所調(diào)查倒塌事故的貨架結(jié)構(gòu),首層橫梁離地均在兩米以上,且使用了單螺桿可調(diào)式柱腳。強(qiáng)烈建議首層橫梁離地高度大于0.5m的貨架結(jié)構(gòu),不要采用單螺桿可調(diào)式柱腳。
部分貨架設(shè)計(jì)人員與維修方案人員傾向于選擇單螺桿可調(diào)式柱腳,尤其是遇到以下情況時(shí):
貨架安裝所在地坪平整度較差;
貨架安裝精度要求較高,安裝后需要微調(diào);
貨架放貨后地坪可能或已經(jīng)產(chǎn)生不均勻沉降,可能或已經(jīng)導(dǎo)致貨架垂直度與水平度超標(biāo)。
雖然標(biāo)準(zhǔn)中給出了單螺桿可調(diào)式柱腳的樣式(見圖1),但是就最近調(diào)查的兩起貨架倒塌事故而言,貨架倒塌的主要原因就在于單螺桿可調(diào)式柱腳的使用。為了及時(shí)提醒大家,特撰文分析說明,并懇請(qǐng)大家多多擴(kuò)散周知。
圖1 單螺桿可調(diào)式柱腳
圖2 單螺桿可調(diào)式柱腳-正面
圖3 單螺桿可調(diào)式柱腳-背面
圖4 單螺桿可調(diào)式柱腳-碗狀底座
單螺桿可調(diào)式柱腳乍一看很弱,仔細(xì)一看,更弱,因?yàn)榫鸵桓?xì)細(xì)的螺桿支承著上面大幾噸重的貨物。但實(shí)際上,僅僅就單根螺桿的軸壓承載力而言,單螺桿可調(diào)式柱腳完全可以承受得住平庫(kù)貨架上面的所有荷重,即使柱腳兩塊端板之間的單螺桿已經(jīng)被調(diào)節(jié)得很長(zhǎng)很長(zhǎng)。不信可以按照軸壓桿計(jì)算一下強(qiáng)度、穩(wěn)定性。
單螺桿可調(diào)式柱腳之所以引發(fā)了貨架倒塌,是因?yàn)槊黠@降低了對(duì)立柱的約束作用,導(dǎo)致立柱的承載力大幅降低。
首先來看柱腳對(duì)立柱彎曲的影響。貨架立柱受到壓力,不會(huì)老老實(shí)實(shí)地從上壓到下成為一塊鐵餅,而是會(huì)向側(cè)向發(fā)生彎曲變形,即發(fā)生彎曲屈曲。沿立柱組方向,立柱與橫斜撐組成的立柱組為有支撐結(jié)構(gòu),柱腳對(duì)立柱的約束對(duì)立柱彎曲屈曲承載貢獻(xiàn)占比較??;沿橫梁方向,立柱與橫梁組成的框架為無支承結(jié)構(gòu)(暫不考慮有背拉桿體系的情況),柱腳對(duì)立柱的約束對(duì)立柱彎曲屈曲承載貢獻(xiàn)占比相當(dāng)大。柱腳對(duì)立柱的約束作用的大小,用柱腳剛度來定義。對(duì)于常見的柱腳底板直接與地坪全面緊密接觸的柱腳樣式,橫梁方向柱腳剛度很可觀(可達(dá)50~200kNm/rad)。而對(duì)于單螺桿可調(diào)式柱腳,柱腳剛度幾乎為零,意思是對(duì)立柱幾無約束。以底層橫梁離地1.5m的某貨架作為算例,對(duì)比后發(fā)現(xiàn),單螺桿可調(diào)式柱腳貨架的承載力僅為前種樣式柱腳貨架承載力的41%。
圖5 立柱彎曲方向
再來看柱腳對(duì)立柱扭轉(zhuǎn)的影響。如圖6所示,立柱斷面是單軸(x-x)對(duì)稱截面,當(dāng)軸壓力N作用在截面形心時(shí),立柱截面各點(diǎn)受到均勻壓應(yīng)力;但實(shí)際中由于偏心的存在,軸壓力N不能正好作用在截面形心,同時(shí)由于貨架整體受到水平作用力,立柱總會(huì)受到兩個(gè)方向作用的彎矩:繞對(duì)稱軸x-x的Mx與繞非對(duì)稱軸y-y的My。My作用平面通過立柱截面的剪心,不會(huì)引起立柱扭轉(zhuǎn);Mx作用平面不通過立柱截面的剪心,會(huì)引起立柱扭轉(zhuǎn)。立柱的扭轉(zhuǎn)會(huì)與立柱的彎曲疊加,最終造成立柱的彎扭失穩(wěn)破壞。對(duì)于柱腳底板直接與地坪全面緊密接觸的柱腳,由于壓力產(chǎn)生的摩擦力及兩顆地坪螺栓形成力偶,可以約束柱腳底板的扭轉(zhuǎn)從而約束立柱的扭轉(zhuǎn);而單螺桿可調(diào)式柱腳既無摩擦力又無力偶,對(duì)立柱的扭轉(zhuǎn)約束幾乎為零。
圖6 立柱扭轉(zhuǎn)
不僅單螺桿可調(diào)式柱腳,任何能誘發(fā)立柱扭轉(zhuǎn)的因素,比如安裝不到位(見圖7),都會(huì)明顯降低立柱承載力。
圖7 立柱安裝不到位,自帶扭轉(zhuǎn)
講到這里,是不是可以認(rèn)為單螺桿可調(diào)式柱腳不應(yīng)該再使用了呢?如果做出這個(gè)結(jié)論,恐怕很多貨架供應(yīng)商要拍案而起了:我們都用了這么多年這么多項(xiàng)目,怎么都沒出問題?!對(duì)此,我們應(yīng)該客觀地進(jìn)行認(rèn)知。一方面,沒有出問題不代表著就符合標(biāo)準(zhǔn)(即所謂的安全余量、可靠度)。另一方面,單螺桿可調(diào)式柱腳主要出現(xiàn)在平庫(kù)穿梭車貨架中,這種貨架的特點(diǎn)是首層橫梁離地距離非常近,第一層立柱就非常短,這樣的話,第一層立柱即使考慮彎扭失穩(wěn)的承載力也是足夠的。反觀遇到的兩個(gè)倒塌貨架的結(jié)構(gòu),首層橫梁離地均在兩米以上,再使用單螺桿可調(diào)式柱腳,那考慮彎扭失穩(wěn)的承載力實(shí)在是太小太小了,不塌才怪。
因此,強(qiáng)烈建議首層橫梁離地高度大于0.5m的貨架結(jié)構(gòu),不要采用單螺桿可調(diào)式柱腳。我們準(zhǔn)備成立一個(gè)“首層橫梁離地較高不采用單螺桿可調(diào)式柱腳”貨架聯(lián)盟。
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