特重六軸拖掛車等效均布活荷載的計算方法

劉建強 趙傳瑩 宮立寶

(1.大連市建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116021; 2.中國建筑第八工程局有限公司，遼寧 大連 116021)

特重六軸拖掛車等效均布活荷載的計算方法

劉建強1趙傳瑩2宮立寶2

(1.大連市建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116021; 2.中國建筑第八工程局有限公司，遼寧 大連 116021)

介紹了特重六軸拖掛車的規(guī)格，從輪壓擴散與樓面等效均布活荷載兩方面，分析計算了特重六軸拖掛車的等效均布活荷載，可為施工單位計算地庫頂板結(jié)構(gòu)的模板支架系統(tǒng)提供荷載依據(jù)。

特重六軸拖掛車，等效均布活荷載，雙向板樓蓋，覆土厚度

由于消防車荷載本身較大，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、層高與經(jīng)濟性影響顯著，GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[1]提供了單向板樓蓋(板跨不小于2 m)和雙向板樓蓋(板跨不小于3 m×3 m)、雙向板樓蓋(板跨不小于6 m×6 m)和無梁樓蓋(柱網(wǎng)不小于6 m×6 m)的消防車樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為35 kN/m2,20 kN/m2。2011年范重等[2]主要研究了滿載總重為300 kN消防車在跨度為2 m～4 m的單向板與跨度為3 m～6 m的雙向板條件下的等效均布活荷載取值，主要考慮了消防車臺數(shù)、樓板跨度、板長寬比、覆土厚度等因素的影響；2016年王明等[3]針對高噸位(63 t)登高消防車在不同的車型組合、不同的著地位置、不同的覆土深度等工況下的均布活荷載進行了研究，得到了63 t級消防車在正常行駛和展開撲救時的等效均布活荷載計算值。在實際工程中運輸鋼筋的車輛荷載遠遠超出消防車荷載，滿載總重在1 000 kN左右，當(dāng)?shù)叵萝噹旆秶^大、鋼筋加工區(qū)布置在地庫頂板上、塔吊不能覆蓋臨近道路時，鋼筋運輸車會開上地庫頂板。本文針對1 000 kN左右的特重六軸拖掛車在雙向板樓蓋(板跨8.4 m×8.4 m)、不同覆土厚度(0 m～3 m)工況下的等效均布活荷載進行了研究，可為施工單位計算地庫頂板結(jié)構(gòu)的模板支架系統(tǒng)提供荷載依據(jù)。

1 特重六軸拖掛車規(guī)格

根據(jù)文獻[4]，運輸鋼筋、水泥等建筑材料的拖掛車為特重六軸拖掛車，滿載總重為992.5 kN，其平面及輪壓作用尺寸如圖1所示，圖中0.6 m輪壓寬度表示兩個并列的車輪寬度加上車輪間凈距[3]，其軸距(m)及軸載重量(kN)如圖2所示，前軸重分別為69.6 kN，176.3 kN，177.5 kN，后軸重分別為182.9 kN，186.1 kN，200.1 kN，后輪數(shù)量及軸重均大于前輪，需要重點計算后輪對樓面的影響，為了研究方便，取后輪三個軸重均為190 kN，間距為1.2 m，后輪三軸總重P=570 kN。

2 輪壓擴散計算

對板上有覆土的拖掛車活荷載，可考慮覆土的影響，在原輪

壓作用范圍的基礎(chǔ)上，以擴散后的作用范圍按等效均布方法確定活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)覆土足夠厚時，汽車輪壓通過土層的擴散和重疊，達到在某一平面近似均勻分布時，汽車輪壓荷載可按均布活荷載考慮。輪壓經(jīng)覆土擴散后的受力面積邊長按式(1)，式(2)計算：

bcx=btx+2stanθ+h

(1)

bcy=bty+2stanθ+h

(2)

其中，bcx，bcy分別為輪壓作用的寬度和長度；btx，bty分別為輪壓著地面積的寬度(0.2 m)和長度(0.6 m)；s為覆土厚度；θ為輪壓在覆土和混凝土中的擴散角，擴散角在覆土中按35°考慮，在混凝土中按45°考慮；h為樓板厚度，一般車庫頂板厚度為h=250 mm。單輪壓力P=570 kN作用下的輪壓擴散應(yīng)力q為:

q=P/bcxbcy。

由于后輪三軸輪胎間距固定，經(jīng)過一定厚度覆土擴散后，輪壓擴散作用面積發(fā)生重疊[2]，如圖3所示。

由式(1)和式(2)可以求得不同的覆土厚度條件下單個輪壓擴散尺寸和壓強，詳見表1。由圖1特重六軸拖掛車平面尺寸可知，對于板格跨度為8.4 m的雙向板，只考慮一臺拖掛車時，前輪和后輪不能同時在板格范圍內(nèi)，故可以只考慮后輪三軸輪壓在雙向板內(nèi)疊加。在不同覆土厚度時后輪三軸輪壓影響范圍如圖4所示，其中①表示1倍輪壓，②表示2倍輪壓，③表示3倍輪壓，④表示4倍輪壓，⑤表示5倍輪壓，⑥表示6倍輪壓。

