01范围与限制
1.1适用范围
本准则适用于以承载扁钢与横杆焊接(压焊)成型的轻型钢格板, 用于人员通行及非常轻的、充气橡胶轮胎滚动交通的场合,包括手推车、平板小车、两轮搬运车与清洁车。
适用的典型部位
- 人行走道、操作平台、巡检通道
- 楼梯踏步板
- 沟盖板、地沟盖板(人行跨越)
- 设备检修、维护时的站人部位
- 手推车、平板车、行李车通行面
不适用(应另行设计)
- 叉车、夹包车、堆高机等实心轮胎车辆
- 汽车、卡车等道路车辆
- 行车、卷扬机等动力设备支承
- 承受显著冲击、振动或反复疲劳的部位
- 作为设备基础或管道支架的集中支承点
轻、重型系列的区分依据是轮压的作用方式,而非荷载大小。 实心轮胎车辆将较大的重量集中于极小接触面,会在承载扁钢上产生局部屈曲、腹板挤压与冲击效应, 这不是把格板简化为受弯梁所能描述的受力状态。因此即使弯矩验算通过,轻型系列也不得用于叉车通行。
1.2使用条件
- 格板按单跨简支布置,两端搁置于支承梁上,支座处不承受负弯矩。
- 承载扁钢方向垂直于支承梁,跨度 L 取支承间的净距。
- 使用环境温度处于钢材正常使用范围,无显著腐蚀减薄;有腐蚀或高温条件时应另行折减。
- 荷载为静力作用,本准则不含冲击系数与疲劳验算。
02符号与单位
| 符号 | 名称 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| U | 均布荷载 | kN/m² | 沿板面满布的荷载 |
| C | 集中荷载 | kN/m | 作用于跨中、按每米板宽折算的线荷载 |
| S | 截面模量 | cm³/m | 每米板宽内承载扁钢的截面模量之和 |
| I | 截面惯性矩 | cm⁴/m | 每米板宽内承载扁钢的惯性矩之和 |
| L | 简支净跨 | m | 两支座内侧之间的距离 |
| D | 挠度 | mm | 跨中最大竖向变形 |
| E | 弹性模量 | MPa | 见第 3 章 |
| F | 容许弯曲应力 | MPa | 已计入安全储备,见第 3 章 |
| M | 抗弯承载力 | kN·m/m | 每米板宽可承受的弯矩 |
表 1 本准则所用符号。其中 S、I、M、C 均为"每米板宽"的量值,计算时板宽这一公共分母已被约去,与所取板带宽度无关。
S、I 应优先采用产品样本或实测值。需按几何估算时,按下式计算(仅计入承载扁钢,不计横杆贡献,结果偏安全):
03材料设计参数
| 材料 | 弹性模量 E(MPa) | 容许弯曲应力 F(MPa) |
|---|---|---|
| 碳钢 | 2.0×10⁵ | 124.1 |
| 不锈钢 304 / 316 | 1.93×10⁵ | 137.9 |
表 2 材料设计参数。不锈钢弹性模量较碳钢低约 3.5%,但容许应力高约 11%;短跨由强度控制时不锈钢有利,长跨由刚度控制时碳钢反而略优。
F 是已计入安全储备的容许弯曲应力,由式(1)直接得出的 M 即为容许弯矩, 计算过程中不得重复乘、除安全系数。 本值不等于钢材强度设计值 f(如 Q235 取 215 MPa), 两者相差约 1.7 倍且分属不同的设计体系,不得相互代换。
04计算模型与基本假定
取单位板宽(1 m)的板带作为计算单元,将其简化为一根单跨简支梁:跨度即格板净跨 L, 截面特性为该板宽内全部承载扁钢的 S 与 I。 荷载沿板宽方向均布,故按"每米板宽"计量。
按上述简化,两种工况的力学简图如图 3 所示。
图 3 单位板宽条带梁的力学简图:a 为均布荷载满布,b 为集中荷载作用于跨中;L 为简支净跨,D 为跨中挠度。
4.1基本假定
- 单跨简支。两端搁置、无转动约束;实际为焊接或多点固定时,支座约束使内力重分布,按简支计算偏于安全。
