登高平臺(tái)消防車（101 m 型）安全通過既有橋梁的研究

文 勇，曹江萍

（1.重慶市設(shè)計(jì)院，重慶市 400015，2.重慶市江北區(qū)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，重慶市 400023）

0 引言

隨著我國城市化迅速發(fā)展，城市人口高度集中，保障城市安全成為重要話題。火災(zāi)是威脅城市安全的重要隱患，需要配備消防系統(tǒng)對(duì)突發(fā)火災(zāi)進(jìn)行及時(shí)應(yīng)對(duì)，這其中，消防車是關(guān)鍵組成。消防車需要裝備重要器械，滿足各種跨度和高度的消防要求，登高消防車就是滿足很大高度范圍內(nèi)的消防需求，應(yīng)對(duì)高層建筑火災(zāi)問題。隨著城市高層建筑建造越來越多，消防車所需要到達(dá)的高度也越大，相應(yīng)的消防車的載重等級(jí)也越高。重慶市政府采購了78 m和101 m的登高平臺(tái)消防車，即將列裝執(zhí)勤。由于該車輛無論是荷載等級(jí)還是車輛外形都顯著差別于目前道路上運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)車輛，因此需要研究這類特種車輛通過城市道路時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)是否存在安全隱患問題。

特殊車輛過橋需要重新進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)安全性校核[1,2]，本文針對(duì)101 m登高消防車，在分析其車輛外形及構(gòu)成的基礎(chǔ)上，研究該特種車輛對(duì)目前中小跨徑橋梁的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性，以評(píng)估這些橋梁在該特種車通行狀況下荷載響應(yīng)水平，保障重慶市新購特種登高平臺(tái)消防車執(zhí)勤通過路線上橋涵結(jié)構(gòu)的安全，同時(shí)為特種登高平臺(tái)消防車輛擬定具體行駛線路提供必要的技術(shù)理論支撐。

1 登高平臺(tái)消防車（101 m型）的特性

101 m型登高平臺(tái)消防車采用德國斯堪尼亞底盤，見圖1，自重63 t，整車外形尺寸（長×寬×高）16 700mm×2 550mm×4 000mm，底盤高30 cm，主臂長70m、支臂長30m，最大延伸垂直高度99m，最有效工作外伸26.9 m，工作展開時(shí)車寬達(dá)8m。最大支腿壓力300 kN，最大支撐板壓力8.0 kg/cm2，使用墊板時(shí)最大支撐板壓力4.2 kg/cm2。轉(zhuǎn)彎半徑14.25 m，停靠舉升時(shí)坡度要求不得大于15°。

圖1 101 m型登高平臺(tái)消防車實(shí)圖

該消防車的車輛軸重、軸距及輪距等基本參數(shù)見圖2，由于其荷載總重63 t已經(jīng)超過了規(guī)范重車的荷載標(biāo)準(zhǔn)（55 t），因此需要評(píng)估該車輛通行狀況下橋梁安全是否能夠滿足要求。

根據(jù)該型消防車的特性，對(duì)于符合原《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》(C JJ 37—90)[3]及現(xiàn)行最新《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（C JJ 37－2012）[4]道路等級(jí)的快速路、主干路及次干路，其道路（含橋梁、隧道、下穿地通道等結(jié)構(gòu)物）建筑限界和轉(zhuǎn)彎半徑均能滿足101 m型登高平臺(tái)消防車的正常通行；而對(duì)于支路則建議先行調(diào)查核實(shí)(如道路標(biāo)準(zhǔn)是否過低，有無局部凈空受限地段等)無誤后才予以通行。

2 橋梁安全評(píng)估方法

評(píng)估該消防車通行下橋梁結(jié)構(gòu)安全性是否滿足要求，需要對(duì)比消防車作用下橋梁荷載效應(yīng)與現(xiàn)有規(guī)范汽車荷載模型作用結(jié)果，如果消防車作用下的荷載效應(yīng)低于規(guī)范值，則認(rèn)為橋梁安全性滿足要求。

