汽车荷载与轮压
汽车等效均布荷载的简化计算(可编辑)
汽车等效均布荷载的简化计算Building Structure设计交流汽车等效均布荷载的简化计算朱炳寅/中国建筑设计研究院汽车（消防车）轮压以其荷载数值大、作用位置不确定够厚，轮压扩散足够充分时，汽车轮压荷载可按均布荷载考及一般作用时间较短而倍受结构设计者关注。
结构设计的关虑。
当覆土层厚度足够时，可按汽车在合理投影面积范围内键问题在于汽车轮压等效均布荷载数值的确定。
轮压荷载作的平均荷重计算汽车的轮压荷载，见表2。
用位置的不确定性，给等效均布荷载的确定带来了一定难覆土厚度足够时消防车的荷载表2度，一般情况下，要精确计算轮压的等效均布荷载是比较困汽车类型 100kN 150kN 200kN 300kN 550kN2难的，且从工程设计角度看，也没有必要。
“等效”和“折荷载/kN/m 4.3 6.3 8.5 11.3 11.4覆土厚度最小值hmin/m 2.5 2.4 2.4 2.3 2.6减”的本质都是“近似”，且其次数越多，误差就越大。
本文推荐满足工程设计精度需要的汽车轮压等效均布荷载的足够的覆土厚度指：汽车轮压通过土层的扩散、交替和简化计算方法，供读者参考。
重叠，达到在某一平面近似均匀分布时的覆土层厚度。
足够1 影响等效均布荷载的主要因素的覆土厚度数值应根据工程经验确定，当无可靠设计经验1.1跨度时，可按后轴轮压的扩散面积不小于按荷重比例划分的汽车等效均布荷载的数值与构件的跨度有直接的关系，在相投影面积（图 1）确定相应的覆土厚度为 hmin ，当实际覆土同等级的汽车轮压作用下，板的跨度越小，则等效均布荷载厚度 h≥hmin 时，可认为覆土厚度足够。
的数值越大；而板的跨度越大，则等效均布荷载数值越小。
以300kN级汽车为例（图1）：结构设计中应注意“等效均布荷载”及“效应相等”的特点，考虑汽车合理间距（每侧600mm）后汽车的投影面积为（8+0.6 ）×（2.5+0.6 ）=26.66m2汽车轮压荷载具有荷载作用位置变化的特性，是移动的活荷载，其最大效应把握困难，且效应类型（弯矩、剪力等）不后轴轮压占全车重量的比例为 240/300=0.8同，等效均布荷载的数值也不相同，等效的过程就是一次近取后轴轮压的扩散面积为 0.8×26.66=21.33m2似的过程。
荷载作用形状与面积轮胎-路面接触压力分布
荷载作用面积定义
轮胎与路面接触部分的面积，即 轮胎接地面积。
影响因素
胎压、轮胎尺寸、轮胎花纹、路 面粗糙度等都会影响荷载作用面 积的大小和形状。
轮胎-路面接触压力分布基本概念
接触压力分布
轮胎与路面接触区域内，压力 分布的情况。通常表现为中间 高、两侧低的压力分布形态。
均匀性
理想情况下，轮胎接地面积内 的压力应均匀分布，以确保轮 胎磨损均匀和车辆行驶稳定性 。
非均匀性
实际情况下，由于轮胎变形、 路面不平等因素，接触压力分 布往往是非均匀的，这可能导 致轮胎局部磨损、降低行驶安 全性等问题。
03
荷载作用形状对轮胎-路面接触压力分布影响
不同荷载作用形状下轮胎-路面接触压力分布特点
80%
均匀分布
当荷载作用形状为均匀分布时， 轮胎与路面的接触压力分布也相 对均匀，有利于提高轮胎的耐磨 性和行驶稳定性。
荷载作用形状与面积对接触压力分布的影响
荷载作用形状和面积是影响轮胎-路面接触压力分布的重要因素， 研究它们之间的关系对于优化轮胎设计和提高车辆性能具有重要 意义。
研究目的和内容
研究目的
揭示荷载作用形状与面积对轮胎-路面接触压力分布的影响规律，为轮胎设计 和车辆性能优化提供理论支持。
研究内容
通过理论分析和实验研究，探讨不同荷载作用形状和面积下轮胎-路面接触压力 分布的变化规律，分析其对车辆行驶性能的影响。同时，结合轮胎材料和结构 特性，提出优化轮胎设计和提高车辆性能的建议。
保持正确的轮胎气压
