До питання експериментальних досліджень вузлових з’єднань між стійками та балками як елементів складських стелажних систем

Abstract

Для складських стелажних систем основними елементами конструкцій є вертикальні рами, що складаються з тонкостінних стійок та горизонтальних балок. Описувані конструкції є самонесучими, вони розраховані на великі навантаження вертикального напряму. Найбільш значущою проблемою під час проєктування та розрахунку таких конструкцій є правильне моделювання вузлових з'єднань, а саме їх поведінки під навантаженням. Оскільки вузлове з’єднання стійки та балки дуже сильно впливає на локальну поведінку вузла іглобальну поведінку конструкції, залежно від жорсткості цього з'єднання поведінка вузла може бути більш схожа на поведінку чистого шарніру з нульовою жорсткістю або жорсткого з'єднання з "нескінченною" жорсткістю. Відповідно, це впливає на жорсткість та поведінку не тільки окремих вузлів але й всієї системи, впливає на розподіл та значення переміщень та напружень в елементах стелажних систем, стійкість розроблюваної конструкції, тощо. Метод скінченних елементів та сучасні програми, що базуються на ньому, дозволяють промоделювати поведінку як окремих вузлів, так і конструкцій в цілому не тільки в лінійно-пружній постановці, але і з урахуванням нелінійних ефектів (контакти, пластична поведінка матеріалів, геометрична нелінійність), що дає змогу відтворити процес із більшою точністю. Втім, з урахуванням кількості нелінійних ефектів та можливого ступеня їх взаємного впливу, визначення жорсткості вузлів виключно розрахунковими методами є проблемним та неточним процесом, якщо не виконується верифікація за допомогою натурних експериментів. Щоб підвищити точність та достовірність результатів дослідження жорсткості вузлових з'єднань стійка-балка, було виконано розробку моделі й експериментального обладнання. Надалі цю інформацію планується використовувати для створення максимально адекватних розрахункових моделей, які б описували поведінку відповідного вузла. Також вона може бути задіяна для спроб моделювання поведінки стелажних систем описаного типа в цілому. Публікація є описом роботи, виконаної для створення обладнання та моделі, а також містить експериментальні дані для з'єднань.The main elements of the warehouse racking systems structure are vertical frames made of thin-walled racks and horizontal beams. Such structures are designed for large vertical loads and are self-supporting. At the same time, one of the central problems in the design of such structures is the correct modeling of joint behavior, specifically under load. The joint connection between the beam and the rack influences not only the local behavior of the joint itself, but also the global behavior of the whole structure. Depending on the construction of the joint connection, its behavior may be more similar to that of a pure hinge with zero stiffness or a rigid connection with “infinite” stiffness. This, inturn, affects the stiffness and behavior not only of individual joints but also of the entire system, influencing the distribution and magnitude of displacements and stresses in the elements of racking systems, the stability (buckling) of the structure under design loads. The current publication describes the work performed to create the experimental equipment and model. The Finite Element Method (FEM) and modern software based on FEM allow us to simulate the behavior of individual components and structures as a whole. It can be done not only in a linearelastic formulation but also by accounting for nonlinear effects (contacts, material plasticity, geometric nonlinearity). That give possibility toreproduce the process with greater accuracy. However, the given number of nonlinear effects and their possible mutual influences make joint stiffness determination problematic and imprecise if it's performed exclusively by computational methods without verification through physical experiments. To improve the accuracy and reliability of the column-beam joint connections stiffness study, a model and experimental equipment were developed. The experiment results are planned to be used to create the computational models that would perform the accurate joint behavior. Later, it can also be used to attempt the whole rack systems behavior modeling. It also contains an experiment description and the data obtained for the joints during experiments.