度与水平度超标。
虽然标准中给出了单螺杆可调式柱脚的样式(见图1),但是就最近调查的两起货架倒塌事故而言,货架倒塌的主要原因就在于单螺杆可调式柱脚的使用。为了及时提醒大家,特撰文分析说明,并恳请大家多多扩散周知。
图1 单螺杆可调式柱脚
图2 单螺杆可调式柱脚-正面
图3 单螺杆可调式柱脚-背面
图4 单螺杆可调式柱脚-碗状底座
单螺杆可调式柱脚乍一看很弱,仔细一看,更弱,因为就一根细细的螺杆支承着上面大几吨重的货物。但实际上,仅仅就单根螺杆的轴压承载力而言,单螺杆可调式柱脚完全可以承受得住平库货架上面的所有荷重,即使柱脚两块端板之"间的单螺杆已经被调节得很长很长。不信可以按照轴压杆计算一下强度、稳定性。
单螺杆可调式柱脚之"所以引发了货架倒塌,是因为明显降低了对立柱的约束作用,导致立柱的承载力大幅降低。
首先来看柱脚对立柱弯曲的影响。货架立柱受到压力,不会老老实实地从上压到下成为一块铁饼,而是会向侧向发生弯曲变形,即发生弯曲屈曲。沿立柱组方向,立柱与横斜撑组成的立柱组为有支撑结构,柱脚对立柱的约束对立柱弯曲屈曲承载贡献占比较小;沿横梁方向,立柱与横梁组成的框架为无支承结构(暂不考虑有背拉杆体系的情况),柱脚对立柱的约束对立柱弯曲屈曲承载贡献占比相当大。柱脚对立柱的约束作用的大小,用柱脚刚度来定义。对于常见的柱脚底板直接与地坪全面紧密接触的柱脚样式,横梁方向柱脚刚度很可观(可达50词200办狈尘/谤补诲)。而对于单螺杆可调式柱脚,柱脚刚度几乎为零,意思是对立柱几无约束。以底层横梁离地1.5尘的某货架作为算例,对比后发现,单螺杆可调式柱脚货架的承载力仅为前种样式柱脚货架承载力的41%。
图5 立柱弯曲方向
再来看柱脚对立柱扭转的影响。如图6所示,立柱断面是单轴(虫-虫)对称截面,当轴压力狈作用在截面形心时,立柱截面各点受到均匀压应力;但实际中由于偏心的存在,轴压力狈不能正好作用在截面形心,同时由于货架整体受到水平作用力,立柱总会受到两个方向作用的弯矩:绕对称轴虫-虫的惭虫与绕非对称轴测-测的惭测。惭测作用平面通过立柱截面的剪心,不会引起立柱扭转;惭虫作用平面不通过立柱截面的剪心,会引起立柱扭转。立柱的扭转会与立柱的弯曲迭加,最终造成立柱的弯扭失稳破坏。对于柱脚底板直接与地坪全面紧密接触的柱脚,由于压力产生的摩擦力及两颗地坪螺栓形成力偶,可以约束柱脚底板的扭转从而约束立柱的扭转;而单螺杆可调式柱脚既无摩擦力又无力偶,对立柱的扭转约束几乎为零。
图6 立柱扭转
不仅单螺杆可调式柱脚,任何能诱发立柱扭转的因素,比如安装不到位(见图7),都会明显降低立柱承载力。
图7 立柱安装不到位,自带扭转
讲到这里,是不是可以认为单螺杆可调式柱脚不应该再使用了呢?如果做出这个结论,恐怕很多货架供应商要拍案而起了:我们都用了这么多年这么多项目,怎么都没出问题?!对此,我们应该客观地进行认知。一方面,没有出问题不代表着就符合标准(即所谓的安全余量、可靠度)。另一方面,单螺杆可调式柱脚主要出现在平库穿梭车货架中,这种货架的特点是首层横梁离地距离非常近,第一层立柱就非常短,这样的话,第一层立柱即使考虑弯扭失稳的承载力也是足够的。反观遇到的两个倒塌货架的结构,首层横梁离地均在两米以上,再使用单螺杆可调式柱脚,那考虑弯扭失稳的承载力实在是太小太小了,不塌才怪。
因此,强烈建议首层横梁离地高度大于0.5尘的货架结构,不要采用单螺杆可调式柱脚。我们准备成立一个“首层横梁离地较高不采用单螺杆可调式柱脚”货架联盟。
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