周?chē)?guó)偉，朱祖敬

（1、廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510507；2、廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 廣州 510620）

0 引言

文獻(xiàn)［1］中的客車(chē)停車(chē)庫(kù)及車(chē)道的活荷載僅考慮由小轎車(chē)、吉普車(chē)、小型旅行車(chē)的車(chē)輪局部荷載及其他必要的維修設(shè)備荷載，對(duì)于特殊車(chē)輛荷載的等效均布活荷載問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者已進(jìn)行了較多研究，研究重點(diǎn)主要針對(duì)消防車(chē)荷載［2-4］。文獻(xiàn)［2-3］分別研究了30 t及78 t的重型消防車(chē)在不同覆土厚度下的等效均布活荷載；文獻(xiàn)［4］針對(duì)地下空間頂板用于主干道時(shí)的等效車(chē)輛荷載進(jìn)行了研究；范重等人［5］對(duì)小型客車(chē)停車(chē)庫(kù)在多種柱網(wǎng)尺寸下的均布活荷載取值進(jìn)行了研究；趙建峰［6］對(duì)河北、上海、浙江3 個(gè)地區(qū)的特重車(chē)荷載參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

近年來(lái)，在物流樞紐基建項(xiàng)目中，出于貨物調(diào)度的需求，出現(xiàn)了貨車(chē)停車(chē)樓這一業(yè)態(tài)。貨車(chē)按載重量大小可分為輕卡、中卡、重卡幾種類(lèi)型，每種類(lèi)型的貨車(chē)尺寸及載重參數(shù)均不相同，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值時(shí)，需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。其中，重型貨車(chē)停車(chē)庫(kù)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①超長(zhǎng)車(chē)身（通常為12 m）導(dǎo)致結(jié)構(gòu)柱距遠(yuǎn)超常規(guī)停車(chē)庫(kù)；②輪壓與樓板直接接觸，基本無(wú)擴(kuò)散角，因此無(wú)需考慮輪壓擴(kuò)散折減；③車(chē)軸數(shù)量多、軸重大，導(dǎo)致樓板設(shè)計(jì)時(shí)的等效活荷載取值可能較大；④大柱距導(dǎo)致主梁、次梁受荷面積大，主梁、次梁設(shè)計(jì)時(shí)的等效活荷載折減系數(shù)需專(zhuān)門(mén)研究。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文以廣州東部某交通物流樞紐基建項(xiàng)目中的車(chē)輛調(diào)度場(chǎng)為例，通過(guò)收集市場(chǎng)常見(jiàn)的重型貨車(chē)參數(shù)，確定了重型貨車(chē)停車(chē)樓車(chē)輛荷載計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。基于初設(shè)階段的井字梁布置方案，考慮輪壓不利布置，計(jì)算了樓板等效均布活荷載。在研究主梁、次梁的等效均布活荷載時(shí)，考慮重型貨車(chē)車(chē)身較長(zhǎng)的特點(diǎn)，采用移動(dòng)荷載分析手段模擬貨車(chē)車(chē)隊(duì)在樓板上的移動(dòng)過(guò)程，得出主、次梁在實(shí)際使用時(shí)可能產(chǎn)生的最大內(nèi)力，以此換算主、次梁等效均布活荷載。本文的分析思路，可供其他車(chē)輛類(lèi)型的荷載研究參考。

1 車(chē)身參數(shù)及軸荷

《道路車(chē)輛外廊尺寸、軸荷及質(zhì)量限值：GB 1589—2004》［7］中，對(duì)各類(lèi)車(chē)輛的輪廓尺寸、最大軸重均有明確規(guī)定，其中，貨車(chē)車(chē)長(zhǎng)限值為12 m，車(chē)寬限值為2.5 m。車(chē)輛外形的主要參數(shù)由前懸長(zhǎng)度、軸數(shù)及軸距、后懸長(zhǎng)度組成，詳見(jiàn)圖1所示，這些參數(shù)與車(chē)輛等效均布活荷載計(jì)算密切相關(guān)。

圖1 貨車(chē)車(chē)身參數(shù)示意Fig.1 Truck Body Parameters

以重卡貨車(chē)為例，通過(guò)收集市場(chǎng)常見(jiàn)重型貨車(chē)品牌的參數(shù)，如表1 所示，確定了常用貨車(chē)的軸數(shù)及軸距，用于后續(xù)的荷載分析。從表1可以看出，重卡貨車(chē)通常為4軸，前、后軸數(shù)各為2根，前軸每側(cè)單車(chē)輪，后軸為雙車(chē)輪。車(chē)身尺寸按文獻(xiàn)［7］上限設(shè)計(jì)，以12 m居多，前軸距為1.8～2.1 m，中軸距為4.1～5.05 m，后軸距各品牌基本一致，為1.35 m；各品牌前、后輪距差別亦較小，滿載質(zhì)量均為31 t。

