رفتار اتصالات بین قفسه‌های ذخیره‌سازی فولادی مهاربندی‌شده

قفسه های ذخیره سازی فولادی، به طور کلی، سازه های قاب فولادی جدار نازک هستند که عمدتاً در انبارها یا خرده فروشی ها برای حمل پالت یا سایر کالاهای سنگین استفاده می شوند. قفسه های ذخیره سازی فولادی معمولی که معمولاً دارای چهار یا پنج سطح هستند، فقط برای حمل تعداد محدودی پالت طراحی شده اند. ظرفیت حمل بار بسیار بالاتر، در حالی که از ردپایی تا حدودی مشابه استفاده می‌شود، می‌توان با استفاده از قفسه‌های ذخیره‌سازی فولادی مرتفع دست یافت که چندین برابر بیشتر از قفسه‌های معمولی هستند و بدیهی است که قادر به حمل تعداد قابل توجهی از قفسه‌ها هستند. پالت ها قفسه های بلند، و همچنین برخی از قفسه های معمولی در مناطق لرزه خیز، باید توسط مهاربندی ستون فقرات (که مهاربندی مورب در صفحه عمودی است) تثبیت شوند تا سفتی اضافی در امتداد جهت پایین راهرو به دست آید. مهاربندی ستون فقرات فقط در قسمت پشتی ساختار قفسه ارائه می‌شود، بنابراین یک دهانه شفاف در سمت جلو حفظ می‌شود. طرح ساختاری یک سیستم قفسه بلند معمولی به صورت شماتیک در شکل 1 (a) نشان داده شده است. ذکر شده است که مهاربندی ستون فقرات مرتبط با قفسه‌های ذخیره‌سازی فولادی مرتفع، ترجیحاً در فاصله افقی دور از قاب قفسه عقب قرار می‌گیرد تا تثبیت شود. این امر به دلیل این واقعیت مطلوب است که پالت ها (یا سایر کالاها) اغلب از لبه عقب قفسه ها آویزان می شوند. در این آرایش ساختاری، اتصال خاصی در هر گره لازم است که به طور موثر قاب قفسه را به مهاربندی ستون فقرات مرتبط می‌پیوندد. در اینجا، چنین اتصالاتی به عنوان “اتصالات بین قفسه های ذخیره سازی فولادی و مهاربندی ستون فقرات” یا “اتصالات قفسه به ستون فقرات” نامیده می شود. شکل. 1(b) نمای بزرگنمایی چنین آرایش ساختاری از جمله اتصال بین قفسه ها و مهاربندی ستون فقرات را نشان می دهد. به طور کلی، عناصر ساختاری مرتبط با اتصال پایه قفسه به ستون فقرات شامل یک براکت، یک صفحه انتهایی و یک صفحه اتصال همانطور که در شکل 1 (c) نشان داده شده است. صفحه انتهایی غالباً از قبل به براکت جوش داده می شود و مجموعه براکت-صفحه انتهایی معمولاً با پیچ و مهره به صفحه وب اتصال قائم با قاب پشتی قفسه متصل می شود.

نیروهای تثبیت کننده ایجاد شده بین قاب های قفسه و سیستم مهاربندی ستون فقرات از طریق اتصال قفسه به ستون فقرات منتقل می شوند و بنابراین جزئیات آن باید سختی و استحکام بالاتری را برای سیستم ایجاد کند. طول براکت معمولاً با توجه به نیازهای فاصله بین قاب قفسه عقب و سیستم مهاربندی ستون فقرات مجاور تعیین می شود [1]. شکل 2 چهار پیکربندی بالقوه اتصالات بین قفسه های ذخیره سازی فولادی و مهاربندی ستون فقرات را نشان می دهد. اگر سیستم مهاربندی ستون فقرات فقط از اعضای مهاربندی مورب تشکیل شده باشد، اعضای مورب را می توان مستقیماً از طریق یک صفحه اتصال به براکت نصب کرد (شکل 2 (الف) و (ج) را ببینید). از سوی دیگر، اگر سیستم مهاربندی ستون فقرات از هر دو ستون مورب و عمودی تشکیل شده باشد (یعنی سیستم مهاربندی ستون فقرات یک برج مهاربندی مستقل را تشکیل می‌دهد)،

