消防车等效均布荷载的计算.pdf

《消防车等效均布荷载的计算.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《消防车等效均布荷载的计算.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、四川建筑 第28卷3期 2008106消防车等效均布荷载的计算杨宏(成都市建筑设计研究院,四川成都610015)【摘 要】消防车荷载的取值,一直比较混乱,为使消防车荷载有一个较为合理的取值,对消防车等效荷载进行了常见的几种情况的计算,供设计界同仁参考。【关键词】消防车;等效荷载;轮压;扩散角;动力系数【中图分类号】TU312+11【文献标识码】A图3300 kN汽车平面尺寸及布置图 消防车荷载的取值,就目前来说,一直比较混乱,有按 建筑结构荷载规范(2006年版)(以下简称 荷载规范)要求单向板(板跨度 2m)取35 kN/m2、双向板(板跨度 6m)取20 kN/m2的,也有取等效均布荷载为

2、26 kN/m2的,还有主梁取01820=16 kN/m2次梁为019520=19 kN/m2的,如此等等,各种取法都有。而消防车荷载的取值又属“强条”。荷载规范 表41111注第3条:“当不符合本表的要求的时候,应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则,换算为等效均布荷载。”即消防车荷载的取值大小应按等效均布荷载计算。这些对每一个设计人员来说,都是清楚的。但是在实际工程中,由于等效均布荷载计算过程较为繁琐,设计周期又短等各种原因,大都未进行等效均布荷载的计算。一般来说,凡取等效均布荷载的,都没有相应的计算资料,大都采取“估算”的办法。就目前成都建筑市场而言,基本上都采用大底盘地下室,其上部修建

3、若干栋多、高层建筑,这样必然出现小区内的消防通道置于地下室的顶板上。而地下室的顶板设计,一般采用井字梁楼盖或十字梁楼盖,板跨大都小于610 m610 m,故消防车荷载是不能取20 kN/m2,而应按规范要求进行等效均布荷载计算(单向板或密肋楼盖较少采用,所以此处仅就双向板进行分析)。为使消防车荷载有一个较为合理的取值,笔者对消防车等效均布荷载进行了常见的几种情况的计算,供设计界同仁参考。图1 纵向排列轮压示意图2 横向排列轮压示意1 荷载计算 消防车荷载均沿消防车道布置。小区道路通常不是很宽,一般在5 m左右,所以消防车按单列布置(当小区消防通道宽度 6 m时,应按并列两辆消防车的布置进行等效

4、均布荷载计算。此种情况,不在本文叙述范围)。为求最不利情况,按两车尾对尾的排列,两车尾间净距按500 mm计,消防车总重量按 荷载规范 要求,以300 kN计算。消防车荷载前、后桥轮压及车列布置见图1 图3,轮压面积按200 mm600 mm计。2 楼板计算211 有填土地下室柱网尺寸一般为616718 m,结构布置常采用井字梁楼盖或十字梁楼盖,如图4图7。地下室顶板上部,由于绿化需要,均有填土,填土厚度一般为600900 mm,计算时考虑了填土层压力扩散影响,其压力扩散角 取22,钢筋混凝土顶板厚度按160 mm计,压力扩散角 取45,如图8。收稿日期2007-09-26作者简介杨宏,高级工

5、程师,一级注册结构工程师。29 工程结构 四川建筑 第28卷3期 2008106图4 主梁,次梁等效均布荷载计算平面(井字梁楼板)图5 楼板等效均布荷载计算平面(井字梁楼板)图6 主梁,次梁等效均布荷载计算平面(井字梁楼板)图7 楼板等效均布荷载计算平面(十字梁楼板)图8 有填土时一个汽车轮压荷载分布计算图9 汽车轮压荷载分布计算平面当采用井字梁楼盖时从图9可以看出,后桥轮压由于填土(未考虑道路面层的影响),局部压力扩散后,基本连成一片,且其覆盖面积已超出井字楼盖中一块板的面积。所以可将后桥轮压直接除以面积,就得到板的等效均布荷载,见表1。当采用十字梁楼盖时,板跨为(313313)(31931

