白皮书 · 结构设计
FRP 格栅是复合材料正交各向异性料,弹模远低于钢。正设计它非关极强,而在控挠度、施对安全系与把承条沿跨向。本白皮书列载况、梁理、截面性与完整算例走道。
- 挠度通常主:因 E 约钢 1/20,过强 FRP 截常败挠度限。
- 安全系 4:1–5:1 于极强是模压格栅 ZeAllgrate 合实践。
- 承条须横跨;向平行跨是单最常见设计错。
格栅须承何
| 载类 | 典型设计值 | 注 |
|---|---|---|
| 均布恒载(格栅自重) | ~0.5–0.8 kN/m² | 模压 25–50 mm;轻对钢 |
| 行人活载 | 2.4–3.1 kN/m² (50–65 psf) | OSHA/ASCE 走道最小 |
| 工业活载 | 4.8–14.4 kN/m² (100–300 psf) | 设备甲板、厂走道 |
| 集中/线载 | 轮或设备脚,如 1.0–13.5 kN | 查块区与分布 |
| 冲击/动 | 静值减 ~50% | 叉车、卡车交通 |
| 风掀/吸 | 按项目风图 | 常主连接,非条 |
行人活载 50–65 psf 与工业 100–300 psf 合 OSHA 29 CFR 1910.23 行走工作面与 ASCE/SEI 7 实践;行业标准厂载表列最大推荐对极。
正交板当梁
模压格栅双向但通常按承条向(较深条)设计为单位宽(1 m 或 1 ft)简支「梁」列。拉挤格栅行如系杆扎一组平行 I/T 承条。均布简支跨:
Mmax = w L² / 8 (最大弯矩,N·m 每米宽) 11 Z_req = Mmax / σ_allow (需截面模,m³/m) 12 δ = 5 w L⁴ / (384 E I) (中跨挠度,m) 13 σ_allow = σ_ult / FOS (ZeAllgrate 模压:FOS 4:1 – 5:1)
此处 w 是 1 m 宽条单位长载(N/m),L 净跨,E 承条向弯模,I 每米宽惯矩。因模压格栅双向,「效宽」分布集中载;均布载每米条法保守且标准。
FRP 挠度为何主
钢设计常强限因 E ≈ 200 GPa 使挠度小。FRP E 只 ~7–17 GPa,故舒强截可见垂。过挠致行人「弹」或无撑感并可过应连接。常见限:
| 应用 | 挠度限 | 理 |
|---|---|---|
| 敏感/拥挤/公共区 | L/200 | 刚、安心感;人群舒 |
| 标准行人走道 | L/150 | 通用工业/商业实践 |
| 重工业/设备 | L/100 | 机械下刚甲板 |
ZeAllgrate 工程师/设计师指南与厂目录荐挠度限(模压行人役常见 L/120 或 3/8 in 较者);下算例采 L/150。
示每米值
I = 惯矩,Z = 截面模,每米宽。值示;按确切树脂/网查 ZeAllgrate 载表验证。
| 格栅型 | 重(kg/m²) | 每米 I (cm⁴/m) | 每米 Z (cm³/m) | L/200 典型最大跨 |
|---|---|---|---|---|
| 模压 25 mm (1 in) | ~9.5 | ~45 | ~4.2 | ~0.75 m (L/200, 5 kN/m²) |
| 模压 30 mm | ~12.0 | ~90 | ~6.0 | ~0.95 m |
| 模压 38 mm (1.5 in) | ~15.5 | ~180 | ~9.5 | ~1.20 m |
| 模压 50 mm (2 in) | ~20.0 | ~380 | ~16.0 | ~1.65 m |
| 拉挤 I-4010 | ~11.0 | ~150 | ~8.5 | ~1.10 m |
| 拉挤 I-6010 | ~13.5 | ~260 | ~13.0 | ~1.35 m |
| 拉挤 T-5020 | ~16.0 | ~340 | ~16.0 | ~1.55 m |
示范围合行业模压与拉挤(I/T 条)载表。确切 I/Z 随网与玻璃含量;终设计用厂数。
设计 1.2 m 跨走道供 5 kN/m²、L/150
给:净跨 L = 1.2 m;均布活载 q = 5 kN/m²;挠度限 L/150;模压乙烯基酯格栅,E = 10 GPa = 1.0×10⁴ N/mm²;极弯强 ≈ 150 MPa,FOS = 5 → σ_allow = 30 MPa = 30 N/mm²。设计 1 m 宽条。
