懸臂結構

懸臂結構指的是：梁的一端為不產生軸向、垂直位移和轉動的固定支座，另一端為自由端（可以產生平行於軸向和垂直於軸向的力）。在工程力學受力分析中，比較典型的簡化模型。在實際工程分析中，大部分實際工程受力部件都可以簡化為懸臂樑。懸臂結構的特徵在於包括：升降裝置，樞軸，銜接構件。

基本介紹

• 中文名：懸臂結構
• 套用領域：建築，機械，工程

特徵

懸臂結構，其特徵在於包括：

一升降裝置，其是在一內套筒及伸縮桿之間設有一彈性體，另將一外轉筒與內套筒結合，使其頂部開口與內套筒頂緣具有一夾環，且該外轉筒於內套筒外為可旋轉，以便對該夾環施予徑向壓力，使其對伸縮桿產生束緊或釋放，使該伸縮桿於外轉筒頂部為可升降；

一樞軸，是在一軸接座中央開具一軸槽，另以一夾架兩側延伸的片翼內側各自鄰接一迫緊環，其間套接該軸接座，另將伸縮桿頂部所伸出的一支軸穿越兩片翼及其間的軸接座，並以一連線件與該支軸結合，以便共同包夾與迫緊該軸接座，使該夾架為可旋轉；

一銜接構件，是結合於該夾架，以便通過該銜接構件與被支撐物連線，並經由升降裝置調整高度，以樞軸為方向的變換。

懸臂構件的容許撓度值是L/250。如果是施工平台主梁，應該按照1/400。另外懸臂構件的計算長度要乘以2。

套用及其特點

套用

懸臂式貨架適用於存放長物料、板材、環型物料和不規則的貨物，懸臂可分為輕量型，中量型及重量型三個系列。懸臂可是單面或雙面，這種懸臂具有結構輕巧，載重能力好的特點。在懸臂上增加鋼製或木製的擱板後，特別適合空間小、高度底的庫房，空間利用率高，存取貨物更方便，快捷，對貨物的存放一目了然。

特點

1、懸臂貨架安裝簡易，結構合理，堅固耐用，美觀大方，層重能力好，空間利用率高等特點。

2、根據層載力可分為輕型懸臂貨架、中型懸臂貨架、重型懸臂貨架。根據懸臂可分為單面懸臂貨架和雙面懸臂貨架。

3、貨架立柱多採用H型鋼或C型鋼對焊的專用型材。懸臂多採用方管、冷軋型鋼或者H型鋼。

4、貨架懸臂與立柱採用插接組合或螺栓連線，底座與立柱採用螺栓連線，拼裝完成，底座用膨脹螺栓與地面連線。

5、懸臂長度在1500mm以內。懸臂可在立柱上面以140mm為步距上下任意調節。

6、懸臂貨架可由叉車、行車和人工存取，通常高度在2500mm以內，如運用叉車存取高度可達6000mm。

7、貨物存取由叉車、行車或人工進行，方便貨物的存取。

8、整體由金屬材料製造而成，懸臂上墊有木質襯墊或橡膠襯墊，防止材料的碰撞和劃痕。貨架的組合結構，規格尺寸和承載重量可以根據存儲材料尺寸大小而定。

9、在懸臂上增加鋼製或木製的閣板後，適合空間小，高度底的庫房，空間利用率高，存取貨物更方便快捷，對貨物的存放一目了然。與普通擱板式貨架相比，利用率更高。對於存放笨重，零散或其它特殊的產品，懸臂式貨架是理想的解決方案。

10、懸臂式貨架，帶有可調試鉗位夾，是由3-4個懸臂和縱梁相連組成。懸臂式貨架可由單個立柱單元或配以任何數量的底板，立柱和支臂等連續組成多個單元系統。能高效存儲木料、管材、長條物等類似產品。

懸臂結構設計

材料強度分析

紙質桿件的抗彎能力最弱，因此，總的設計思路是儘可能降低荷載產生的彎矩。由表1，表2可看出白卡紙的主要優點在於它具有較強的抗拉性能；經試驗，白卡紙製成的桿件抗壓性能也較強。因此，結構體系的桿件受力應以桿件受拉和受壓為主。