شکل 2 همچنین مکانیسم های انتقال بار مربوط به نیروهای تثبیت کننده بین قاب قفسه و مهاربندی ستون فقرات را از طریق اتصالات قفسه به ستون فقرات نشان می دهد. به طور کلی، نیروهای مورب منجر به نیروی خالص F می شود که دارای یک جزء افقی F _H و یک جزء عمودی F _V است . در مواردی که مورب ها با یک صفحه اتصال به یک پست عمودی متصل می شوند (شکل 2 (b) و (d) را ببینید)، انتظار می رود که جزء عمودی F _V از طریق پست عمودی منتهی به براکت منتقل شود. تنها تحت یک نیروی تثبیت کننده افقی ( FH ) قرار می گیرد که باعث ایجاد یک گشتاور _Mz می _شودبارگذاری روی قطعه عمودی، علاوه بر نیروی افقی تثبیت کننده F _H . _{در مواردی که مورب ها مستقیماً از طریق یک صفحه اتصال به براکت نصب می شوند (} شکل 2(c) را ببینید)، آنگاه نیروی کل F باعث ایجاد یک جفت ممان M _z ​​و Mx بر روی قائم می شود. همانطور که در شکل 2 (الف) نشان داده شده است، تجزیه و تحلیل جهانی قفسه های ذخیره سازی فولادی بلند نشان می دهد که در این سناریو (یعنی زمانی که چهار قطر وجود دارد) مولفه عمودی F V نیروی مورب خالص F حاشیه _ای است ، و بنابراین صفحه اتصال، و همچنین براکت مربوطه، در درجه اول توسط یک نیروی تثبیت کننده افقی F بارگذاری می شود._اچ . بر این اساس، قطعه قائم در درجه اول تحت تأثیر ممان M _z ​​قرار می گیرد زیرا ممان M _x نیز حاشیه ای است. بنابراین، به نظر می رسد که در بیشتر موارد (در شکل 2 (الف)، (ب) و (د) نشان داده شده است)، اتصالات بین قفسه ها و مهاربندی ستون فقرات عمدتاً تحت یک نیروی افقی FH قرار _می گیرند . بنابراین، بررسی تجربی ارائه شده در این مقاله، رفتار اتصالات مهاربندی قفسه به ستون فقرات را تنها تحت یک نیروی تثبیت کننده افقی در نظر می‌گیرد.

