Design of beam-to-column joints in steel storage pallet racks by testing and by component method

• Autorzy: Ślęczka L. , Kozłowski A.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie połączeń belek ze słupkami w stalowych paletowych regałach magazynowych za pomocą badań oraz metody składnikowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Steel storage pallet racks are three-dimensional framed systems, similar to multi-storey building structures. Huge development of such structures observed nowadays is connected with rapid growth of storage space demand. To provide the easy accessibility to stored products, pallet racks are not braced in down-aisle direction, so their design model must be treated as semi-continuous sway frame. The only sources of stiffness required for down-aisle stability are stiffness of the connections between columns and beams, and stiffness of the base plate connections of columns. Connections between columns and beams should enable beams to be clipped into various position at column heights, which can be changed by user, so they are realised by means of different types of mechanical devices (tabs, hooks etc), without the need of using bolts and welds. Such joints have nonlinear M - Fi characteristic and they are semi-rigid in nature. Currently, there is a lack of theoretical approaches to determine strength, stiffness and rotation capacity of such connection allowing to model M - Fi curve, so the only way to obtain these properties is experimental testing. The first purpose of this paper is to present the procedures applied in such approach and present test results of beam-to-column joints in one of commercially available pallet rack. Connections of beams to internal columns (two beams joined to column) and connections of beams to external columns (one beam joined to column) for different types of beams were covered by tests. The paper presents joint moment-rotation characteristics as well as failure modes. Second aim of this paper is to present application of the component method to assess main joint properties, i.e. the moment resistance and initial stiffness of storage rack joints. Results obtained using developed model are compared with the test results. Level of accuracy reached from component method shows possibility of using this method in practical application.

PL

Stalowe paletowe regały magazynowe są ramami przestrzennymi, o układzie geometrycznym zbliżonym do konstrukcji wielokondygnacyjnych budynków szkieletowych. Znaczny ich rozwój, który obecnie można obserwować, jest związany z gwałtownym wzrostem powierzchni magazynowych. Aby zapewnić łatwy dostęp do przechowywanych produktów, regały magazynowe nie są stężone w kierunku podłużnym, tak więc ich modelem obliczeniowym jest przechyłowa rama niepełnociągła. Jedynym źródłem sztywności postaciowej takiej ramy jest sztywność połączeń belek ze słupkami i sztywność zamocowania ramy w podstawie (posadzce). Ponieważ połączenia belek ze słupkami muszą pozwalać użytkownikowi na łatwą zmianę poziomu mocowania rygli, są więc realizowane za pomocą łączników mechanicznych, takich jak różnego rodzaju wypustki, haki itp., bez konieczności użycia śrub i spoin, tak jak w klasycznych połączeniach konstrukcyjnych. Takie połączenia charakteryzują się nieliniową zależnością M - Fi i są połączeniami półsztywnymi. Obecnie brak jest teoretycznych metod określania ich nośności, sztywności i zdolności do obrotu, pozwalających na modelowanie odpowiedniej zależności M - Fi, więc jedyną drogą do ich uzyskania są badania doświadczalne. Pierwszym celem niniejszego artykułu jest przedstawienie metod stosowanych w badaniach połączeń belek ze słupkami w stalowych regałach magazynowych, oraz zaprezentowanie wyników badań przeprowadzonych na jednej rodzinie połączeń. Badaniami objęto zarówno połączenia jednostronne (węzły skrajne, z dochodzącą belką tylko z jednej strony), jak i połączenia dwustronne (węzły środkowe, z dochodzącymi belkami z obu stron). Brano pod uwagę także różne rozmiary belek. Artykuł przedstawia otrzymane zależności M - Fi, jak i zaobserwowane formy zniszczenia. Drugim celem artykułu jest próba zastosowania metody składnikowej w celu oszacowania głównych własności analizowanych połączeń - ich nośności i sztywności początkowej. Wyniki otrzymane z zaprezentowanego modelu obliczeniowego są porównane z wynikami badań. Poziom zgodności osiągnięty przy zastosowaniu metody składnikowej pokazuje na możliwości jej praktycznego stosowania przy projektowaniu takich połączeń.

Słowa kluczowe

EN

steel rack; storage rack; pallet rack; semi-rigid connection; experimental testing; component method; design; joint

PL

projektowanie; połączenie; regał stalowy; regał paletowy; regał magazynowy; badanie; metoda składnikowa; połączenie półsztywne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 54, nr 1
• Strony: 263--291
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il.

