一种施工防护棚顶面冲击荷载转换为静力荷载的方法

1.本发明属于土木工程领域，涉及一种施工防护棚顶面冲击荷载转换为静力荷载的方法。


背景技术：

2.在建筑施工现场，防护棚属于较为常见的安全防护设施，目的是保证施工人员和重要机械设备的安全，避免出现高空坠物等引发的安全事故；随着社会的发展，各省都相继出台了相应的技术标准及规范，规定了在建筑物坠落半径内、特定人员活动区域以及重要设备区域必须设置防护棚；此外，规范对防护棚的防护能力及荷载组合做出了明确的规定，安全防护设施越来越正规化。
3.然而在防护棚的设计中，如何保证其顶面在相应的冲击荷载作用下仍能达到相应的强度和刚度要求，一直是防护棚设计的重点和难点问题；部分省市出台的防护设施标准及规范仅仅包括自重荷载、静荷载及活荷载的相关规定，并没有对于冲击荷载的相关规定，此外，由于目前的施工防护棚大多为两层防护结构，当冲击能量过大时可能出现的击穿防护棚顶面第一层防护板的情况，如何计算此时的冲击荷载并使其转化成静力荷载，目前依旧没有较为可靠的计算方法，因此针对防护棚的设计方法存在较大的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对施工防护棚顶面在冲击荷载作用下的计算问题，提供了一种施工防护棚顶面冲击荷载转换为静力荷载的方法。
5.本发明通过以下技术方案予以实现：
6.步骤一：根据公式(4)计算冲击物自重以静荷载的方式引起的冲击点沿冲击方向的静位移δ
st
：
7.冲击物自重以静荷载的方式在接触面上产生的均布荷载为：
[0008][0009]
式中：q为冲击物自重以静荷载的方式在接触面上产生的均布荷载，m为冲击物的质量，g为重力加速度，a为冲击物与防护棚顶面的接触面积；
[0010]
冲击物自重以静荷载的方式引起体系的弯矩公式为：
[0011][0012]
式中：m为冲击物自重以静荷载的方式引起体系的弯矩，x为防护棚顶面单块材料计算点与左侧铰接点的距离，l为防护棚顶面单块材料的跨度，a为冲击物与防护棚顶面接触面沿单块材料的跨度方向上的长度；
[0013]
则冲击物自重以静荷载的方式引起体系的挠度公式为：
[0014][0015]
式中：f为冲击物自重以静荷载的方式引起体系的挠度，e为防护棚顶面材料的弹性模量，i为防护棚顶面截面惯性矩；
[0016]
冲击物自重以静荷载的方式引起的冲击点沿冲击方向的静位移δ
st
为：
[0017][0018]
步骤二：根据公式(9)、(10)计算冲击物在不同截面上造成的冲击荷载：
[0019]
能量守恒公式：
[0020]
mg(h+s)+mgδ
d2
＝0.5q
d1
aωαβ+0.5q
d2
aδ
d2
α
ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]
式中：h为冲击物距离防护棚顶面的高度，s为防护棚顶面两层防护板的层间距，δ
d2
为冲击荷载引起的防护棚顶面第二层防护板处冲击点沿冲击方向的位移，q
d1
为冲击物在防护棚顶面第一层防护板处引发的冲击均布荷载，ω为顶面铺设材料在正常使用状态下的最大挠度值，木材取跨度的1/250，钢材取跨度的1/150，α为挠度放大系数，铺设材料为木材时取1.4，铺设材料为钢材时取2，β为面积放大系数，q
d2
为冲击物在防护棚顶面第二层防护板处引发的冲击均布荷载；
[0022]
引入防护棚顶面材料的弹性变形关系：
[0023][0024]
联立上两式，可得：
[0025][0026]
解得动荷因数k
d2
为：
[0027][0028]
则冲击荷载为：
[0029][0030][0031]
步骤三：根据公式(11)将冲击荷载转换为静力荷载：
[0032][0033]
式中：qh为转换后的静力荷载，qd为冲击荷载。
[0034]
本发明的有益效果：针对施工防护棚顶面在被冲击物击穿第一层防护板后如何计算冲击荷载并将冲击荷载转换为静力荷载的问题，合理的提出了一种施工防护棚顶面冲击荷载转化为静力荷载的计算方法，为弥补防护棚在设计过程中未将冲击荷载纳入荷载作用与荷载组合的问题，提供了理论指导，对保证防护棚在冲击荷载作用下的防护能力，提升防
护棚的整体安全性，提供了科学有效的计算方法。
附图说明
[0035]
图1是本发明实施例施工防护棚的顶面布置图；
[0036]
图2是本发明实施例模型简化图；
[0037]
图3是本发明实施例施工防护棚的顶面单层剖面图。
[0038]
图中：1框架，2龙骨，3铺装材料，4坠物。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明。
