杜 斌，彭皓琨

（1.廣東順力智能物流有限公司，廣東 東莞 523710；2.華南農(nóng)業(yè)大學 水利與土木工程學院，廣東 廣州 510640）

1 引言

目前，隨著我國經(jīng)濟體量的不斷增大，生產(chǎn)力水平大幅度提高，電子商務、物流等成為市場中新興的活躍行業(yè)，線上購物成為最主要的消費方式。物流行業(yè)的飛速發(fā)展促進了倉儲模式的更新，用于存儲的鋼貨架從之前的低層貨架變?yōu)樽詣踊呶回浖躘1]，承載強度也逐漸加大。

組裝式鋼貨架是目前的主流貨架設計方法，貨架節(jié)點的強度是決定貨架承載能力的重要因素之一[2]。柱腳節(jié)點作為鋼貨架與地基基礎連接的構件，不僅承擔了貨物的巨大重量，同時也承受鋼貨架本身的重量，所以柱腳節(jié)點的承載力設計是重中之重。目前，行業(yè)內(nèi)采用的柱腳連接方式分為兩種：雙螺栓連接和單螺栓連接，但在設計中如何準確選擇柱腳的連接方式卻沒有具體的規(guī)范說明。大多數(shù)情況下，設計師只是根據(jù)經(jīng)驗，并結合實際可加工性[3]，進行柱腳構件各尺寸的選擇。

國外對于柱腳節(jié)點的研究相對較多，歐規(guī)EN15512（2009）[4]規(guī)定了通過具體的試驗準確確定柱腳的承載和剛度，美規(guī)RMI[5]建議基于底板尺寸和使用地面材料的彈性模量公式計算柱腳的轉動剛度。國內(nèi)對于柱腳節(jié)點的研究相對來說比較匱乏，目前還未出臺有關鋼貨架節(jié)點的設計規(guī)范，大多數(shù)情況下需要按照鋼結構設計規(guī)范相關要求進行驗算。戎凱[6]通過對貨架柱腳節(jié)點進行試驗加載分析，提出增加底板的厚度對柱腳節(jié)點受力有較大提高，并且得出化學錨栓的間距越小，柱腳節(jié)點的等效剛度越大。針對鋼貨架柱腳，已有的研究一般都是將柱腳節(jié)點等效為剛性節(jié)點進行分析[7]，并沒有針對具體的連接方式提出有效的設計結論。

本文通過對雙螺桿連接與單螺桿連接兩種鋼貨架設計中常用的柱腳節(jié)點形式進行受力分析，對比其受力特點，為今后鋼貨架結構柱腳選型提供依據(jù)。

2 計算模型與計算參數(shù)

2.1 計算模型

假定地基承載能力和固定螺栓錨固滿足受力要求，計算簡圖如圖1所示，立柱截面形式和尺寸如圖2所示。其中，采用單螺栓連接情況下，螺桿與上節(jié)點板連接于立柱中心；采用雙螺栓連接情況下，螺桿與上節(jié)點板連接于立柱兩側。兩種連接方式的承壓螺栓與節(jié)點底板焊接之后，通過焊接在下節(jié)點板，并通過螺栓錨固于混凝土地板。

圖1 計算簡圖

圖2 立柱截面圖（mm）

2.2 計算參數(shù)

按照實際工程常用荷載，設每個柱位荷載為10T，螺栓和節(jié)點板均采用Q235鋼材[8]，鋼板抗剪強度120N/mm2，抗彎強度205N/mm2，抗壓強度205N/mm2，屈服強度235N/mm2，螺栓承壓強度305N/mm2，尺寸選取見表1。

表1 計算參數(shù)（單位：mm）

單螺栓為M30 級，雙螺栓為M24 級，尺寸參數(shù)[9]見表2。

表2 螺栓參數(shù)（單位：mm）

3 計算過程及結果匯總

3.1 受力分析

3.1.1 雙螺栓

（1）雙螺栓連接鋼板抗彎強度計算。按照以上尺寸參數(shù)，上節(jié)點板螺栓孔形心到立柱邊緣距離為40mm。根據(jù)受力平衡可知每一側螺栓承受承載為5t，即一側鋼板受力為49 000N。

上 節(jié) 點 板 彎 矩 為 ：M=49 000×40=1.96×106N/mm2。

（2）雙螺栓連接鋼板抗剪強度計算。

鋼板所受剪力：V=49 000N；

鋼板截面面積：A=150×20=3 000mm3，于是

（3）雙螺栓連接螺紋牙抗彎強度。

其中：p-螺距；D-螺桿大徑；z-實際工作的螺紋牙圈數(shù)；螺桿長度h 取h=0.541p；螺紋牙底寬度b 取b=0.75p，螺紋牙圈數(shù)z 根據(jù)所加承壓螺母中螺紋牙圈數(shù)確定。

如果說“挑選第一等的工人和級差計件工資制”是科學管理對人的認識，那么科學管理通過“標準化原理及培訓員工”提高工作效率則更多的是對事的認識。

（4）雙螺栓連接螺紋牙抗剪強度。

容許應力的限值：

其中：S-安全系數(shù)，通常取2～4，本文按照重要程度取4。

（5）雙螺栓連接螺桿軸壓計算。

de-桿有效直徑；螺栓承壓強度值。

3.1.2 單螺栓

（2）單螺栓連接螺紋牙抗彎強度計算。單螺栓連接下對螺桿螺紋牙抗彎強度的驗算采用式（3）計算得：

（3）單螺栓連接螺紋牙抗剪強度計算。

單螺栓連接下對螺桿螺紋牙抗剪強度的驗算采用式（4）和式（5）計算得：

（4）單螺栓連接螺桿軸壓計算。單螺栓連接下對螺桿軸壓計算采用式（6）計算得：

3.2 計算結果匯總對比

根據(jù)以上計算結果，整理匯總見表3。

表3 螺桿連接計算結果匯總

由表3 可知，應用單螺栓連接的情況下，螺紋牙抗剪安全系數(shù)最低，說明單螺栓連接時螺栓型號的選擇是控制因素；選擇雙螺栓連接的情況下，鋼板抗彎安全系數(shù)最小，此時，鋼板材料參數(shù)和厚度是控制因素。

4 結論

本文針對兩種鋼貨架柱腳連接方式分別進行受力分析和數(shù)值計算，得出在應用單螺栓連接情況下，需要增大螺桿的尺寸，以滿足螺栓螺紋牙抗剪強度和螺桿軸向壓力；采用雙螺栓連接情況下，選擇合適的節(jié)點板材料以及尺寸以滿足節(jié)點板抗彎強度。考慮到施工工藝方面，單螺栓連接使用頻率較多，加工施工方法較為成熟；經(jīng)濟性方面，單螺栓連接提高螺桿等級較雙螺栓連接增大節(jié)點板尺寸更為經(jīng)濟。

綜上所述，只考慮軸向承載力，且各項強度均滿足條件的情況下，結合施工簡便性和經(jīng)濟性，選擇單螺栓連接更經(jīng)濟和安裝方便。