所調查倒塌事故的貨架結構,首層橫梁離地均在兩米以上,且使用了單螺桿可調式柱腳。強烈建議首層橫梁離地高度大于0.5m的貨架結構,不要采用單螺桿可調式柱腳。
部分貨架設計人員與維修方案人員傾向于選擇單螺桿可調式柱腳,尤其是遇到以下情況時:
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;
貨架放貨后地坪可能或已經產生不均勻沉降,可能或已經導致貨架垂直度與水平度超標。
雖然標準中給出了單螺桿可調式柱腳的樣式(見圖1),但是就最近調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式柱腳的使用。為了及時提醒大家,特撰文分析說明,并懇請大家多多擴散周知。
圖1 單螺桿可調式柱腳
圖2 單螺桿可調式柱腳-正面
圖3 單螺桿可調式柱腳-背面
圖4 單螺桿可調式柱腳-碗狀底座
單螺桿可調式柱腳乍一看很弱,仔細一看,更弱,因為就一根細細的螺桿支承著上面大幾噸重的貨物。但實際上,僅僅就單根螺桿的軸壓承載力而言,單螺桿可調式柱腳完全可以承受得住平庫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被調節得很長很長。不信可以按照軸壓桿計算一下強度、穩定性。
單螺桿可調式柱腳之所以引發了貨架倒塌,是因為明顯降低了對立柱的約束作用,導致立柱的承載力大幅降低。
首先來看柱腳對立柱彎曲的影響。貨架立柱受到壓力,不會老老實實地從上壓到下成為一塊鐵餅,而是會向側向發生彎曲變形,即發生彎曲屈曲。沿立柱組方向,立柱與橫斜撐組成的立柱組為有支撐結構,柱腳對立柱的約束對立柱彎曲屈曲承載貢獻占比較小;沿橫梁方向,立柱與橫梁組成的框架為無支承結構(暫不考慮有背拉桿體系的情況),柱腳對立柱的約束對立柱彎曲屈曲承載貢獻占比相當大。柱腳對立柱的約束作用的大小,用柱腳剛度來定義。對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50~200kNm/rad)。而對于單螺桿可調式柱腳,柱腳剛度幾乎為零,意思是對立柱幾無約束。以底層橫梁離地1.5m的某貨架作為算例,對比后發現,單螺桿可調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
再來看柱腳對立柱扭轉的影響。如圖6所示,立柱斷面是單軸(x-x)對稱截面,當軸壓力N作用在截面形心時,立柱截面各點受到均勻壓應力;但實際中由于偏心的存在,軸壓力N不能正好作用在截面形心,同時由于貨架整體受到水平作用力,立柱總會受到兩個方向作用的彎矩:繞對稱軸x-x的Mx與繞非對稱軸y-y的My。My作用平面通過立柱截面的剪心,不會引起立柱扭轉;Mx作用平面不通過立柱截面的剪心,會引起立柱扭轉。立柱的扭轉會與立柱的彎曲疊加,最終造成立柱的彎扭失穩破壞。對于柱腳底板直接與地坪全面緊密接觸的柱腳,由于壓力產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從而約束立柱的扭轉;而單螺桿可調式柱腳既無摩擦力又無力偶,對立柱的扭轉約束幾乎為零。
圖6 立柱扭轉
不僅單螺桿可調式柱腳,任何能誘發立柱扭轉的因素,比如安裝不到位(見圖7),都會明顯降低立柱承載力。
圖7 立柱安裝不到位,自帶扭轉
講到這里,是不是可以認為單螺桿可調式柱腳不應該再使用了呢?如果做出這個結論,恐怕很多貨架供應商要拍案而起了:我們都用了這么多年這么多項目,怎么都沒出問題?!對此,我們應該客觀地進行認知。一方面,沒有出問題不代表著就符合標準(即所謂的安全余量、可靠度)。另一方面,單螺桿可調式柱腳主要出現在平庫穿梭車貨架中,這種貨架的特點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的承載力也是足夠的。反觀遇到的兩個倒塌貨架的結構,首層橫梁離地均在兩米以上,再使用單螺桿可調式柱腳,那考慮彎扭失穩的承載力實在是太小太小了,不塌才怪。
因此,強烈建議首層橫梁離地高度大于0.5m的貨架結構,不要采用單螺桿可調式柱腳。我們準備成立一個“首層橫梁離地較高不采用單螺桿可調式柱腳”貨架聯盟。
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