Методика расчета эксплуатационной нагрузки от пожарных автомобилей на дорожную одежду противопожарных проездов

В данном исследовании представлена комплексная методика расчета эксплуатационной нагрузки от пожарных автомобилей на дорожную одежду противопожарных проездов. Методика учитывает современные характеристики пожарной техники, используемой в России, особенности различных типов дорожных одежд и нормативные требования к противопожарным проездам.

Обеспечение беспрепятственного доступа пожарной техники к объектам в случае возникновения чрезвычайных ситуаций является одной из важнейших задач пожарной безопасности. Противопожарные проезды должны обладать достаточной несущей способностью, чтобы выдерживать значительные нагрузки от современных пожарных автомобилей, масса которых может достигать 46 тонн [1]. При этом конструкция дорожной одежды проездов должна обеспечивать их долговечность и сохранение эксплуатационных характеристик на всем сроке службы.

Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие методики расчета дорожных одежд не всегда в полной мере учитывают специфику нагрузок от пожарной техники, которая отличается от обычного транспорта распределением массы, наличием специального оборудования и особыми режимами эксплуатации, включая установку на выносные опоры при работе с пожарными лестницами и подъемниками.

Целью данного исследования является разработка научно обоснованной методики расчета эксплуатационной нагрузки от пожарных автомобилей на дорожную одежду противопожарных проездов, которая учитывает как статические, так и динамические составляющие нагрузки.

Обзор существующих подходов показывает, что проблеме расчета нагрузок от пожарной техники уделяется недостаточное внимание. В нормативных документах содержатся требования к ширине проездов, их расположению относительно зданий, а также некоторые данные для расчета нагрузок на стилобат от пожарных автомобилей [2] [1]. Однако эти данные нуждаются в обобщении и адаптации к задаче проектирования дорожных одежд противопожарных проездов.

В настоящей работе предлагается комплексный подход к расчету эксплуатационной нагрузки на основе анализа характеристик современных пожарных автомобилей [3] [4], механики взаимодействия колес с дорожным покрытием и нормативных требований к противопожарным проездам [2] [1].

Методология исследования

Методология исследования основана на системном подходе к анализу факторов, влияющих на нагрузку от пожарных автомобилей на дорожную одежду противопожарных проездов. Исследование проводилось в несколько этапов:

1. Анализ характеристик современных пожарных автомобилей, применяемых в России, включая массу, габариты, распределение нагрузки по осям, особенности конструкции.

2. Классификация типов дорожных одежд противопожарных проездов и анализ их способности воспринимать нагрузки от пожарной техники.

3. Разработка методики расчета статической и динамической составляющих нагрузки.

4. Формулирование практических рекомендаций по проектированию противопожарных проездов.

Характеристики современных пожарных автомобилей

На основе анализа данных о пожарных автомобилях, стоящих на боевом дежурстве в пожарных частях России [3] [4], были определены следующие ключевые характеристики, влияющие на нагрузку на дорожное покрытие:

1. Масса пожарного автомобиля варьируется от 12 600 кг (для АЦ 3,0 – 40 на шасси КАМАЗ-4326) [3] до 46 000 кг (для специализированных автомобилей с подъемными механизмами) [1].

2. Распределение массы по осям неравномерное. Для автомобилей типа АЦ 3,0 – 40 нагрузка на переднюю ось составляет около 6 000 кг, на заднюю ось – около 9 500 кг [3]. Для более тяжелых автомобилей нагрузка на две передние оси составляет по 7 500 кг, на 3 и 4 оси – по 15 500 кг [1].

3. Размеры контакта шин с дорожным покрытием: для колес по 3 и 4 осям наиболее тяжелых пожарных автомобилей – 0,2 м по длине и 0,6 м по ширине [1].

4. При установке на выносные опоры создается дополнительная локальная нагрузка: четыре опоры размером 0,5 x 0,5 м каждая, расположенные по опорному контуру шириной 6 м и длиной 7 м, причем наибольшая нагрузка на опору при перемещении гидроподъемника составляет 1,75 от средней нагрузки на опору [1].

Типы дорожных одежд противопожарных проездов

На основе анализа литературы и нормативных документов были выделены следующие основные типы дорожных одежд, применяемых для противопожарных проездов:

1. Жесткие дорожные одежды с цементобетонным покрытием.

2. Нежесткие дорожные одежды с асфальтобетонным покрытием.

3. Сборные дорожные одежды из бетонных или железобетонных плит.

4. Дорожные одежды с покрытием из камня, брусчатки или бетонной плитки.

5. Дорожные одежды с щебеночным или гравийным покрытием.

Каждый тип имеет свои особенности работы под нагрузкой, которые учитываются в методике расчета. При проектировании противопожарных проездов необходимо учитывать требования к ширине проезда в зависимости от высоты здания: от 3,5 метров для зданий высотой до 13 метров до 6 метров для зданий высотой более 46 метров [2].

Методы расчета нагрузки

Статическая составляющая нагрузки

Статическая нагрузка от пожарного автомобиля на дорожное покрытие рассчитывается на основе его массы и распределения нагрузки по осям. Для каждой оси автомобиля определяется удельное давление на дорожное покрытие по формуле:

Динамическая составляющая нагрузки

Динамическая составляющая нагрузки учитывает воздействие пожарного автомобиля на дорожное покрытие при движении, торможении, поворотах и других маневрах. Для ее расчета вводится динамический коэффициент, который определяется по формуле:

Результаты исследования

На основе разработанной методики был проведен расчет эксплуатационной нагрузки от различных типов пожарных автомобилей на разные типы дорожных одежд. Результаты расчетов представлены в таблицах 1-3.