6、9),从图9中可以看出,轮压扩散后面积基本覆盖全板,故可以按板面积平均,则得表2。表1 有填土井字梁楼盖板等效均布荷载填土厚(mm)后桥扩散面积(m2)板等效均布荷载(kN/m2)600214312=71683170021483128=81133080021563136=8162890021643144=91126表2 有填土十字梁楼盖板等效均布荷载板跨(m)31331453163175319等效均布荷载(kN/m2)222018151716212 无填土当板上无填土时,对于井字梁楼盖则以后桥轮压计算板的等效均布荷载。由于当一个轮子放在板中心时,另一个轮子已在板外,所以只须考虑板中心一个轮压进

7、行计算,如图10。如果板厚度仍按160 mm计,扩散角 取45,不考虑道路面层的影响,计算时以局部荷载在板跨中心处所引起的弯矩与等效均布荷载在板跨中心处所产生的弯矩相等的39 工程结构 四川建筑 第28卷3期 2008106原则确定。计算结果见表3(计算过程从略)。当采用十字梁楼盖时,利用“影响线”原理,板跨中心最大弯矩时的轮压位置按图10布置,计算原则同井字梁楼盖,计算结果见表3(计算过程从略)。图10 十字梁楼板局部荷载平面布置表3 无填土时板跨中等效均布荷载板跨(m)212 213 214 215 216 313 3145 316 3175 319等效均布荷载(kN/m2)4743403

8、6342828282828图11 井字梁楼盖次梁荷载作用(P=60 kN)图12 十字梁楼盖次梁荷载作用(P=60 kN)3 次梁计算 次梁的等效均布荷载,按简支梁跨中弯矩相等的原则进行计算。消防车轮压局部荷载作用下的最大弯矩最不利布置按多个集中力作用下的影响线求得。考虑一侧轮压作用在梁上(不考虑填土的扩散作用),另一侧轮压实际作用在板上。为方便采用现有程序计算,将其简化为另一侧轮压作用在另一次梁上,并且不考虑轮压的扩散作用,直接按集中力进行计算,如图11、图12。由此计算得到次梁的等效均布荷载。结果见表4、表5(计算过程从略)。表4 井字梁次梁等效均布荷载柱网(mm)616616 61961

9、9 712712 715715 718718等效均布荷载(kN/m2)121511101013918913表5 十字梁次梁等效均布荷载柱网(mm)616616 619619 712712 715715 718718等效均布荷载(kN/m2)211520102010181718174 主梁计算 主梁等效均布荷载计算,也按简支梁跨中弯矩相等的原则进行。同样考虑最不利荷载布置,采用与次梁同样的简化方法计算求得主梁的等效均布荷载。如图13、图14。结果见表6、表7(计算过程从略)。图13 井字梁楼盖主梁荷载作用图P=60kN图14 井字梁楼盖主梁荷载作用图P=60kN表6 井字梁主梁等效均布荷载柱网(

10、mm)616616 619619 712712 715715 718718等效均布荷载(kN/m2)12161119111711171113表7 十字梁主梁等效均布荷载柱网(mm)616616 619619 712712 715715 718718等效均布荷载(kN/m2)121812131114101210115 动力系数K的取值 按 荷载规范 第61412条:“车辆起动和刹车的动力系数,可采用111113;其动力荷载只传至楼板和梁”。对于消防车而言,起动和刹车属瞬间荷载,不像车库哪样起动和刹车随时都存在,且可能数台车同时起动和刹车。毕竟火灾的发生具有偶然性,再加以顶板上填土的减震作用,消防

