在智利及全球范围内,工业货架作为供应链中不可或缺的一环,因其结构轻盈、承载能力强且组装便捷而得到广泛应用。这类货架通常采用冷弯型钢,通过快速连接件构建三维框架,并在横向设置支撑网架,纵向则采用框架式结构以方便存取货物。然而,这种设计使得货架在纵向具有极高的柔韧性,导致在地震多发区,梁柱连接处极易发生非弹性变形,成为结构抗震的薄弱环节。
近年来,从新西兰基督城到意大利中部,再到智利本土,多次大地震暴露了传统货架在地震作用下的脆弱性。尽管部分建筑主体结构受损轻微,但货架却出现了从中度损坏到整体坍塌的严重事故。智利2010年大地震后,尽管部分企业因利益冲突未公开损失数据,但国家统计局仍显示工业产出显著下降,侧面印证了货架系统失效对生产线的巨大冲击。因此,深入分析梁柱连接在循环荷载下的行为,已成为提升仓储设施抗震安全的关键。
现有研究表明,货架连接在地震中主要承受巨大的旋转变形。早期针对无螺栓或单螺栓连接的研究发现,这类连接在循环加载下容易出现“捏拢”效应(pinching),即滞回曲线变窄,导致耗能能力下降,且常因连接件拔出而失效。特别是在智利等高烈度地震区,仅靠无螺栓或低预紧力的连接难以满足抗震需求。后续研究引入额外螺栓或焊接加固后,发现虽然能显著提升抗弯承载力和延性,但能量耗散能力的提升幅度有限,且连接刚度退化问题依然存在。
本研究针对智利常用的选择性货架,开展了四组梁柱连接件的准静态循环加载试验。研究重点对比了两种预紧力工况:一组螺栓预紧力为61牛·米(模拟常规施工),另一组提升至108.5牛·米(模拟高精度施工)。试验采用位移控制加载,模拟地震引起的层间位移,通过高精度传感器采集力、位移及转角数据,并基于AISC规范制定加载制度,确保数据真实反映连接件在极端变形下的力学性能。
试验结果显示,预紧力对连接性能影响显著。高预紧力(108.5牛·米)的连接在循环加载中表现出更高的能量耗散能力和更小的“捏拢”效应。在低旋转角度下,能量耗散主要源于螺栓与孔壁的摩擦;随着变形增大,连接件进入塑性阶段,高预紧力有效延缓了滑移,使结构在更大变形下仍能保持稳定的耗能机制。此外,高预紧力使连接件的弹性刚度提升了约45%,而弹塑性刚度变化不明显,表明预紧力主要增强了连接在弹性阶段的稳定性。
对于中国仓储行业而言,智利的高烈度地震背景与我国西南及西北地区高度相似。该研究证实,通过提高施工精度、增加螺栓预紧力,可显著提升货架系统的抗震韧性。建议中国企业在高地震风险区的仓储建设中,不仅关注货架本身的选型,更应严格规范连接节点的施工扭矩,将预紧力控制纳入抗震设计的关键考量,以防范潜在的地震次生灾害。