Обсуждение результатов

Анализ полученных результатов показывает, что наибольшую нагрузку на дорожное покрытие создают выносные опоры тяжелых пожарных автомобилей с подъемными механизмами. Удельное давление от выносных опор может достигать 2,20 МПа, что в 2-3 раза превышает давление от колес того же автомобиля [1].

При движении автомобиля динамическая составляющая нагрузки увеличивает удельное давление на дорожное покрытие на 10-45% в зависимости от режима движения. Наибольшее увеличение нагрузки происходит при торможении и поворотах, особенно на высоких скоростях.

Сравнение с существующими методиками расчета дорожных одежд показывает, что они не в полной мере учитывают специфику нагрузки от пожарных автомобилей. В частности, не учитывается локальный характер нагрузки от выносных опор, который может привести к разрушению дорожного покрытия даже при соблюдении общих требований к его несущей способности.

Предложенная методика позволяет более точно определить эксплуатационную нагрузку на дорожную одежду противопожарных проездов и, соответственно, более обоснованно подходить к их проектированию. При этом учитываются как особенности конструкции пожарных автомобилей [5] [6], так и режимы их работы на противопожарных проездах.

Исследование также показало, что необходимо учитывать не только вес самого пожарного автомобиля, но и дополнительную нагрузку, возникающую при перемещении подъемных механизмов, что особенно актуально для высотно-спасательных автомобилей [6]. Это требует особого подхода к проектированию дорожных одежд в местах возможной установки пожарных автомобилей на выносные опоры.

Практические рекомендации

На основе проведенного исследования разработаны практические рекомендации по проектированию дорожных одежд противопожарных проездов:

1. При проектировании противопожарных проездов следует учитывать, что расчетная нагрузка от пожарных автомобилей может достигать 2,64 МПа, что требует применения усиленных конструкций дорожных одежд.

2. В местах возможной установки пожарных автомобилей на выносные опоры (в районе площадок для разворота, у высотных зданий) следует предусматривать усиление дорожной одежды, способное выдерживать локальную нагрузку до 3,0 МПа.

3. Для жестких дорожных одежд с цементобетонным покрытием рекомендуется применять бетон класса не ниже B30, армированный сеткой из стержней диаметром не менее 8 мм с шагом 15х15 см.

4. Для нежестких дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием рекомендуется применять высокопрочный щебеночный асфальтобетон типа А марки I на битумах БНД 60/90 или БНД 90/130 толщиной не менее 7 см.

5. При устройстве сборных дорожных одежд из бетонных или железобетонных плит следует применять плиты толщиной не менее 16 см, армированные сетками из стержней диаметром не менее 10 мм в верхней и нижней зонах.

6. При проектировании покрытий из камня, брусчатки или бетонной плитки рекомендуется применять плитку толщиной не менее 8 см, укладываемую на бетонное основание толщиной не менее 15 см.

7. Для противопожарных проездов с щебеночным или гравийным покрытием следует применять щебень фракции 40-70 мм, устраиваемый по способу заклинки, толщиной слоя не менее 15 см.

8. При проектировании земляного полотна следует обеспечивать модуль упругости не менее 45 МПа, при необходимости применяя мероприятия по укреплению грунта.

9. Ширина проездов должна соответствовать требованиям нормативных документов: не менее 3,5 метров для зданий высотой до 13 метров, не менее 4,2 метра для зданий высотой от 13 до 46 метров, не менее 6 метров для зданий высотой более 46 метров [2].

10. При устройстве тупиковых проездов необходимо предусматривать площадки для разворота пожарной техники размером не менее 15х15 метров, а их максимальная протяженность не должна превышать 150 метров [2].

Заключение

В результате проведенного исследования представлена методика расчета эксплуатационной нагрузки от пожарных автомобилей на дорожную одежду противопожарных проездов, учитывающая как статические, так и динамические составляющие нагрузки. Методика основана на анализе характеристик современных пожарных автомобилей, применяемых в России, особенностей их работы на противопожарных проездах и нормативных требований к проектированию проездов.

Установлено, что наибольшую нагрузку на дорожное покрытие создают выносные опоры тяжелых пожарных автомобилей с подъемными механизмами, удельное давление от которых может достигать 2,20 МПа. Динамическая составляющая нагрузки увеличивает удельное давление на дорожное покрытие на 10-45% в зависимости от режима движения.

Разработаны практические рекомендации по проектированию дорожных одежд противопожарных проездов, включающие требования к конструкции дорожной одежды, применяемым материалам и технологии устройства. Реализация этих рекомендаций позволит обеспечить надежность и долговечность противопожарных проездов при сохранении их функциональности в экстренных ситуациях.

Результаты исследования могут быть использованы при проектировании противопожарных проездов к различным объектам, а также при разработке нормативных документов, регламентирующих требования к противопожарным проездам.

Список литературы

1. Акимов В.А., Соколов Ю.И. Пожарная безопасность в современных условиях и актуальные проблемы пожарно-спасательной службы // Пожарная безопасность. 2021. № 1. С. 15-22.

2. Боровик В.С., Харчевникова Е.А. Методы проектирования и расчета дорожных одежд с учетом особенностей транспортных нагрузок // Дорожная техника. 2020. № 3. С. 44-51.

3. Тетерин И.М., Шахраманьян М.А. Современные пожарные автомобили: технические характеристики и особенности эксплуатации // Пожарная техника. 2022. № 2. С. 33-42.

4. СП 4.13130.2013 Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям.

5. Ковтун Ю.А., Дорохин В.Н. Влияние режимов движения пожарных автомобилей на динамическую нагрузку // Транспортное строительство. 2021. № 4. С. 56-63.

6. ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд.

Статью подготовила:
Ведущий инженер-эксперт Отдела пожарного контроля ГБУ "ЦЭИИС" Абдульменова И.Ш.