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白皮书 · 结构设计

FRP 格栅结构载设计——原理、截面性与安全系

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。
载型与设计值

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。

格栅梁理

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。

挠度准则

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。

截面性

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。

算例

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。

连接与支承

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。
常见设计错

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
总结

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。

延伸读

参考

  1. 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。
  2. 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。
  3. ZeAllgrate——工程师/设计师指南(ACMA)——安全系、挠度限、连接实践。
  4. 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。
  5. 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。

发你载况

告跨、活载、挠度限与承条向——ZeAllgrate 回载验截选配配 COA 数。