[0040]
实施例
[0041]
一种施工防护棚顶面冲击荷载转换为静力荷载的方法，其特征在于，防护棚顶面防护板共两层，由木板或钢板等材料满铺组成，并与防护棚钢框架共同组成防护棚的完整结构，某建筑施工现场采用10mm
×
1000mm普通钢板作为叠合板顶面铺设材料，满铺于防护棚顶部龙骨之上，材料截面惯性矩i为83333mm4，弹性模量e为206000n/mm2，防护棚共3跨，间距均为1500mm，面积放大系数β取9，防护棚顶面防护板之间的层间距为600mm；一坠物质量为10kg，横向截面为300mm
×
300mm，自距离防护棚顶面10m高度无初速度落下，重力加速度g为9.80m/s2，经过自由落体运动，坠落至施工防护棚上，坠点为防护棚顶面中点位置。
[0042]
一种施工防护棚顶面冲击荷载转换为静力荷载的方法，包括如下步骤：
[0043]
步骤一：计算冲击物自重以静荷载的方式引起的冲击点沿冲击方向的静位移δ
st
：
[0044]
冲击物自重以静荷载的方式在接触面上产生的均布荷载为：
[0045][0046][0047]
步骤二：计算冲击物在不同防护板上造成的冲击荷载：
[0048]
解得动荷因数k
d2
为：
[0049][0050]
则冲击荷载为：
[0051][0052][0053]
步骤三：将冲击荷载转换为静力荷载：
[0054]
[0055][0056]
上述虽然结合附图对本发明的具体计算方法进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明设计方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种施工防护棚顶面冲击荷载转换为静力荷载的方法，其特征在于，防护棚顶面防护板共两层，由木板或钢板等材料满铺而成，并与防护棚钢框架共同组成防护棚的完整结构，具体步骤如下：步骤一：根据公式(4)计算冲击物自重以静荷载的方式引起的冲击点沿冲击方向的静位移δ
st
：冲击物自重以静荷载的方式在接触面上产生的均布荷载q为：式中：m为冲击物的质量，g为重力加速度，a为冲击物与防护棚顶面的接触面积；冲击物自重以静荷载的方式引起体系的弯矩公式为：式中：m为冲击物自重以静荷载的方式引起体系的弯矩，x为防护棚顶面单块材料计算点与左侧铰接点的距离，l为防护棚顶面单块材料的跨度，a为冲击物与防护棚顶面接触面沿单块材料的跨度方向上的长度；则冲击物自重以静荷载的方式引起体系的挠度公式为：式中：f为冲击物自重以静荷载的方式引起体系的挠度，e为防护棚顶面材料的弹性模量，i为防护棚顶面截面惯性矩；冲击物自重以静荷载的方式引起的冲击点沿冲击方向的静位移δ
st
为：步骤二：根据公式(9)、(10)计算冲击物在不同截面上造成的冲击荷载：能量守恒公式：mg(h+s)+mgδ
d2
＝0.5q
d1
aωαβ+0.5q
d2
aδ
d2
α
ꢀꢀꢀꢀ
(5)式中：h为冲击物距离防护棚顶面的高度，s为防护棚顶面两层防护板的层间距，δ
d2
为冲击荷载引起的防护棚顶面第二层防护板处冲击点沿冲击方向的位移，q
d1
为冲击物在防护棚顶面第一层防护板处引发的冲击均布荷载，ω为顶面铺设材料在正常使用状态下的最大挠度值，木材取跨度的1/250，钢材取跨度的1/150，α为挠度放大系数，β为面积放大系数，q
d2
为冲击物在防护棚顶面第二层防护板处引发的冲击均布荷载；引入防护棚顶面材料的弹性变形关系：联立上两式，可得：解得动荷因数k
d2
为：
则冲击荷载为：则冲击荷载为：步骤三：根据公式(11)将冲击荷载转换为静力荷载：式中：q
h
为转换后的静力荷载，q
d
为冲击荷载。

技术总结
本发明属于土木工程领域，涉及一种施工防护棚顶面冲击荷载转化为静力荷载的计算方法。其特征在于，防护棚顶面防护板共两层，由木板或钢板等材料满铺而成，并与防护棚钢框架共同组成防护棚的完整结构。通过对冲击过程中的能量守恒以及防护棚顶面弹性变形关系，推导出防护棚顶面冲击荷载的计算公式，并进一步提出将冲击荷载转化为静力荷载的方法。本发明通过将冲击荷载转换为静力荷载，可为防护棚的荷载组合设计提供理论支撑，进而提升防护棚在应对高空坠物等危急情况下的防护能力，更好的保障施工现场工人的生命安全。工现场工人的生命安全。工现场工人的生命安全。


技术研发人员：郁有升 孔繁哲 王卫国
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/25