汽車荷載的簡(jiǎn)化計(jì)算

1、.汽車等效均布荷載的簡(jiǎn)化計(jì)算朱炳寅中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院 （100044）汽車（消防車）輪壓以其荷載數(shù)值大、作用位置不確定及一般作用時(shí)間較短而倍受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者關(guān)注。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題在于汽車輪壓等效均布荷載數(shù)值的確定。輪壓荷載作用位置的不確定性，給等效均布荷載的確定帶來(lái)了相當(dāng)?shù)睦щy，一般情況下，要精確計(jì)算輪壓的等效均布荷載是比較困難的，且從工程設(shè)計(jì)角度看，也沒有必要?！暗刃А焙汀罢蹨p”的本質(zhì)都是“近似”，“等效”和“折減”的次數(shù)越多其誤差就越大。本文推薦滿足工程設(shè)計(jì)精度需要的汽車輪壓等效均布荷載的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，供讀者參考。1. 影響等效均布荷載的主要因素1）跨度等效均布荷載的數(shù)值與構(gòu)件的跨度有直接的

2、關(guān)系，在相同等級(jí)的汽車輪壓作用下，板的跨度越小，則等效均布荷載的數(shù)值越大；而板的跨度越大，則等效均布荷載數(shù)值越小。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意“等效均布荷載”及“效應(yīng)相等”的特點(diǎn)，汽車輪壓荷載具有荷載作用位置變化的特性，是移動(dòng)的活荷載，其最大效應(yīng)的把握困難，且效應(yīng)類型（彎矩、剪力等）的不同，等效均布荷載的數(shù)值也不相同，等效的過(guò)程就是一次近似的過(guò)程。2）動(dòng)力系數(shù)汽車荷載屬于動(dòng)力荷載，板頂填土或面層對(duì)汽車動(dòng)力荷載起緩沖和擴(kuò)散作用，板頂覆土或面層太薄時(shí)，一般可不考慮其有利影響。而當(dāng)板頂覆土厚度較大時(shí)，輪壓荷載對(duì)頂板的動(dòng)力影響已經(jīng)不明顯，可取動(dòng)力系數(shù)為1.0。見表1。荷載規(guī)范表4.1.1中給出的車輛荷載，是一種直

3、接作用在樓板上的等效均布荷載，已考慮了動(dòng)力系數(shù)，可直接采用。表1 汽車輪壓荷載傳至樓板及梁的動(dòng)力系數(shù)覆土厚度（m）0.250.300.350.400.450.500.550.600.650.70動(dòng)力系數(shù)1.301.271.241.201.171.141.101.071.041.00注：1. 覆土厚度不為表中數(shù)值時(shí)，其動(dòng)力系數(shù)可按線性內(nèi)插法確定；2當(dāng)直接采用荷載規(guī)范表4.1.1中第8項(xiàng)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，無(wú)需再乘以表中數(shù)值。3）覆土層厚度1）荷載規(guī)范表4.1.1中第8項(xiàng)所規(guī)定的汽車荷載，是輪壓直接作用在樓板上的等效均布荷載。2）結(jié)構(gòu)板面的覆土及面層對(duì)汽車輪壓具有擴(kuò)散作用(車輪壓力擴(kuò)散角，在混凝土中按4

4、5考慮，在土中可按30考慮)，覆土越厚，汽車輪壓擴(kuò)散越充分，當(dāng)覆土層厚度足夠厚，輪壓擴(kuò)散足夠充分時(shí)，汽車輪壓荷載可按均布荷載考慮。當(dāng)覆土層厚度足夠時(shí)，可按汽車在合理投影面積范圍內(nèi)的平均荷重計(jì)算汽車的輪壓荷載，見表2。表2 覆土厚度足夠時(shí)消防車的荷載汽車類型100kN汽車150kN汽車200kN汽車300kN汽車550kN汽車荷載(kN/m2)4.36.38.511.311.4覆土厚度最小值hmin（m）2.52.42.42.32.6足夠的覆土厚度指：汽車輪壓通過(guò)土層的擴(kuò)散、交替和重疊，達(dá)到在某一平面近似均勻分布時(shí)的覆土層厚度。足夠的覆土厚度數(shù)值應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)可靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按后軸輪

5、壓的擴(kuò)散面積不小于按荷重比例劃分的汽車投影面積（圖1）確定相應(yīng)的覆土厚度為hmin，當(dāng)實(shí)際覆土厚度hhmin時(shí)，可認(rèn)為覆土厚度足夠。以300kN級(jí)汽車為例（圖1）：考慮汽車合理間距（每側(cè)600mm）后汽車的投影面積為（8+0.6）（2.5+0.6）=26.66m2后軸輪壓占全車重量的比例為240/300=0.8取后軸輪壓的擴(kuò)散面積為0.826.66=21.33m2根據(jù)后軸輪壓的擴(kuò)散面積不小于按荷重比例劃分的汽車投影面積有：21.33，則：h2.28m，取h=2.3m，此時(shí)可確定為覆土層厚度足夠，車身合理投影范圍內(nèi)的平均重量為300/26.66=11.3 kN/m2圖1 足夠的覆土層厚度計(jì)算示意