- 仅承载扁钢受弯。横杆(扭绞方钢)的抗弯贡献不予计入,仅作为侧向联系,故 S、I 偏小、结果偏安全。
- 荷载按板宽均摊。集中荷载 C 为沿板宽折算的线荷载;实际轮压、支腿压力应按接触尺寸自行折算为 kN/m。
- 按静力计算。不含冲击、制动力与疲劳效应。
- 不验算局部稳定。扁钢高厚比、腹板局部屈曲及支座处局部承压应由构造与产品标准单独保证。
05承载力计算方法
按下列三步进行:先求单位板宽抗弯承载力,再反算容许荷载,最后复核挠度。
5.1单位板宽抗弯承载力
系数 1000 为单位换算:F(N/mm²)× S(cm³/m = 1000 mm³/m)= 1000 N·mm/m = 1 N·m/m,再除以 1000 得 kN·m/m。
5.2容许均布荷载
由简支梁跨中弯矩 M = U·L²/8 移项得到。
5.3容许集中荷载
由简支梁跨中受集中力时 M = C·L/4 移项得到。 与式(2)相比,系数由 8 降为 4、且少乘一个 L,说明在相同跨度与相同承载力条件下, 跨中集中作用比满布均布更不利;选型时应按实际最不利工况分别验算。
5.4挠度
两式由简支梁挠度公式 δ = 5wL⁴/(384EI) 与 δ = PL³/(48EI) 导出, 系数 10⁸ 为上述指定单位下的单位换算系数(若采用 SI 一致单位 w(N/m)、L(m)、E(Pa)、I(m⁴/m),则 D 以 m 计,无需该系数)。
5.5挠度限值
| 控制条件 | 限值 | 说明 |
|---|---|---|
| 行走舒适度 | 6.35 mm | 在 4.79 kN/m² 均布荷载作用下,跨中挠度不应大于此值 |
| 正常使用 | L/200 | 一般走道、平台;观感与舒适度要求较高时可按 L/250~L/300 控制 |
表 3 挠度限值。两项应同时满足,取较严者控制。
5.6承载力验算
式中 Md 为荷载产生的弯矩设计需求:均布时 Md = UdL²/8,跨中集中时 Md = CdL/4, Ud、Cd 为实际作用的荷载(按第 8.1 条取值)。
由式(2)、(3)可知容许荷载随跨度按 1/L² 与 1/L 下降,而挠度随 L⁴ 增长。 短跨通常由强度控制,长跨则由挠度控制; 仅核对容许荷载而忽略挠度,容易选到"强度够、踩上去明显发颤"的规格。
06算例
6.1已知条件
| 格板规格 | 承载扁钢 32 × 5 mm,扁钢中心距 30 mm,碳钢 |
|---|---|
| 截面特性 | n = 1000/30 = 33.33 根/m;S = 33.33 × 5 × 32² / 6 = 28.44 cm³/m;I = 33.33 × 5 × 32³ / 12 = 45.51 cm⁴/m |
| 简支净跨 L | 1.50 m |
| 材料参数 | F = 124.1 MPa,E = 2.0×10⁵ MPa |
| 实际荷载 | 均布 5.0 kN/m²(人行通道) |
6.2计算过程
| 步骤 | 计算 | 结果 |
|---|---|---|
| 1 求 M | M = 124.1 × 28.44 / 1000 | 3.53 kN·m/m |
| 2a 求 U | U = 8 × 3.53 / 1.50² | 12.55 kN/m² |
| 2b 求 C | C = 4 × 3.53 / 1.50 | 9.41 kN/m |
| 3a 挠度(均布) | D = 5 × 12.55 × 1.50⁴ / (384 × 2.0×10⁵ × 45.51) × 10⁸ | 9.09 mm(L/165) |
| 3b 挠度(集中) | D = 9.41 × 1.50³ / (48 × 2.0×10⁵ × 45.51) × 10⁸ | 7.27 mm(L/206) |
