Расчет фронтального стеллажа в программном комплексе APM Civil Engineering

Конструкция секций стеллажаСтеллаж

Компанией НТЦ «АПМ» проведен проверочный расчет металлоконструкции стеллажа.

Металлоконструкция стеллажа расположена внутри здания складского комплекса.

Геометрические размеры сооружения: длина 95 850 мм, ширина 72 800 мм, высота 12 500 мм.

Стеллаж представляет собой многоуровневую пространственную конструкцию, предназначенную для складирования грузов. Конструкция стеллажа состоит из секций двух типов. Две рядом стоящие секции связываются перемычками по высоте. Следующая пара секций устанавливается с шагом 1450 мм. Стойки стеллажа выполнены из Ω-образного перфорированного профиля. Каждая пара стоек связана диагональными раскосами С 29х25х1.5. Складирование груза осуществляется на балки СС 1,5х85.

Расчет проводился в соответствии с действующими нормативными документами:

  • ГОСТ 28766-90 Стеллажи. Основы расчета.
  • СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81.
  • СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85.
  • EN 15512:2009 Steel static storage systems - Adjustable pallet racking systems- Principles for structural design.

Расчет проводился в программном продукте APM CivilEngineering.

Расчет выполнен по заказу ООО «Айрон Маунтен СНГ».

Расчетная модель

Центральные связи в моделиЭлементы несущей металлоконструкции стеллажа моделировались с помощью стержневых конечных элементов.

Так как конструкция стеллажа состоит из большого количества несвязанных между собой секций целесообразно провести расчет только фрагментов конструкции.

В связи с перфорацией несущих стоек расчет будем проводить с учетом редуцированного профиля в соответствии с п. 9.2.3 EN 15512 Steel static storage systems - Adjustable pallet racking systems - Principles for structural design.

Связи в модели стеллажа центральные, т.е. связь осуществляется через центры тяжестей сечений соответствующих элементов.

Эпюры распределения давления на ячейки храненияВ модели присутствуют как жесткие связи, так и шарнирные с одной вращательной степенью свободы. В конструкции стеллажа жесткость соединения должна обеспечиваться затяжкой болтового соединения.

Металлоконструкция стеллажа жестко крепится анкерами к бетонному полу. Вводимые при этом ограничения, следующие: запрет всех перемещений и поворотов.

Для учета собственного веса металлоконструкции используется стандартная процедура задания «множителя собственного веса».

Для учета нагрузки на один ярус стеллажа было организовано загружение «Вес груза».

Расчет конструкции стеллажа ведется на основное сочетание нагрузок согласно нормам СП 20.13330.2011 и FEM 20.2.02 EN 15512.

 

Проведение расчета

Проведение статического расчета производится в модуле расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций с использованием метода конечных элементов – APM Structure3D, входящего в состав системы автоматизированного расчета и проектирования конструкций для промышленного и гражданского строительства APM Civil Engineering.

Был выполнен статический расчет конструкции стеллажа на основные сочетания нагрузок для двух расчетных случаев (комбинаций загружений). Получены карты напряженного и деформированного состояния конструкции при соответствующих вариантах нагружения.

Проведена оценка прочности и жесткости паллетной балки согласно СНиП II-23-81 для балки с шарнирным опиранием. Согласно EN 15512/ FEM 10.2.02 расчет проводится с учетом полушарнирного опирания. В результате приведены цветовые карты напряжений, перемещений и изгибающих моментов в балке для двух расчетных схем.

Выполнена оценку максимальных прогибов конструкции по требованиям ГОСТ 28766-90.

Проверена также общая устойчивость конструкции согласно СП 16.13330.2011.

Согласно п. 9.2.4 EN 15512 (FEM 10.2.02) открытые тонкостенные профили под действием сжимающей нагрузки подвержены локальной (местной) потери устойчивости, а также потери устойчивости формы поперечного сечения. В связи с этим проведен расчет устойчивости для наиболее нагруженного элемента стойки в конструкции стеллажа.

Согласно СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» выполнена проверка несущей способности наиболее нагруженных элементов конструкции.

 

Карта распределения эквивалентных напряжений в металлоконструкции стеллажаКарта распределения напряжений в сечении наиболее нагруженного элемента стоекЭпюра изгибающего момента в балке Первая форма потери устойчивости элемента стойки Карта распределения эквивалентных напряжений в профиле CN85

 

ИтогиИтоги выполненного проекта

Анализ результатов статического расчета показывает, что при заданных расчетных нагрузках, эквивалентные напряжения, возникающие в элементах конструкции каркаса при использовании указанных сечений, не превосходят предела текучести применяемых материалов, т.е. необходимая прочность обеспечивается. В наиболее неблагоприятном случае нагружения коэффициент запаса по расчетному сопротивлению больше единицы и равен 1.62.

Максимальные суммарные перемещения паллетной балки равны 11.5 мм и не превосходят допускаемый предел. Следовательно, необходимая жесткость конструкции обеспечивается.

Конструкция не нуждается в дополнительных мерах по увеличению ее устойчивости. Минимальный коэффициент запаса устойчивости данной конструкции стеллажа равен 6.12. Также проверена локальная устойчивость элемента стойки стеллажа. Минимальный коэффициент запаса в этом случае равен 4.52.

Проверка несущей способности наиболее нагруженных элементов конструкции показала, что все коэффициенты условий работы имеют значения меньше единицы, что допустимо и говорит о приемлемой работе элементов. Таким образом, можно сделать вывод о том, что несущая способность данных элементов конструкции обеспечена.

Обобщая полученные результаты, можно сделать вывод о том, что конструкция стеллажа способна нести прикладываемые к ней нагрузки, и не требует дополнительных мер по увеличению прочностных характеристик.

Рассмотренный проект соответствует российским нормам (ГОСТ 28766-90, СП 16.13330.2011, СП 20.13330.2011), а также европейским нормам (EN 15512:2009, FEM 10.2.02).

Проведенная работа показала применимость программного комплекса APM Civil Engineering для решения сложных задач прочностного анализа стеллажных конструкций.

Продукты