登高平臺消防車（101 m 型）安全通過既有橋梁的研究

文 勇，曹江萍

（1.重慶市設計院，重慶市 400015，2.重慶市江北區(qū)城市建設發(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?；馂氖峭{城市安全的重要隱患，需要配備消防系統(tǒng)對突發(fā)火災進行及時應對，這其中，消防車是關鍵組成。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的消防需求，應對高層建筑火災問題。隨著城市高層建筑建造越來越多，消防車所需要到達的高度也越大，相應的消防車的載重等級也越高。重慶市政府采購了78 m和101 m的登高平臺消防車，即將列裝執(zhí)勤。由于該車輛無論是荷載等級還是車輛外形都顯著差別于目前道路上運輸?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，橋梁結構是否存在安全隱患問題。

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

1 登高平臺消防車（101 m型）的特性

101 m型登高平臺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，工作展開時車寬達8m。最大支腿壓力300 kN，最大支撐板壓力8.0 kg/cm2，使用墊板時最大支撐板壓力4.2 kg/cm2。轉彎半徑14.25 m，?？颗e升時坡度要求不得大于15°。

圖1 101 m型登高平臺消防車實圖

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)范重車的荷載標準（55 t），因此需要評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，對于符合原《城市道路設計規(guī)范》(C JJ 37—90)[3]及現(xiàn)行最新《城市道路工程設計規(guī)范》（C JJ 37－2012）[4]道路等級的快速路、主干路及次干路，其道路（含橋梁、隧道、下穿地通道等結構物）建筑限界和轉彎半徑均能滿足101 m型登高平臺消防車的正常通行；而對于支路則建議先行調查核實(如道路標準是否過低，有無局部凈空受限地段等)無誤后才予以通行。

2 橋梁安全評估方法

評估該消防車通行下橋梁結構安全性是否滿足要求，需要對比消防車作用下橋梁荷載效應與現(xiàn)有規(guī)范汽車荷載模型作用結果，如果消防車作用下的荷載效應低于規(guī)范值，則認為橋梁安全性滿足要求。

按照重慶市現(xiàn)有常規(guī)跨線或立交橋梁結構型式，本次研究主要選取較為典型的簡支梁橋(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《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）、《城市橋梁設計荷載標準》（C JJ 77-98）、《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）[5]及《城市橋梁設計規(guī)范》（C JJ 11-2011）[6]中的車隊（道）荷載對橋梁結構受力較大部位進行了汽車荷載效應內力計算。同時利用重慶城市登高平臺消防車的交通荷載模型分別對以上不同橋梁進行加載，計算其單車或單列荷載效應最大值分布，并根據(jù)綜合對比分析結果，明確登高平臺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整體橋梁的荷載效應，還需要考慮局部輪載作用下橋面板等局部構件的安全性。

3 典型橋梁整體荷載效應分析

3.1 簡支梁橋荷載效應

5～50 m簡支梁橋梁單車道和兩車道下消防車作用荷載效應與規(guī)范荷載效應比值分別見表1和表2，其中車輛(道)荷載效應均未考慮汽車的沖擊系數(shù)、橫向偏載及分布系數(shù)等，設計規(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（2011）與公路Ⅰ級的縱橋向車道荷載效應相同。

表1 簡支梁橋單車道荷載效應比值

表2 簡支梁橋兩車道荷載效應比值

可知消防車作用下單車道荷載效應基本大于規(guī)范水平，系數(shù)最大達到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

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，并與規(guī)范荷載模型作用結果進行對比，單車道和兩車道的結果見表3和表4。設計規(guī)范荷載為單車道，消防車則僅考慮單車通行；設計規(guī)范荷載為兩車道，消防車則考慮與20 t車輛形成單列車隊通行。

表3 兩跨連續(xù)梁橋單車道荷載效應比值

表4 兩跨連續(xù)梁橋兩車道荷載效應比值

可知單車道作用下消防車荷載效應顯著大于現(xiàn)有規(guī)范值，在2×50 m跨徑后基本與規(guī)范計算值相同，兩車道作用下消防車荷載效應顯著低于規(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

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

表5 三跨連續(xù)梁橋單車道荷載效應比值

表6 三跨連續(xù)梁橋兩車道荷載效應比值

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

4 橋面板局部效應分析

考慮博浪濤101 m型登高平臺消防車的后橋車軸集中且軸力較大，對橋梁結構的頂板橫向加載效應較明顯，故需作必要的研究分析，以下給出分析計算結果。

4.1 懸臂板

懸臂板主要針對箱梁的外側挑臂結構驗算。

采用汽車超20級或公路Ⅰ級荷載標準橋梁，博浪濤101 m型登高平臺消防車外側輪與箱梁腹板間距c≤0.5 m時，正常情況下可安全通行，但當c＞0.5 m時，則應對箱梁懸臂板結構進行驗算。

采用城A級荷載標準橋梁，博浪濤101 m型登高平臺消防車外側輪與箱梁腹板間距c≤0.9 m時，正常情況下可安全通行，但當c＞0.9 m時，則應對箱梁懸臂板結構進行驗算。

4.2 支撐板

支撐板針對箱梁箱室的橋面板結構，支撐在兩邊腹板上。

采用汽車超20級或公路Ⅰ級荷載標準橋梁，博浪濤101 m型登高平臺消防車位于箱室跨中頂板，且箱室內凈空寬度b≤5.5 m時，正常情況下可安全通行，但當b＞5.5 m時，應對箱室頂板結構進行驗算。

采用城A級荷載標準橋梁，博浪濤101 m型登高平臺消防車位于箱室跨中頂板，且箱室內凈空寬度b≤8 m時，正常情況下可安全通行，但當b＞8 m時，應對箱室頂板結構進行驗算。

5 結語

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既有橋梁安全性的影響，主要研究結論如下：

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

（2）該消防車對單車道橋梁應該禁止上橋通行，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限流單列居中通行，但仍建議不與20 t以上車輛編隊通行，并與其前后車輛保持15 m以上距離。

（3）對于有一定病害或用較低等級汽車荷載標準設計的橋梁，則須經(jīng)單獨檢測、驗算和專項論證通過后方可予以通行。禁止101 m型登高平臺消防車在橋上停車作業(yè)。

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

參考文獻：

[1]李德升,周兆環(huán).通過特殊車輛荷載的橋梁荷載試驗應用分析[J].城市道橋與防洪,2012(1):55-57.

[2]王一娜.特種車輛通過哈龍大橋可行性分析及安全監(jiān)測[D].吉林長春:吉林大學,2015.

[3]C JJ 37-90,城市道路設計規(guī)范[S].

[4]C JJ 37-2012,城市道路工程設計規(guī)范[S].

[5]JTG D60-2015,公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[6]C JJ 11-2011,城市橋梁設計規(guī)范[S].