Investigation of seismic behaviour of steel pallet rack frames

Abstract

Soğukta şekillendirilmiş çelik elemanların en çok kullanıldığı yapılardan bazıları paletli ve içeri forkliftin girebildiği tipleri bulunan çelik depo raf sistemleridir. Mevcut rekabetçi endüstri koşullarında, depo raf sistemlerinin taşıdığı ağır yüklerin devrilmesi sonucunda ekipmanın zarar görmesi ve işçilerin yaralanması söz konusu olabilir. Bundan dolayı, depo raf sistemleri yapısal olarak etki bırakmalıdır. Ek olarak, deprem yükleri altında, geniş oranda enine yer değiştirme gösterebilirler. Kompleks olmalarının yanı sıra, ağır yükler taşıyabilirler, olabildiğince hafif tasarlanırlar, ve bu hedefleri gerçekleştirmek adına endüstriler 3 boyutlu sonlu eleman analizi kullanırlar. Bu çalışma, genel bir depo raf yapısının SAP2000 programı kullanılarak modellenen sonlu eleman modelini içermektedir. Farklı bağlantı tipleri içeren ince cidarlı çelik depo raf sistemi çerçevelerinin deprem etkileri altındaki davranışı ile ilgilenmektedir. Çalışmanın amacı, üç farklı deprem kaydı kullanılarak nonlineer zaman tanım alanında çözüm yöntemi ile bir depo raf sisteminin sismik davranışının incelenmesidir. Raf sistemi çerçevelerinin sismik davranışının gerçek depremler ile incelenmesi için zaman tanım alanında çözümde rijit, yarı-rijit ve moment aktarmayan bağlantılar kullanılmıştır. Sonuçlar, yarı rijitliğin ihmal edilmesinin, çerçevelerin dayanımının artmasına ve buna bağlı olarak daha kısa temel peryodun oluşmasına ve daha geniş yatay yer değiştirmenin ortaya çıkmasına sebep olduğunu ve bunların dinamik yüklerin belirlenmesinde ciddi bir hataya sonuç olduğunu göstermektedir. Nümerik incelemeler sonucunda yarı-rijit çerçevelerin düktil ve stabil davranış sergilediği ve deprem dayanımlı tasarımlarda kullanılabileceği görülmektedir. Yarı-rijit bağlantılar, taban kesme kuvveti rijit ve moment aktarmayan bağlantılara göre ciddi oranda düşürülebilmiştir. Sonuç olarak, en optimum sonuçların elde edilmesi adına depo raf sistemlerinin yapısal analizinde yarı-rijit bağlantıların kullanılmının dikkate alınması önerilmektedir

One of the most significant uses of cold-formed members is for steel storage racking structures, such as pallet, drive in, and drive through racking systems. In the current competitive industry, pallets and storage racks may support heavy loads that have the potential to injure workers and damage equipment if the pallets and racks fail and loads fall. Hence, storage racks must remain structurally sound. Additionally, when subjected to earthquake loading, they can exhibit very large transverse displacement. In spite of their complexity, racks are able to carry heavy loads, though they are designed as lightly as possible, and industries often rely on 3-dimensional Finite Element Analysis to achieve this objective. This study, presents a Finite Element model of a conventional rack structure modeled using the commercial software SAP2000. It deals with seismic behavior of cold-formed steel racking frames with different connection types. The objective of the study was to investigate the response of a cold-formed pallet framed racking subjected to earthquake ground motions through nonlinear time history analysis by employing three different earthquake records. In order to investigate the seismic behaviour of rack frames under real earthquake ground motions, the Time History Analysis was performed with rigid, semi-rigid and pinned connections. The results revealed that neglecting semi-rigidity cause stiffening of frames resulting in shorter fundamental period and larger lateral displacement which in turn results in a significant error in the evaluation of dynamic loads. It is also shown from the numerical investigations that semi-rigid frames exhibit ductile and stable behaviour and may be used effectively in earthquake-resistant design. With semi-rigid connection, the base shear could be considerably reduced to the level smaller than those of the frame with rigid and pinned connections. Hence, it is suggested that Semi-rigid connections should always be considered in structural analysis of pallet racks to obtain the most optimum results.