表1 重卡貨車(chē)品牌參數(shù)Tab.1 Heavy Truck Brand Parameters

用于分析的貨車(chē)車(chē)身參數(shù)詳見(jiàn)表2，表2 中的中卡和輕卡車(chē)身參數(shù)基于同樣的收集方式獲得，供同類(lèi)項(xiàng)目參考，本文后續(xù)分析以重卡貨車(chē)為例。

表2 用于分析的貨車(chē)車(chē)身參數(shù)Tab.2 Truck Body Parameters for Analysis

重卡貨車(chē)車(chē)軸荷載取值參照文獻(xiàn)［7］中的軸荷限值確定（前軸70 kN，后軸120 kN）。單輪及雙輪接地面積分別按0.2 m×0.3 m 及0.2 m×0.6 m 考慮，后續(xù)分析的前、后輪輪壓分別取為600 kPa 及500 kPa，全車(chē)總重按各軸荷總和考慮取37 t，大于表1 中的滿載質(zhì)量，可認(rèn)為考慮20%的超載。

2 工程背景

本工程為廣州東部某物流樞紐中心的車(chē)輛調(diào)度場(chǎng)，建筑平面布置詳圖2。由于重卡貨車(chē)車(chē)身較長(zhǎng)，應(yīng)盡量減少掉頭、倒車(chē)入庫(kù)等操作，建筑采用兩側(cè)停車(chē)的布局方式，中間為單向車(chē)道，通過(guò)兩端回轉(zhuǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)車(chē)流循環(huán)組織。停車(chē)位區(qū)域結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)為15 m×15 m，采用井字梁布置，樓板跨度為5 m×5 m。兩端回轉(zhuǎn)平臺(tái)柱跨24 m，單個(gè)車(chē)位尺寸為4 m×15 m。

圖2 重型貨車(chē)停車(chē)庫(kù)建筑平面布置Fig.2 Building Layout of Heavy Truck Parking Garage（mm）

3 樓板等效均布活荷載

樓板等效均布活載可按四邊簡(jiǎn)支板最大彎矩等值確定，可表達(dá)為：

式中：q0為單位均布荷載；M0為單位均布荷載下的樓板跨中最大彎矩，可按《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》［8］計(jì)算；Mmax為輪壓作用下的樓板最大彎矩，可采用有限元計(jì)算軟件分析求得。車(chē)輛緊密排列下的輪壓位置示意如圖3所示，陰影區(qū)為5 m×5 m樓板。

圖3 重卡貨車(chē)前、后輪壓不利布置Fig.3 Unfavorable Arrangement of Front and Rear Wheel Pressure of Heavy Truck （mm）

采用SAP2000 進(jìn)行建模分析，對(duì)樓板殼單元按輪壓接地尺寸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，輪壓布置示意詳見(jiàn)圖4，從左至右依次對(duì)應(yīng)圖3?～圖3?工況。由于后輪車(chē)軸重量顯著大于前輪車(chē)軸，計(jì)算結(jié)果表明，后輪輪壓對(duì)樓板彎矩起控制作用。后輪輪壓作用下兩個(gè)方向的樓板彎矩云圖如圖5 所示，其中，上、下排分別為繞x、y軸方向的彎矩。輪壓作用下的樓板彎矩計(jì)算值及等效均布荷載統(tǒng)計(jì)如表3所示，由表3可知，本工程井字梁樓蓋的樓板等效均布活荷載最大為圖3?工況下的26.13 kPa，幾種不利工況布置下的等效均布活荷載差別約為4 kPa。

表3 各工況樓板等效均布活荷載Tab.3 Equivalent Uniform Live Load of Floor in Each Working Condition

圖4 重卡貨車(chē)輪壓加載示意Fig.4 Heavy Truck Wheel Pressure Loading Diagram

圖5 后輪輪壓作用下的樓板彎矩云圖Fig.5 Floor Bending Moment Cloud Diagram under the Action of Rear Wheel Pressure

4 次梁等效均布活荷載

次梁等效均布活載取彎矩等效及剪力等效二者的較大值?？紤]重卡貨車(chē)軸距大，軸數(shù)多，按靜力不利布置分析不能全面反應(yīng)車(chē)輛移動(dòng)過(guò)程中的不利情況，本文采用移動(dòng)荷載分析方法［9-10］，統(tǒng)計(jì)次梁在移動(dòng)過(guò)程中的最大彎矩及剪力，以此換算次梁的等效均布活荷載。

