冲击荷载下钢货架梁柱节点多温工况疲劳性能分析及试验研究

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得益于我国经济和科技发展的良好态势,近些年来我国仓储物流行业需求持续增长,在“互联网+高效物流”理念的指导下,如何有效地提高仓储结构的安全性成为行业的热点问题。钢货架作为物流仓储结构中的主流产品,在装卸货物时频繁承受来自货物的冲击荷载,其梁柱节点容易发生疲劳破坏,进而导致钢货架的整体失稳,此类事故将导致财产损失危害人身安全。然而国内外有关于钢货架插接式节点疲劳破坏的研究成果尚不多见,尤其是随着冷链产业的蓬勃发展,在低温环境下货架梁柱节点的疲劳性能尤其受人关注,因此本文重点研究货物冲击荷载作用下冷弯薄壁钢货架梁柱插接式节点在不同温度工况下的疲劳性能,揭示冲击疲劳下节点刚度退化特性,为货架结构的全寿命周期内结构健康监测和性能评估提供试验数据和理论支撑。本文首先设计出针对门式框架疲劳加载的试验方案,确保能真实模拟货架在运行状态下的实际连接情况,随后利用经实地测量得到的各荷载工况下货物的冲击荷载谱对门式框架进行常温下的疲劳试验,实时记录插接式节点各阶段的试验现象及其对应的加载次数,通过与常温下单悬臂梁疲劳试验现象的对比,研究门式框架插接式节点的疲劳破坏机理。在货架结构的全寿命周期内,除了需要考虑节点的疲劳寿命,在疲劳试验过程中,发现插接式节点的刚度变化较显著。采用监测节点处位移和横梁跨中位移,引入半刚性梁端弯矩计算方法,得到门式框架插接式节点的刚度特性,通过单调加载试验和低周反复荷载试验验证该刚度计算方法的合理性,最后,根据冲击疲劳试验过程中节点刚度变化情况,推导插接式节点的刚度退化公式,为在役货架的安全评估提供理论支撑。接着,建立门式框架的精细化有限元模型,对插接式节点进行各温度和荷载工况下的受力分析,与疲劳试验现象进行对比,验证了节点有限元模型的有效性。输出有限元分析的应力应变场结果,并为后面的疲劳寿命分析提供模型支撑。最后,先后利用全寿命分析方法和裂纹扩展分析方法计算插接式节点疲劳寿命,通过对比常温下节点理论疲劳寿命与试验疲劳寿命,验证了疲劳分析模型的合理性,之后将门式框架节点疲劳寿命理论值、试验值与单悬臂梁节点疲劳寿命的理论值、试验值对比,总结出这两种结构形式插接式节点疲劳寿命的规律。此外,对影响节点疲劳寿命的温度、荷载等关键因素进行了参数化分析,得到各温度工况下节点的S-N曲线,同时拟合出疲劳寿命的公式。
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