按照重慶市現(xiàn)有常規(guī)跨線或立交橋梁結(jié)構(gòu)型式，本次研究主要選取較為典型的簡(jiǎn)支梁橋(跨徑分別為:5 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m)、兩等跨徑（跨徑分別為:2×15 m、2×20 m、2×30 m、2×40 m、2×50 m）及三等跨徑（跨徑分別為:3×15 m、3×20 m、3×30 m、3×40 m、3×50 m）連續(xù)梁橋，并分別利用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021-89）、《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》（C JJ 77-98）、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）[5]及《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（C JJ 11-2011）[6]中的車隊(duì)（道）荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力較大部位進(jìn)行了汽車荷載效應(yīng)內(nèi)力計(jì)算。同時(shí)利用重慶城市登高平臺(tái)消防車的交通荷載模型分別對(duì)以上不同橋梁進(jìn)行加載，計(jì)算其單車或單列荷載效應(yīng)最大值分布，并根據(jù)綜合對(duì)比分析結(jié)果，明確登高平臺(tái)消防車通過其擬定行走路線上現(xiàn)狀城市橋梁的基本形式。

分析中不僅要研究消防車對(duì)整體橋梁的荷載效應(yīng)，還需要考慮局部輪載作用下橋面板等局部構(gòu)件的安全性。

3 典型橋梁整體荷載效應(yīng)分析

3.1 簡(jiǎn)支梁橋荷載效應(yīng)

5～50 m簡(jiǎn)支梁橋梁?jiǎn)诬嚨篮蛢绍嚨老孪儡囎饔煤奢d效應(yīng)與規(guī)范荷載效應(yīng)比值分別見表1和表2，其中車輛(道)荷載效應(yīng)均未考慮汽車的沖擊系數(shù)、橫向偏載及分布系數(shù)等，設(shè)計(jì)規(guī)范荷載為單車道或兩車道，消防車則僅考慮單車通行；最新城—A級(jí)（2011）與公路Ⅰ級(jí)的縱橋向車道荷載效應(yīng)相同。

表1 簡(jiǎn)支梁橋單車道荷載效應(yīng)比值

表2 簡(jiǎn)支梁橋兩車道荷載效應(yīng)比值

可知消防車作用下單車道荷載效應(yīng)基本大于規(guī)范水平，系數(shù)最大達(dá)到1.51，隨著跨徑增加系數(shù)降低；兩車道下消防車荷載效應(yīng)均低于規(guī)范水平，說明兩車道或者兩車道以上的整體式簡(jiǎn)支橋梁，該消防車通過沒有問題。

3.2 兩跨連續(xù)梁橋荷載效應(yīng)

采用同樣的方法分析主跨15～50 m的兩跨連續(xù)梁橋車輛荷載效應(yīng)，并與規(guī)范荷載模型作用結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，單車道和兩車道的結(jié)果見表3和表4。設(shè)計(jì)規(guī)范荷載為單車道，消防車則僅考慮單車通行；設(shè)計(jì)規(guī)范荷載為兩車道，消防車則考慮與20 t車輛形成單列車隊(duì)通行。

表3 兩跨連續(xù)梁橋單車道荷載效應(yīng)比值

表4 兩跨連續(xù)梁橋兩車道荷載效應(yīng)比值

可知單車道作用下消防車荷載效應(yīng)顯著大于現(xiàn)有規(guī)范值，在2×50 m跨徑后基本與規(guī)范計(jì)算值相同，兩車道作用下消防車荷載效應(yīng)顯著低于規(guī)范值，為0.8倍以下，說明兩車道或者兩車道以上的整體式兩跨連續(xù)橋梁，該消防車通過沒有問題。

3.3 三跨連續(xù)梁橋荷載效應(yīng)