表1 不同覆土厚度條件下單個輪壓擴散尺寸和壓強

覆土厚度/mbcx/mbcy/m輪壓/kN·m-200.450.854970.51.151.551071.01.852.25461.52.552.95252.03.253.65162.53.954.35113.04.655.058注:考慮到覆土對減輕動力效應(yīng)有一定的有利作用,本文不考慮汽車的動力效應(yīng)

當(dāng)覆土厚度不大于0.5 m時，后輪三軸輪壓相互之間沒有影響，當(dāng)覆土厚度等于1 m時，后輪三軸輪壓影響范圍相互重疊，在六個后輪輪壓之間最多重疊4次，當(dāng)覆土厚度為1.5 m～3 m時，六個后輪輪壓之間最多重疊6次。

3 樓面等效均布活荷載的確定方法

按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1]附錄C，雙向板的等效均布活荷載可按四邊簡支板的絕對最大彎矩等值來確定，即按局部荷載作用下簡支雙向板的跨中彎矩Mmax與等效均布活荷載qe(滿布)作用

下簡支雙向板的跨中彎矩Memax相等的原則，求出qe的數(shù)值。

計算等效均布活荷載qe(滿布)作用下簡支雙向板的跨中彎矩Memax時，可先通過查《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊(第二版)》[5]表4-16求得正方形雙向板四邊簡支、泊松比μ=0的彎矩系數(shù)β=0.036 8，由此可得μ=0時的跨內(nèi)彎矩為：M=βqel2。

當(dāng)μ≠0時，其跨中彎矩為：Memax=Mμ=M(1+μ)=βqel2(1+μ)。

局部荷載作用下簡支雙向板的跨中彎矩Mmax可通過有限元由計算軟件求得，由Mmax=Memax求得等效均布活荷載為:

本文采用有限元軟件midasgen根據(jù)不同覆土厚度時后輪三軸輪壓影響范圍計算了拖掛車后輪三軸局部荷載作用下簡支雙向板的跨中彎矩Mmax，其中，樓板厚度為0.25m，板格跨度為8.4m，考慮了覆土厚度為0m～3m的情況。8.4m板跨雙向板在三軸輪壓(P=570kN)作用下的最大彎矩、等效均布活荷載、折減系數(shù)見表2。由表2可知，隨著覆土的增加，8.4m板跨雙向板在三軸輪壓(P=570kN)作用下的最大彎矩逐漸減小，等效均布活荷載和折減系數(shù)相應(yīng)減小，且1 000kN左右的特重六軸拖掛車與300kN消防車的樓面等效荷載不呈線性比例分布，故在施工計算中既不能直接套用消防車的樓面等效荷載，也不能根據(jù)施工車輛總重與消防車總重的比值進行等比例放大，需要根據(jù)實際施工車輛的總重、軸距及軸載重量具體分析計算。

表2 三軸輪壓(P=570 kN)作用下

4 結(jié)語

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》僅給出了滿載總重為300 kN消防車的樓面等效均布活荷載，對于1 000 kN左右特重拖掛車的等效均布活荷載沒有明確規(guī)定，通過對1 000 kN左右的特重六軸拖掛車在雙向板樓蓋(板跨8.4 m×8.4 m)不同覆土厚度(0 m～3 m)工況下的等效均布活荷載計算，為施工單位計算地庫頂板結(jié)構(gòu)的模板支架系統(tǒng)提供了荷載依據(jù)。

[1] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] 范 重，鞠紅梅，彭中華.消防車等效均布活荷載取值研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2011,41(3)：1-6.

[3] 王 明，唐笑一，衛(wèi)江華，等.高噸位消防車等效荷載取值研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2016,46(8):28-32.

[4] 趙建峰.多地域公路橋梁常規(guī)車輛及特重車荷載研究[D].西安：長安大學(xué),2014.

[5] 《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》編寫組.建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.

Calculation method for equivalent uniform live load of special heavy six axle trailer

Liu Jianqiang1Zhao Chuanying2Gong Libao2

(1.DalianArchitecturalDesign&ResearchCo.,Ltd,Dalian116021,China;2.ChinaConstructionEighthEngineeringDivision.Co.,Ltd,Dalian116021,China)

The paper introduces special heavy six axle trailer specifications, analyzes and calculates equivalent uniformly distributed live load of special heavy six axle trailer from two aspects of wheel loading diffusion and slab equivalent uniformly distributed live load, which has provided some guidance for construction units to calculate template support system of basement roof structure.

special heavy six axle trailer, equivalent uniformly distributed live load, two-way slab, thickness of covering soil

1009-6825(2017)01-0067-02

2016-10-25

劉建強(1983- )，男，工程師； 趙傳瑩(1984- )，男，工程師； 宮立寶(1969- )，男，高級工程師

TU312

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