11、车制动对楼板和梁的影响也是很有限的。所以,笔者认为,对有填土的消防车荷载其动力系数K可以取110;对无填土的消防车荷载其动力系数K可以取荷载规范 规定的111113的中间值1115112。(下转第96页)49 工程结构 四川建筑 第28卷3期 2008106图3 主梁弯矩(My)图图4 主梁扭矩(Mx)图图4为四种曲率半径的弯桥成桥状态下的主梁扭矩图。成桥状态主梁扭矩分布规律亦相似,最大正负扭矩随曲率半径增大而减小;曲率半径75 m弯梁最大正扭矩1140104kNm,最大负扭矩-1126104kNm,而曲率半径779 m弯梁最大正扭矩仅为1153103kNm,最大负扭矩仅为-1152103kN

12、m,两者存在数量级的差别。由此可见,曲率半径对扭矩的影响较大,曲率半径越小,扭矩越大。对于小半径曲线梁,更应关注其抗扭设计。图5 主梁剪力(F)图图5为四种曲率半径的弯桥成桥状态下主梁剪力图。成桥状态主梁剪力分布图基本相同,且四种曲率半径的弯梁剪力数值相差很小,说明曲率半径对剪力影响不大,可以直接参照直梁桥的计算结果。表1 成桥状态下四种曲率半径弯梁在主梁墩顶截面内力曲线半径(m)弯矩My(kNm)扭矩Mx(kNm)剪力Fz(kN)7532017187139511577727148150274241848307184770619630026604171405113677761667792641

13、611415271867806189为进一步分析在成桥状态下曲率半径对弯梁内力的影响,表1给出了四种曲率半径的弯梁在成桥状态下主墩顶位置主梁截面的内力(弯矩、扭矩、剪力)数值。由表1可以看出,主梁墩顶截面剪力受曲率半径的变化不大,而弯矩和扭矩值均随曲率半径的增大而减小。4 结 论 弯桥的受力特性主要取决于曲率的大小。剪力受曲率半径的影响不大,可按照直梁桥的计算结果进行设计;相同跨径下,正弯矩随曲率半径的增大而增大,负弯矩反之;对曲率半径大于300 m的弯梁桥,其弯矩受曲率半径的影响已经很小,可以按直梁桥进行设计;扭矩受曲率半径影响很大,随着曲率半径的减小,扭矩急剧增大,因此在小半径曲线梁的设计

14、中,抗扭设计是非常重要的。参 考 文 献1 邵容光.混凝土弯梁桥M.北京:人民交通出版社,1996.2 姚玲森.曲线梁M.北京:人民交通出版社,1989.3 戴竟.大跨径桥梁桥型比选C 中国公路学会桥梁和结构工程学会一九九九年桥梁学术讨论会论文集.北京:人民交通出版社,1999:13-20.4 范立础.桥梁工程(上、下册)第二版M.北京:人民交通出版社,1996.5 吴西伦.弯梁桥设计M.北京:人民交通出版社,1995.6 李惠生,张罗溪.曲线桥梁结构分析M.北京:中国铁道出版社,1992.7 范立础.预应力混凝土连续梁桥M.人民交通出版社,1997.(上接第94页)6 建 议(1)本文中所得

15、消防车等效均布荷载只考虑了消防车本身的荷载,而实际尚应考虑其他荷载的存在,如:指挥车或其他消防器具、围观群众等荷载。故应在计算主梁和次梁时的等效均布荷载再加上一均布荷载值,笔者建议此值可取210 kN/m2。(2)对防空地下室中钢筋混凝土结构构件来说,处于屈服后开裂状态仍属正常的工作状态,这点与静力作用下结构构件所处的状态有很大不同。冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋等经冷加工处理的钢筋伸长率低,塑性变形能力差,延性不好。地下室顶板由于车辆起动和刹车均产生的是动力作用,笔者认为,顶板配筋不宜采用冷加工处理的钢筋。参 考 文 献1GB 50009-2001建筑结构荷载规范(2006年版)S.2 朱炳寅.对荷载规范第41111条的理解与应用J.建筑结构随刊赠阅,2006(5).3 陈基发,沙志国.建筑结构荷载设计手册(第二版)M.北京:中国建筑工业出版社,2004.69 工程结构