表1 230克白卡紙彈性模量

名稱種類	層數	彈性模量(MPa)
230克白卡紙	1	56.9
	2	148.2

表2 230克白卡紙極限應力

名稱類型	層厚; (mm)	拉應力; (N/mm)	壓應力; (N/mm)	備 注
230克白卡紙	0.3	22.2	7.0	受壓計算時需考慮長細比對穩定的影響

結構功能要求

所設計結構模型應能為承載板提供承載平面，承載平面必須在支承平面以上。模型最低載入荷載不能少於5kg，最大載入荷載不能大於20kg（不包含掛籃系統重量），且必須承載20s；模型豎向或橫向最大撓度不大於跨度的1/10。

結構立面形式

結構最重要的功能，就是承受其生命全過程中可能出現的各種荷載。

設計方案

由白卡紙材料性質及結構的功能要求決定了構件宜以受拉、壓為主，而白卡紙的受拉性能較好，且拉桿不存在穩定性問題。因此，構件的截面形式的選擇應從受壓性能最優的截面形式開始考慮。可供選擇時常見截面有圓形截面、方形截面、矩形截面等。

上弦桿主要承受較大的軸心壓力。從圓形、方形、矩形截面中考慮，圓形的受壓性能優於方形，方形優於矩形。但是，考慮到模型製作時圓形截面節點的處理難度較大（如圖3所示），因此，上弦桿選方形截面為宜。

腹桿主要承受拉力和壓力，但所受力的大小較上弦桿小得多。因此，考慮到腹桿與上弦桿、腹桿與下弦桿之間節點的連線方面，為了便於節點處理，腹桿截面選為與上弦外包尺寸相等的方形截面（僅白卡紙層數不同）。

下弦桿以受拉為主，且拉桿不存在失穩的問題。因此，根據白卡紙抗拉性能較強的優勢，適當減小下弦桿的截面面積，故將其選為高度小於寬度的矩形截面，也易於進行節點處理。

但經過反覆試驗和甄選，由構思中得到啟發，充分考慮白卡紙的材料性質，以結構功能要求為基本出發點，從多種形式對比中，決定以桁架作基本形式，考慮穩定性等方面的因素，最終選擇折弦式桁架作為結構的立面形式，如下圖所示：

設計思路

方案構思

結構主要承受來自一側的土壓力作用

(1)要構思是利用下部插入砂層中的排樁來抵抗荷載的作用

(2)原則是：合理設計下部插入砂層的排樁的深度，增大排樁與砂層的接觸面積，合理設計結構與砂層接觸面位置處的結構來承載一側土壓力的作用，結構上部載入區穩定即可。

結構選型

整個結構承受來自一側的土壓力的作用，因此選擇雙排樁支護結構，雙排樁相當於一個插入土體的剛架，能夠靠基坑以下樁前土的被動土壓力和剛架插入土中部分的前樁抗壓、後樁抗拔所形成的力偶來共同抵抗傾覆力矩，樁土之間的相互作用不容忽略。在荷載作用下，後排樁向坑內運動，勢必受到樁間土的抗力；同時，樁間土也對前排樁產生推力。將樁頂與連梁做成剛性連線，以保證有效地發揮雙排樁的支護效果。

結構特色

這個結構是在我們製作結構對結構進行試驗的多次循環反覆而後的出來的結構，它凝聚了所有的試驗所得的經驗。優點如下：

1、整體上，我們最終選用雙排樁支護結構，雙排樁具有較大的側向剛度，可有效地限制圍護結構的側向變形。同時雙排樁相當於一個插入土體的剛架，能夠靠基坑以下樁前土的被動土壓力和剛架插入土中部分的前樁抗壓、後樁抗拔所形成的力偶來共同抵抗傾覆力矩，增大結構的抵抗能力。

2、結構外形，我們選擇梯形作為主體形狀，上窄下寬，後樁傾斜一個較小的角度，使得結構的承受荷載的能力增加。

3、根據結構力學求解器軟體建立的模型分析，可得出結構受力最大點，針對這一情況，我們對下部結構做出處理，增重下部結構，是我們結構一大特色。

4、利用三角形穩定的特性採用斜梁，在斜梁相交時，用膠水加固，這大大提高了斜梁的穩定性和強度。結構有效的節約了材料，採用合適的桿加固，經濟適用。

5、結構模仿實際工程，採用腰梁，增強抗震性和穩定性。

6、根據結構力學求解器軟體建立的模型分析結果，我們加強支座強度。