| 4 舒适度复核 | 4.79 kN/m² 作用下 D | 3.47 mm < 6.35 mm ✓ |
| 5 承载力验算 | Md = 5.0 × 1.50² / 8 = 1.41;η = 1.41 / 3.53 | η = 0.40 ≤ 1.0 ✓ |
表 4 算例全过程。第 3a、3b 行为满载(达到容许荷载)时的挠度,用于判断刚度是否先于强度达到限值。
6.3结论
容许均布荷载 12.55 kN/m²,容许集中荷载 9.41 kN/m(板宽); 在 4.79 kN/m² 作用下挠度 3.47 mm,满足行走舒适度要求。 承受 5.0 kN/m² 均布荷载时,承载力利用率 39.8%,挠度 3.62 mm(约 L/414),选型合理。
07承载能力计算与查表
按第 5 章方法编制。修改参数即得到该规格的容许荷载与挠度,并自动生成常用跨度速查表。
计算参数
实际荷载
截面特性默认由扁钢几何按第 2 章公式估算(仅计承载扁钢)。采用产品样本值时,可直接改写 S、I 两栏。
计算结果
按式(2),强度控制 — kN/m²
按式(3),每米板宽 — kN/m
结果为按容许应力法得到的容许值。工程选用时尚应满足第 8 章的构造要求,并由结构专业复核确认。
7.1常用跨度承载能力速查表
按当前截面特性与材料参数自动生成,供选型时快速比较。
| 跨度 L(m) | 容许均布 U(kN/m²) | 容许集中 C(kN/m) | 满载挠度(均布,mm) | 4.79 kN/m² 挠度(mm) | 挠跨比 |
|---|
表 5 速查表。加粗行为当前设定跨度。满载挠度指达到容许均布荷载时的跨中挠度;挠跨比按满载挠度给出。
08选用与构造要求
8.1荷载取值
人行通道、操作平台与检修部位的活荷载标准值应按现行《建筑结构荷载规范》及工艺专业条件确定, 并区分持久状况与检修(短暂)状况。常见量级可参照下表估算,正式设计仍以项目荷载条件为准。
| 部位 | 均布荷载(kN/m²) | 集中荷载(kN/m 板宽) |
|---|---|---|
| 人行通道 | 2.0 ~ 4.0 | — |
| 一般操作、检修平台 | 4.0 ~ 5.0 | — |
| 单人站立、检修集中 | — | 1.0 |
| 手推车单轮 | — | 1.5 ~ 3.0 |
| 行走舒适度复核基准 | 4.79 | — |
表 6 荷载取值参考。轮压、支腿压力应按接触尺寸折算为每米板宽的线荷载后,再与式(3)的容许值比较。
8.2构造要求
- 支承长度:格板端部在支承梁上的搁置长度应满足产品要求,且承载扁钢方向两端均应支承。
- 固定方式:应采用焊接、夹具或螺栓可靠固定,不得仅靠自重搭放,以免踩踏移位、跳动。
- 承载方向:承载扁钢应垂直于支承梁布置,安装前核对扁钢方向与跨度方向。
- 开孔与切割:现场切割或开孔后,切口处的承载扁钢应按等强要求补强或增设边框。
- 防腐:热镀锌层厚度、不锈钢牌号应按环境类别确定;有腐蚀减薄时应按扣除腐蚀裕量后的截面验算。
8.3选用中易出现的错误
- 用于叉车等实心轮胎车辆。轮压引起的局部屈曲与冲击不在本准则计算范围内。
- 把容许应力 F 当作强度设计值。124.1 MPa 已含安全储备,按 f 代入其他体系会使承载力被高估约 70%。
- S、I 未采用"每米板宽"值。单位错误会使承载力成倍偏差,挠度按立方放大。
- 跨度取支承梁中心距。应取净跨;支座宽度不足还会导致局部承压过大。
- 只核强度不核挠度。长跨多为挠度控制,忽略后易出现明显振颤。
- 以集中荷载 C 直接代表轮压。C 需按接触尺寸折算为每米板宽的线荷载。
- 跨厂家套用 S、I。同规格产品因压焊工艺、横杆与公差差异,S 值可能相差 5%~15%。
09技术支持
选型、计算与防腐的常见问题,精选自安平钢格板厂技术专栏。