主跨15～50 m的三跨連續(xù)梁橋車輛荷載效應(yīng)與規(guī)范荷載模型作用結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，單車道和兩車道的結(jié)果見表5和表6。同樣地，設(shè)計(jì)規(guī)范荷載為單車道，消防車則僅考慮單車通行；設(shè)計(jì)規(guī)范荷載為兩車道，消防車則考慮與20 t車輛形成單列車隊(duì)通行。

表5 三跨連續(xù)梁橋單車道荷載效應(yīng)比值

表6 三跨連續(xù)梁橋兩車道荷載效應(yīng)比值

分析結(jié)果與兩跨連續(xù)梁橋基本相同，單車道作用下消防車荷載效應(yīng)顯著大于規(guī)范值，而兩車道下則顯著小于規(guī)范計(jì)算值。

4 橋面板局部效應(yīng)分析

考慮博浪濤101 m型登高平臺(tái)消防車的后橋車軸集中且軸力較大，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的頂板橫向加載效應(yīng)較明顯，故需作必要的研究分析，以下給出分析計(jì)算結(jié)果。

4.1 懸臂板

懸臂板主要針對(duì)箱梁的外側(cè)挑臂結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

采用汽車超20級(jí)或公路Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)橋梁，博浪濤101 m型登高平臺(tái)消防車外側(cè)輪與箱梁腹板間距c≤0.5 m時(shí)，正常情況下可安全通行，但當(dāng)c＞0.5 m時(shí)，則應(yīng)對(duì)箱梁懸臂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

采用城A級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)橋梁，博浪濤101 m型登高平臺(tái)消防車外側(cè)輪與箱梁腹板間距c≤0.9 m時(shí)，正常情況下可安全通行，但當(dāng)c＞0.9 m時(shí)，則應(yīng)對(duì)箱梁懸臂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

4.2 支撐板

支撐板針對(duì)箱梁箱室的橋面板結(jié)構(gòu)，支撐在兩邊腹板上。

采用汽車超20級(jí)或公路Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)橋梁，博浪濤101 m型登高平臺(tái)消防車位于箱室跨中頂板，且箱室內(nèi)凈空寬度b≤5.5 m時(shí)，正常情況下可安全通行，但當(dāng)b＞5.5 m時(shí)，應(yīng)對(duì)箱室頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

采用城A級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)橋梁，博浪濤101 m型登高平臺(tái)消防車位于箱室跨中頂板，且箱室內(nèi)凈空寬度b≤8 m時(shí)，正常情況下可安全通行，但當(dāng)b＞8 m時(shí)，應(yīng)對(duì)箱室頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

5 結(jié)語

基于重慶市最新購置的101 m型登高消防車特性，研究了特殊消防車荷載對(duì)既有橋梁安全性的影響，主要研究結(jié)論如下：

（1）考慮主跨5～50 m的簡(jiǎn)支梁橋、兩跨連續(xù)梁橋和三跨連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)，消防車作用下顯著大于單車道規(guī)范荷載效應(yīng)，但均小于兩車道規(guī)范荷載效應(yīng)；

（2）該消防車對(duì)單車道橋梁應(yīng)該禁止上橋通行，擬定行走路線上兩車道以上健康橋梁如有條件則可考慮臨時(shí)限流單列居中通行，但仍建議不與20 t以上車輛編隊(duì)通行，并與其前后車輛保持15 m以上距離。

（3）對(duì)于有一定病害或用較低等級(jí)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的橋梁，則須經(jīng)單獨(dú)檢測(cè)、驗(yàn)算和專項(xiàng)論證通過后方可予以通行。禁止101 m型登高平臺(tái)消防車在橋上停車作業(yè)。

鑒于各實(shí)體橋梁與簡(jiǎn)化模型存在差異，故以上結(jié)論僅為一般規(guī)律性研究，可供借鑒采用。

參考文獻(xiàn)：

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