Twórcy

autor

Ślęczka L.

autor

Kozłowski A.

• University of Technology, Rzeszów, Poland,

Bibliografia

• 1. A. KOZŁOWSKI, L. ŚLĘCZKA, A. WOJNAR, O konstrukcji i połączeniach regałów magazynowych [in Polish], [Structure and connections of steel storage pallet racks], Konstrukcje Stalowe, z. 4, 26-29, 2005.
• 2. F. D. MARKAZI, R. G. BEALE, M. H. R. GODLEY, Experimental analysis of semi-rigid boltless connectors, Thin-Walled Structures, 28, l, 57-87, 1997.
• 3. N. BALDASSINO, C. BERNUZZI, Analysis and behaviour of steel storage pallet racks, Thin-Walled Structures, 37, 277-304, 2000.
• 4. N. BALDASSINO, R. ZANDONINI, Design by testing of steel storage pallet racks, Proceedings of the 3rd European Conference on Steel Structures, l, 689-698, Coimbra 2002.
• 5. M. H. R. GODLEY, R. G. BEALE, X. FENG, Analysis and design of down-aisle pallet rack Structures, Computers and Structures, 77, 391-401, 2000.
• 6. C. BERNUZZI, C. A. CASTIGLIONI, Experimental analysis on the cyclic behaviour of beam-to-column joints in steel storage pallet racks, Thin-Walled Structures, 39, 841-859, 2001.
• 7. T. PEKÖZ, K. RAO, Design of industrial storage racks, Progress in Structural Engineering and Materials, 3, 28-35, 2001.
• 8. R. G. BEALE, M. H. R. GODLEY, Sway analysis of spliced pallet rack Structures, Computers and Structures, 82, 2145-2156, 2004.
• 9. L. H. TEH, G. J. HANCOCK, M. J. CLARKE, Analysis and design of double-sided high-rise steel pallet rack frames, Journal of Structural Engineering, 130, 7, 1011-1021, 2004.
• 10. M. ABDEL-JABER, R. G. BEALE, M. H. R. GODLEY, Numerical study on semi-rigid racking frames under sway, Computers and Structures, 83, 2463-2475, 2005.
• 11. A. M. S. FREITAS, M. S. R. FREITAS, F. T. SOUZA, Analysis of steel storage rack columns, Journal of Constructional Steel Research, 61, 1135-1146, 2005.
• 12. F. D. MARKAZI, R. G. BEALE, M. H. R. GODLEY, Nunerical modelling of semi-rigid boltless connectors, Computers and Structures, 79, 2391-2402, 2001.
• 13. Instytut Logistyki i Magazynowania, Bezpieczeństwo urządzeń techniki magazynowej. Regały magazynowe wolno stojące. Wymagania podstawowe [in Polish], [Institute of Logistics and Warehousing, Safety of storage systems. Free-standing racks. Basic requirements]. IL-B-001:1998.
• 14. EN 1993-1-8. Eurocode 3: Design of Steel Structures - Part 1.8: Design of joints. CEN, Brussels 2005.
• 15. EN 1994-1-1. Eurocode 4: Design of composite steel and concrete Structures. Part 1.1: General rules and rules for buildings. CEN, Brussels 2004.
• 16. J. FINK, D. RUBIN, K. HOLLMANN, Anwendung des Innsbrucker Komponentenmodells bei der Optimierung eines modernen Deckenschaltischs, Stahlbau, 72, l, 2003.
• 17. W. F. CHEN, D. E. NEWLIN, Column web strength of beam-to-column connections, Journal of the Structural Division, ASCE, 99, No ST9, 1973.
• 18. C. FAELLA, V. PILUSO, G. RIZZANO, Structural steel semirigid connections. Theory, Design and Software, CRC Press, 2000.
• 19. J. R. BENJAMIN, Statically indeterminate Structures, McGRAW-HILL, 1959.
• 20. L. ŚLĘCZKA, A. KOZŁOWSKI, Modelling of the storage rack joints. [In:] Progress in Steel, Composite and Aluminium Structures, [Eds.] M. A. Giżejowski, A. Kozłowski, L. Ślęczka, J. Ziółko, Taylor and Francis, London, 186-187 (fuli paper on accompanying CD), 2006.