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貨架結構連續性倒塌分析說明

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貨架結構連續性倒塌分析說明

發布日期:2018-11-26 作者:濟南貨架廠 點擊:

  近日,網上一段據傳是英國《每日郵報》11月20日報道的視頻傳遍了倉儲物流圈與EHS圈。

視頻中顯示,一台叉車試圖通過擁擠的巷道時觸碰到了一根貨架立柱,從而引起倉庫內大麵積貨架的連續性倒塌。事故的調查結果不得而知,不過事故的原因確已成為公眾討論的熱點。認為是貨架供應商偷工減料者有之,認為管理混亂違規操作者有之,認為設計存在缺陷者亦有之。討論無所謂對與錯,各方都以自己多年從事相關方麵的工作經驗,判斷了概率最大的原因。博百家之長,本文想針對幾個比較典型的問題進行一下探討。


貨架一撞就倒,是設計不足的表現嗎?

       這個問題的另一種表述就是,貨架應該防撞嗎?眾所周知,貨架是與搬運設備配合使用的。大部分貨架都配備叉車,由於誤操作導致叉車撞擊貨架幾乎是不可避免的。但是叉車撞擊引起的偶然荷載,在貨架結構設計標準中卻沒有考慮(比較成熟的歐洲貨架設計標準EN 15512中,給出的叉車存取貨時的放置動載,反映的是叉車操作良好的情況。對於配備叉車作業的貨架,其設計中並未考慮叉車的撞擊作用),原因在於貨架的立柱與橫梁等主要受力構件為冷彎薄壁型鋼構件,根本不能抵抗如此大的水平力(EN 1991-1-7中規定的倉庫建築立柱必須能承受的叉車撞擊水平力約250kN)。到目前為止,所有貨架設計都不考慮此撞擊力,也就是說,貨架是不抗叉車撞擊的!如果非要考慮,那麽結果就是單個儲位的貨架造價直線上升,勢必對倉儲物流行業造成嚴重影響。因此,一撞就倒的貨架,設計不一定是不足的,設計符合標準的貨架,一撞也有可能倒。受到撞擊而不倒的貨架,設計也不一定就符合標準,設計不足的貨架受到撞擊也可能不倒。這就有點亂了,想必大家要問下麵這個問題了。


什麽情況下貨架受到撞擊會/不會倒塌?

       在此僅討論立柱受到撞擊的情況(因為後果相對嚴重)。立柱受到撞擊發生破壞失效,才會引起貨架倒塌。問題轉化為,什麽情況下撞擊會導致立柱破壞失效?任何撞擊變形都會造成立柱承載力一定程度的降低,從而降低安全水平。 有限的撞擊變形可導致立柱承載力明顯降低(見圖1)。通過軸壓測試表明,圖示的撞擊變形使立柱承載力降低了30%至40%。

但是實際中存在有利因素可以減緩立柱破壞失效: 

貨架構件的鋼材實際強度大於由規定的鋼材等級要求的最小值(設計采用的鋼材強度)(比如高達15%); 

實際總的托盤荷載小於規定的設計值,某些情況下相差很大,即儲位使用率未達到100%,抑或單托盤承重遠低於設計值; 

製造與安裝精度優於規定值;

選材時的承載力計算人為偏於保守。 

       對於一根符合設計標準要求的立柱,當發生有限的撞擊變形時,其承載力可能會降低40%,撞擊後的安全係數計算示意如下: 

(撞擊後的承載力)×(設計荷載分項係數)×(提升的鋼材強度)/(撞擊後的實際承受荷載) 

因此,撞擊後的安全係數=(1.0-0.4)×1.4×1.15/0.8=1.21。撞擊後的安全係數1.21小於原設計安全係數:(荷載分項係數)×(材料係數)=1.4×1.0=1.4,但是仍然大於1.0,立柱不會立即破壞失效。然而,如果減緩立柱破壞的有利因素沒有同時出現,那麽撞擊後的安全係數大約為:(1.0-0.4)×1.4=0.84,小於1.0,因此立柱很可能會發生破壞從而失效。以上安全係數討論僅供說明示意,實際上現在主流的結構設計方法為可靠度設計,是以一次概率為基礎的多係數分析單一係數表達的極限狀態設計方法。本文提到的視頻,其貨架幾乎滿載,立柱的實際應力水平可能已經接近設計水平,因此對任何撞擊都很敏感,即一碰就倒。

 貨架倒塌為什麽是連續性的?有沒有什麽阻斷措施?

       結構連續性倒塌是指結構因偶然荷載造成結構局部破壞失效,繼而引起失效破壞構件相連的構件連續破壞,最終導致相對於初始局部破壞更大範圍的倒塌破壞。連續性倒塌的後果很嚴重,起因與損失不成比例。貨架結構,由於自身特點,易發生連續性倒塌。

       首先,貨架結構冗餘度較低,沒有多餘構件,單根立柱失效後,沒有形成新的可靠的傳力路徑,荷重從失效立柱向相鄰立柱傳遞,馬上超載嚴重引起新的立柱失效,然後通過橫梁擴展開來。其次,貨架都是密集布置(貨架高度相對巷道寬度大很多),一列貨架的倒塌很難不波及相鄰列的貨架,掉落的貨物成為新的撞擊荷載。

濟南貨架廠

       

拜當年911事件所賜,連續性倒塌在建築結構中研究得較為深入。結構設計中有所謂的"保險絲"概念,即讓特定的構件在特定的條件下發生破壞,退出結構體係,從而阻斷破壞的發展。對於貨架結構而言,能起到保險絲作用的可能是橫梁與立柱連接的位置。如果某座貨架倒塌時,橫梁與立柱能及時分離,那麽就濟南貨架廠有可能阻斷連續性倒塌。當然這僅僅存在於理論層麵,實際設計還達不到如此精準。

拿什麽拯救你,我的貨架?

       穩圖認為,最好的辦法是,不要撞到貨架,尤其是立柱。盡管不抗撞擊,冷彎薄壁型鋼貨架隻需做到以下幾點,仍然可以安全使用:

1、叉車操作員接受在貨架相關環境中操作的培訓與指導;

2、保證操作空間,比如足夠的巷道淨寬、存儲單元與貨架間淨距;

3、所有貨架巷道兩側立柱設置防撞保護件;

4、指定貨架安全負責人,建立三個不同層級的檢測機製:

即時檢測

       即時向貨架安全負責人報告所有損壞構件及涉及區域,針對報告內容采取措施並建立程序記錄在檔。應鼓勵倉庫所有員工發現損壞立即報告。

定期檢測

       貨架安全負責人應確保每周(或根據倉庫運行情況進行風險評估後確定間隔時間)進行檢測並記錄在檔。定期檢測應由培訓合格的人員進行。

專家檢測

       由有資格的專業檢測人員每年至少進行一次專業貨架檢測。專家檢測成果物為記錄在檔的檢測報告,濟南貨架廠鑒別貨架損壞並針對倉庫其他活動提供指導與建議。專家檢測應由技術上勝任的人員進行;

5、分析確定引起損壞的可能原因,以消除(至少是減少)重現的可能。


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