移動(dòng)荷載分析步驟如下：①根據(jù)柱網(wǎng)跨度，選取極限滿布的4 列頭尾相連的車(chē)隊(duì)，每列車(chē)隊(duì)長(zhǎng)度應(yīng)大于次梁的計(jì)算跨度，本工程每列車(chē)隊(duì)為2輛；②車(chē)隊(duì)的行駛路徑從車(chē)頭進(jìn)入次梁的支座開(kāi)始，到車(chē)尾駛離次梁另一端支座終止；③在次梁跨度內(nèi)，按車(chē)隊(duì)排布的輪壓及行駛位置定義車(chē)輛荷載及行駛軌道；④統(tǒng)計(jì)移動(dòng)荷載中次梁的最大彎矩及剪力，并換算井字梁的等效均布活荷載。計(jì)算次梁內(nèi)力時(shí)，不考慮樓板剛度貢獻(xiàn)，采用剛臂將軌道輪壓荷載按力矩平衡原則分配到兩側(cè)次梁上，次梁跨度范圍內(nèi)的軌道布置、車(chē)隊(duì)移動(dòng)荷載示意詳見(jiàn)圖6。

圖6 移動(dòng)荷載、移動(dòng)軌道布置示意Fig.6 Moving Load and Moving Track Layout （mm）

圖7可直觀地表達(dá)次梁彎矩隨移動(dòng)荷載的變化過(guò)程。表4 為基于移動(dòng)荷載分析的次梁彎矩、剪力包絡(luò)值，并換算了用于次梁分析的等效均布活荷載。從表4可以看出，本工程次梁等效均布活荷載值為剪力控制，可取為20 kPa，相對(duì)樓板計(jì)算的折減系數(shù)為約0.76。

表4 次梁等效均布活荷載Tab.4 Beam Equivalent Uniform Live Load

圖7 移動(dòng)荷載作用下的次梁彎矩變化Fig.7 Moment Variation of Secondary Beam under Moving Load

5 框架梁等效均布活荷載

文獻(xiàn)［1］附錄C 第C.0.8 條規(guī)定：當(dāng)荷載分布比較均勻時(shí)，主梁上的等效均布活荷載可由全部荷載總和除以全部受荷面積求得。本工程在主梁分析時(shí)，對(duì)以下3種荷載工況產(chǎn)生的框架梁內(nèi)力進(jìn)行對(duì)比分析：

⑴每跨按圖8 布置4 輛重型貨車(chē)，軸荷按本文第一節(jié)考慮，標(biāo)準(zhǔn)跨內(nèi)最多可能布置4 排16根后輪車(chē)軸及2 排8 根前輪車(chē)軸。按文獻(xiàn)［1］換算的等效均布活荷載值為：

圖8 標(biāo)準(zhǔn)柱跨內(nèi)重型貨車(chē)排布Fig.8 The Arrangement of Heavy Trucks in the Standard Column Span

（70×8+120×16）÷152=11.02 kN/m2

⑵按單車(chē)總重除以車(chē)身投影面積計(jì)算等效均布活荷載：

（70×2+120×2）÷2.55÷12=12.42 kN/m2

⑶采用移動(dòng)荷載分析方法，建立3×3 標(biāo)準(zhǔn)柱跨模型，每跨內(nèi)參照?qǐng)D6布置4輛車(chē)行軌道，每列車(chē)隊(duì)數(shù)量增加至5輛，詳見(jiàn)圖9。

圖9 主梁分析的移動(dòng)荷載及軌道布置示意圖Fig.9 Moving Load and Track Layout of Main Girder Analysis

以上3種工況的中跨框梁內(nèi)力詳見(jiàn)表5，由表5可知，移動(dòng)荷載計(jì)算的內(nèi)力與工況2基本吻合，大于文獻(xiàn)［1］建議的換算值。其中，工況3 較工況1 的最大負(fù)彎矩增大約13.9%，剪力值增大約16.1%。因此，對(duì)于重型貨車(chē)停車(chē)庫(kù)而言，建議主梁分析時(shí)，采用單車(chē)總重除以車(chē)身投影面積計(jì)算等效均布活荷載，并輔以移動(dòng)荷載分析進(jìn)行驗(yàn)證。

表5 各工況中跨主梁內(nèi)力Tab.5 Internal Force of Mid-span Girder in Each Working Condition

6 總結(jié)及建議

⑴通過(guò)收集市場(chǎng)常見(jiàn)的9 個(gè)品牌的重型貨車(chē)車(chē)身尺寸、軸距、軸數(shù)等參數(shù)，確定了用于重型貨車(chē)停車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)分析的車(chē)輛參數(shù)。

⑵基于廣州東部某物流樞紐中心的車(chē)輛調(diào)度場(chǎng)項(xiàng)目，分析了采用15 m×15 m柱距、井字梁樓蓋方案在重型貨車(chē)輪壓下的樓板等效均布活荷載為26 kPa。

⑶采用移動(dòng)荷載分析方法模擬車(chē)輛行駛過(guò)程，得出次梁計(jì)算的等效均布活荷載約為20 kPa，即次梁計(jì)算時(shí)折減系數(shù)約為0.77。

⑷主梁的等效均布活荷載建議采用車(chē)軸總重除以車(chē)身總面積確定，按文獻(xiàn)［1］根據(jù)車(chē)輛排布除以受荷面積的方式可能偏小。

⑸確定特殊車(chē)輛的等效均布活荷載時(shí)，移動(dòng)荷載分析是較為有效的分析手段。