步 1 许挠度 14 δ_allow = L/150 = 1200/150 = 8 mm 15 16 步 2 由挠度需 I δ = 5 w L⁴ / (384 E I) 17 w = 5 kN/m² × 1 m = 5 N/mm (每 mm 宽?用 SI) 18 w = 5 N/mm ; L = 1200 mm ; E = 10000 N/mm² 19 I_req = 5 w L⁴ / (384 E δ) 20 = 5 × 5 × 1200⁴ / (384 × 10000 × 8) 21 = 5.184e13 / 3.072e7 22 = 1.69e6 mm⁴ 每米宽 ≈ 169 cm⁴/m 23 24 步 3 选截 25 38 mm 模压格栅供 I ≈ 180 cm⁴/m = 1.80e6 mm⁴/m 26 180 > 169 → 挠度 OK(主) 27 28 步 4 验实挠度 29 δ = 5 × 5 × 1200⁴ / (384 × 10000 × 1.80e6) 30 = 5.184e13 / 6.912e12 = 7.5 mm < 8 mm ✓ 31 32 步 5 查强 33 Mmax = w L² / 8 = 5 × 1200² / 8 = 900,000 N·mm 每米 34 Z_req = Mmax / σ_allow = 900000 / 30 = 30,000 mm³ = 30 cm³/m 35 38 mm 模压供 Z ≈ 95 cm³/m >> 30 ✓ (强非主)
果:38 mm 模压乙烯基酯格栅 5 kN/m² 跨 1.2 m。挠度(7.5 mm 对许 8 mm)主;强远低许。更刚「人群」要(L/200),δ_allow 降 6 mm 且截须升向 50 mm。
保设计有效的详则
- 支承承长:端承应供至少 50 mm (2 in) 承于钢或 FRP 支承避局部压碎/冲剪。
- 夹距:每支承每条形一夹;典型沿支承 ≤ 300 mm 间距,配每板角一夹。
- 边况:无支撑板边应限长;长自由边独立垂需边框。
- 热胀:FRP 胀约钢 2–3×;长跑用槽孔或胀夹避屈曲。
五错避
| 错 | 果 | 修 |
|---|---|---|
| 承条平行跨 | 板弱向承载;大挠/败 | 条向横跨 |
| 忽挠度,仅查强 | 弹甲板,连接过载 | 施 L/100–L/200 限 |
| 承支承不足 | 端局部冲剪 | ≥ 50 mm 承,边框 |
| 无热胀容 | 板夏屈曲 | 槽孔/胀夹 |
| 未查集中载 | 轮/脚点载败条 | 查线/集中载表 |
结论
设计 FRP 格栅为刚限复合梁,非薄钢板。承条向横跨,施 ZeAllgrate 合安全系 4:1–5:1 于极,让挠度(标准 L/150、敏感 L/200)先选厚——然后确认强。详支承、夹与热胀缝如条本身般慎。
参考
- 行业模压格栅技术目录(厂数据)——载/跨与截面数。厂技术数据可索。
- 行业拉挤格栅技术手册(厂数据)——公制截面性、ASTM D7290 设计值法。厂技术数据可索。
- ZeAllgrate——工程师/设计师指南(ACMA)——安全系、挠度限、连接实践。
- 工业格栅载跨表(厂数据)——拉挤 I/T 条性与轮载跨。厂技术数据可索。
- ASTM D638(拉)、D790(弯)、D695(压)、D732(冲剪);OSHA 29 CFR 1910.23;ISO 14122(固定机械通道)。
载组合与主况
设计从载集起,非从表起:恒载(板本身)、活载(行人、设备、保养工具)与偶发况(外露甲板风、适用处震、落载)。均布活载对均布表查;任点载——轮、泵基、梯脚——对集中表查,主况是需较大截者。实操中集中况主多单跨走道,此即载/跨表呈两列且跳集中查是最常见设计错之由。
挠度为何控 FRP 设计
FRP 弹模约钢 1/20,故过强查截通常先败挠度限。设计果是 FRP 按刚选:截选使设计载下垂在所选限内(走道 L/200、少走平台 L/150),强查变确认非驱动。载/跨表故为挠度限值,所用限述于表——恒按你项目限读表。
承、支承与边况
- 承条向——承条沿跨,横跨支承;图上相应向板。
- 支承况——表设简支配板全承每支承;验所指定跨坐宽。
- 承长——支承供全条坐;部分坐降容并集中应。
- 开孔——开孔断承条;另验余截并按切指南边。
- 固件——固件传载不刚夹板;带隙夹容表设热移。
- 承条向——承条沿跨,横跨支承;图上相应向板。
- 支承况——表设简支配板全承每支承;验所指定跨坐宽。
- 承长——支承供全条坐;部分坐降容并集中应。
- 开孔——开孔断承条;另验余截并按切指南边。
- 固件——固件传载不刚夹板;带隙夹容表设热移。