6、（單位：m）2. 等效均布荷載的折減1）荷載規(guī)范按跨中彎矩相等的原則進(jìn)行等效荷載的計(jì)算，并將其用于所有的各類構(gòu)件（板、梁、柱和墻等）全部效應(yīng)（彎矩、剪力、軸力等）的設(shè)計(jì)計(jì)算。采用的是按構(gòu)件類型及從屬面積折減的方法。2）對(duì)現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，汽車輪壓荷載在地下結(jié)構(gòu)頂板及頂板梁內(nèi)都有分布和傳遞，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可將輪壓荷載按：樓板次梁主梁的路徑傳遞，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程。樓板傳遞給相應(yīng)支承構(gòu)件（次梁、主梁、柱或墻等）的等效均布荷載應(yīng)按荷載規(guī)范第4.1.2條的要求進(jìn)行相應(yīng)的折減。3）由于等效均布荷載與其效應(yīng)具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，不同效應(yīng)之間的等效均布荷載不同，原則上不能通用。可以發(fā)現(xiàn)，此處的等效均布荷載的折減又是一次更

7、大程度的近似過(guò)程。同時(shí)也再次表明，對(duì)等效均布荷載進(jìn)行所謂精細(xì)計(jì)算是沒有意義的，計(jì)算以滿足工程精度為宜。3. 汽車等效均布荷載的簡(jiǎn)化計(jì)算1）荷載規(guī)范明確規(guī)定了等效均布荷載的計(jì)算原則，但由于消防車輪壓位置的不確定性，實(shí)際計(jì)算復(fù)雜且計(jì)算結(jié)果有時(shí)與規(guī)范數(shù)值出入很大。特殊情況下（如雙向板等），等效均布荷載的計(jì)算結(jié)果明顯不合理，當(dāng)支承情況越復(fù)雜、局部荷載的作用面積越小、板頂面層或覆土層很薄時(shí)，等效均布荷載的數(shù)值偏差幅度越大，因此，應(yīng)注意對(duì)等效均布荷載的比較并合理取值。舉例說(shuō)明如下：某簡(jiǎn)支雙向板，跨度=2m，板厚=150mm，其上作用有300kN級(jí)消防車，已知后軸輪壓P=60kN，輪壓著地面積為0.20.6

8、m，動(dòng)力系數(shù)1.3，板頂面混凝土面層=100mm厚求。解：考慮板頂混凝土面層對(duì)輪壓的擴(kuò)散作用，在混凝土內(nèi)的輪壓擴(kuò)散角按45考慮(見圖2)，查建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)（第二版）表4-29，=0.2+20.1=0.4m，=0.6+20.1=0.8m，=0.4/2=0.2，=0.8/2=0.4，考慮動(dòng)力系數(shù)后=1.360/(0.40.8)=244 kN/m2簡(jiǎn)支雙向板的絕對(duì)最大彎矩2440.40.8=11.2 kN.m，2440.40.8=9.18 kN.m=11.2 kN.m，取=11.2 kN.m簡(jiǎn)支雙向板在等效均布荷載作用下的跨中彎矩值查建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)（第二版）表4-16，=0.0368=0

9、.1472則，11.2/0.1472=76 kN/m2，比規(guī)范給定的簡(jiǎn)支單向板等效均布荷載值（35 kN/m2）還大，明顯不合理。圖2 簡(jiǎn)支雙向板在汽車輪壓作用下的等效均布荷載計(jì)算2）為避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，實(shí)際工程中可按線性關(guān)系確定等效均布荷載的數(shù)值。為方便設(shè)計(jì)，此處提供在消防車（300kN級(jí)）輪壓作用下，滿足工程設(shè)計(jì)精度要求的等效荷載計(jì)算表，供設(shè)計(jì)者選擇使用。（1）不同板跨時(shí)，雙向板等效均布荷載見表3。表3 消防車輪壓直接作用下雙向板的等效均布荷載板跨（m）2.02.53.03.54.04.55.05.56.0等效均布荷載(kN/m2)35.033.131.329.427.525.623.8

10、21.920.0（2）不同覆土厚度時(shí)，消防車輪壓等效均布荷載的調(diào)整系數(shù)，按表4確定。表4 消防車輪壓作用下，不同覆土厚度時(shí)的等效均布荷載調(diào)整系數(shù)覆土厚度（m）0.250.500.751.001.251.501.752.002.50調(diào)整系數(shù)1.000.920.830.750.660.580.490.410.32（3）綜合考慮板跨和不同覆土層厚度時(shí)，消防車輪壓等效均布荷載見表5、6。表5 消防車輪壓作用下單向板的等效均布荷載值(kN/m2)板跨（m）覆土厚度（m）0.250.500.751.001.251.501.752.002.50235.032.029.126.123.220.217.214.

11、311.3表6 消防車輪壓作用下雙向板的等效均布荷載值(kN/m2)板格的短邊跨度（m）覆土厚度（m）0.250.500.751.001.251.501.752.002.502.035.032.029.126.123.220.217.214.311.32.533.130.427.724.922.219.516.814.011.33.031.328.826.323.821.318.816.313.811.33.529.427.124.922.620.318.115.813.611.34.027.525.523.521.419.417.415.413.311.34.525.623.822.020.318.516.714.913.111.35.023.822.220.619.117.516.014.412.911.35.521.920.619.217.916.615.314.012.611.36.020.018.917.816.715.714.613.512.411.34. 結(jié)論1）汽車的等效均布荷載與板跨、覆土層厚度等密切相關(guān)；