عملکرد جهانی قفسه‌های ذخیره‌سازی فولادی بلندمرتبه که با مهاربندی ستون فقرات تثبیت شده‌اند، عمدتاً به رفتار اتصالات بین قفسه‌ها و مهاربندی ستون فقرات بستگی دارد، که به‌طور غیرمستقیم تأثیر خروج از مرکز را بین مهاربندی ستون فقرات و قاب‌های قفسه نشان می‌دهد. بنابراین، اگر قرار است تحلیل سازه ای روی چنین سازه های قفسه ای انجام شود، استفاده از مدل سازه ای سه بعدی الزامی است [2]، [3]. اتصالات بین قفسه ها و مهاربندهای ستون فقرات ممکن است در چنین مدلی با استفاده از یک پیوند برشی [4] یا یک مجموعه عنصر چرخشی تیر فنری [5]، [6] (نگاه کنید به شکل 3) گنجانده شده است. مطالعات تحلیلی گذشته نشان می‌دهد که رفتار اتصالات بین قفسه‌ها و مهاربندی ستون فقرات به طور قابل‌توجهی بر بار کمانش الاستیک این قاب‌ها [5] و عملکرد نوسانی قفسه‌های مهاربندی شده بلندمرتبه تأثیر می‌گذارد [4، [6]. برخی از مطالعات تجربی مرتبط با قفسه‌های مهاربندی شده نشان می‌دهند که در برخی موارد، اتصالات قفسه به ستون فقرات ضعیف‌ترین عنصر ساختاری در کل سیستم‌های قفسه‌بندی هستند و رفتار چنین اتصالاتی اغلب بر مقاومت بار جانبی قفسه‌های ذخیره‌سازی فولادی حاکم است. [7]، [8]. ویرایش اخیر مشخصات طراحی قفسه اروپایی EN 15512 [9] به طور خاص به اهمیت در نظر گرفتن صریح اثرات چرخش اضافی براکت بر اثربخشی سیستم مهاربندی ستون فقرات در تجزیه و تحلیل و طراحی سازه‌های قفسه‌بندی تثبیت شده توسط چنین مواردی اشاره می‌کند. بریس ستون فقرات و رفتار چنین اتصالاتی اغلب بر مقاومت بار جانبی قفسه های ذخیره سازی فولادی حاکم است [7]، [8]. ویرایش اخیر مشخصات طراحی قفسه اروپایی EN 15512 [9] به طور خاص به اهمیت در نظر گرفتن صریح اثرات چرخش اضافی براکت بر اثربخشی سیستم مهاربندی ستون فقرات در تجزیه و تحلیل و طراحی سازه‌های قفسه‌بندی تثبیت شده توسط چنین مواردی اشاره می‌کند. بریس ستون فقرات و رفتار چنین اتصالاتی اغلب بر مقاومت بار جانبی قفسه های ذخیره سازی فولادی حاکم است [7]، [8]. ویرایش اخیر مشخصات طراحی قفسه اروپایی EN 15512 [9] به طور خاص به اهمیت در نظر گرفتن صریح اثرات چرخش اضافی براکت بر اثربخشی سیستم مهاربندی ستون فقرات در تجزیه و تحلیل و طراحی سازه‌های قفسه‌بندی تثبیت شده توسط چنین مواردی اشاره می‌کند. بریس ستون فقرات

حتی اگر نمایش دقیق رفتار اتصالات مهاربندی قفسه به ستون فقرات برای مدل‌سازی چنین ساختارهای قفسه‌ای الزامی است، تاکنون رفتار تجربی مرتبط با چنین اتصالاتی محدود است. در نتیجه، تنها تعداد کمی از محققان و طراحان تلاش کرده‌اند تا ویژگی‌های اتصالات قفسه به ستون فقرات را در تحلیل و طراحی سازه‌های قفسه‌های بلند بگنجانند. بررسی متون نشان می‌دهد که روش‌های آزمایش مربوط به اتصالات تیر به قائم و اتصالات قائم صفحه پایه قبلاً توسط تعداد زیادی از تحقیقات در چند دهه گذشته به طور کامل مورد بحث قرار گرفته است [10]، [11]، [12]، 13، [14]، [15]، [16] و مدتهاست که توسط مشخصات طراحی قفسه [9]، [17]، [18]، [19] گنجانده شده است. با این حال، نه دستورالعمل طراحی و نه روش های آزمایش مناسب برای اتصالات قفسه به ستون فقرات توسط این مشخصات طراحی قفسه تجویز نشده است. چنگ و وو [4] ممکن است یکی از معدود محققینی باشند که به طور تجربی رفتار اتصالات مهاربندی قفسه به ستون فقرات را با ایجاد روابط بار-تغییر شکل چهار نمونه اتصال بررسی کردند. مشاهدات تجربی توسط چنگ و وو [4] نشان می‌دهد که تغییرات در ضخامت قائم تأثیر قابل‌توجهی بر سفتی اولیه اتصالات دارد و اتصالات با پارگی صفحه وب عمودی اطراف پیچ‌های اتصال کششی از بین می‌روند. چنگ و وو [4] ممکن است یکی از معدود محققینی باشند که به طور تجربی رفتار اتصالات مهاربندی قفسه به ستون فقرات را با ایجاد روابط بار-تغییر شکل چهار نمونه اتصال بررسی کردند. مشاهدات تجربی توسط چنگ و وو [4] نشان می‌دهد که تغییرات در ضخامت قائم تأثیر قابل‌توجهی بر سفتی اولیه اتصالات دارد و اتصالات با پارگی صفحه وب عمودی اطراف پیچ‌های اتصال کششی از بین می‌روند. چنگ و وو [4] ممکن است یکی از معدود محققینی باشند که به طور تجربی رفتار اتصالات مهاربندی قفسه به ستون فقرات را با ایجاد روابط بار-تغییر شکل چهار نمونه اتصال بررسی کردند. مشاهدات تجربی توسط چنگ و وو [4] نشان می‌دهد که تغییرات در ضخامت قائم تأثیر قابل‌توجهی بر سفتی اولیه اتصالات دارد و اتصالات با پارگی صفحه وب عمودی اطراف پیچ‌های اتصال کششی از بین می‌روند.

لازم به ذکر است که تاکنون رفتار اتصالات بین قفسه ها و مهاربندی ستون فقرات به خوبی درک نشده است. رابطه بین گشتاور M _z و کل چرخش براکت ( θ) که ممکن است مشخصه کلیدی چنین اتصالات قفسه به ستون فقرات باشد، هنوز به صورت تجربی ایجاد نشده است. سهم تک تک اجزا (مانند صفحه انتهایی و قائم) در تغییر شکل کلی اتصالات نه کمیت شده است و نه به اندازه کافی در ادبیات بحث شده است. درک تأثیر تغییرات در پارامترهای کلیدی طراحی (به عنوان مثال، ضخامت صفحه انتهایی و ضخامت قائم) بر سفتی، استحکام، و حالت‌های شکست اتصالات قفسه به ستون فقرات نیازمند آزمایش‌های بیشتری است. علاوه بر این، بررسی ادبیات نشان داد که مدل تحلیلی مرتبط با چنین ارتباطاتی تاکنون در دسترس نبوده است.

به این ترتیب، اهداف این مقاله شامل (الف) بررسی تجربی رفتار اتصالات مهاربندی قفسه به ستون فقرات، (ب) ایجاد رفتار تک تک اجزای مرتبط با چنین اتصالاتی، و (ج) ایجاد یک تحلیل الاستیک مدلی برای چنین اتصالاتی در مجموع دوازده آزمون تجربی، شامل چهار گروه از سه نمونه آزمایشی اسمی یکسان، در برنامه آزمایشی شرکت دارند. تأثیر پارامترهای کلیدی طراحی، مانند ضخامت قائم و ضخامت صفحه انتهایی، بر سفتی و استحکام اتصالات قفسه به ستون فقرات به صراحت از طریق این آزمایش ها مشخص می شود. علاوه بر ایجاد تجربی رفتار کل اتصالات قفسه به ستون فقرات، این تحقیق میدان تغییر شکل بلادرنگ سه بعدی اجزای منفرد (یعنی صفحه انتهایی و قطعه عمودی) مرتبط با چنین اتصالاتی را با استفاده از یک سیستم همبستگی تصویر دیجیتال (DIC) به تصویر می‌کشد. مکانیسم خمش خمشی فضایی صفحه انتهایی، و همچنین اعوجاج سطح مقطع قائم، بر اساس داده‌های جامع ثبت‌شده توسط سیستم DIC مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند. سپس این تحقیق یک مدل تحلیلی الاستیک مبتنی بر روش مولفه‌ای را برای اتصالات مهاربندی رک به ستون فقرات تحت بارهای جانبی توسعه می‌دهد. چندین جزء فعال، از جمله خم شدن صفحه انتهایی، خمش تار عمودی خارج از صفحه، خمش فلنج های عمودی در صفحه، و همچنین خمش براکت، در این مدل مشخص شده است. رفتار هر یک از اجزا توسعه یافته و در یک مدل تحلیلی کلی برای اتصالات قفسه به ستون فقرات گنجانده شده است. با استفاده از مدل تحلیلی معتبر، سهم هر جزء منفرد در تغییر شکل کلی اتصالات مهاربندی قفسه به ستون فقرات بیشتر تعیین می‌شود. توصیه های طراحی اتصالات و محدودیت های این تحقیق نیز ارائه شده است.