轮胎气压过高或过低都会影响轮胎的刚度和稳定性，进而影响接触压力分布。因此，应定期检查并调整轮胎气压 至标准值。
06
结论与展望
研究成果总结
汽车荷载与轮压
注：覆土厚度不为表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定2．表4.1.1中第8项实际上是汽车轮压直接作用在楼板上的等效均布活荷载，对于跨度较大的楼板还应考虑多辆汽车的共同作用1）对客车荷载，不能将客车车库的楼面等效荷载（表4.1.1中第8项数值）与其楼面实际荷载混为一谈，当楼板的形式及支承情况不同时楼面等效荷载的计算数值也不相同等效荷载数值的不同不是楼面实际荷载的不同，而是在相同楼面荷载（客车荷载）下，不同形式楼板按跨中弯矩相等折算出的等效荷载数值不同，因此，结构设计中将客车荷载按规范的等效荷载数值限制是不恰当的，且容易得出同一客车停车库（场）有两种不同荷载限值的错误结论；对客车车库的荷载应以限定客车的种类为宜，如限定停放载人少于9人的客车（每一车位最小范围2.5m×4.5m）等；2）依据城市供热管网结构设计规范CJJ 105-2005的规定，轮压在混凝土结构中的扩散按单边1：1考虑，即相当于取图4.1.1-1中扩散角=450；轮压在土中的扩散按深度每增加自然状态下的土体内水平向有效应力，可以认为与静止土压力相等，土体侧向变形会改变其水平应力状态，最终的水平应力，随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态事实上，地下室的施工工艺决定了其周围的土只能是回填土，应取用相应的主动土压力系数，而静止土压力一般可用在不允许有位移的支护结构，并不适合用于地下室外墙或挡土墙的设计计算中现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算，可结合设计现状进行适当的调整，即考虑地震往复作用对接近地表之地下室土压力的增大作用，建议地下室顶部土压力可按静止土压力系数计算，而地下室底部土压力系数可按主动土压力系数计算（见图4.1.1-3）而在挡土墙的裂缝宽度计算中，则地下室的土压力均宜按表4.1.1-5取用主动土压力系数（见图4.1.1-4）图4.1.1-3 承载能力极限状态计算时的土压力取值图4.1.1-4 正常使用极限状态计算时的土压力取值。
汽车荷载与轮压
注：覆土厚度不为表中数值时,其动力系数可按线性内插法确定
4．各类汽车在其投影面积范围考虑汽车之间的纵向及横向最小间距均为600mm
5．目前结构设计计算中,出于对结构抗震设计的考虑,地下室承受的土压力一般均按静止土压力计算,土压力系数值一般取
四设计建议
1．对于直接承受消防车荷载的结构楼面屋面板,当符合荷载规范要求时,可进行简化计算,即直接采用表4.1.1中均布活荷载数值；当不符合时,应计算汽车轮压的局部荷载效应
2依据城市供热管网结构设计规范CJJ 105-2005的规定,轮压在混凝土结构中的扩散按单边1：1考虑,即相当于取图4.1.1-1中扩散角=450；轮压在土中的扩散按深度每增加1m,单边扩散宽度增加0.7m
自然状态下的土体内水平向有效应力,可以认为与静止土压力相等,土体侧向变形会改变其水平应力状态,最终的水平应力,随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态事实上,地下室的施工工艺决定了其周围的土只能是回填土,应取用相应的主动土压力系数,而静止土压力一般可用在不允许有位移的支护结构,并不适合用于地下室外墙或挡土墙的设计计算中
现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算,可结合设计现状进行适当的调整,即考虑地震往复作用对接近地表之地下室土压力的增大作用,建议地下室顶部土压力可按静止土压力系数计算,而地下室底部土压力系数可按主动土压力系数计算见图
4.1.1
图4.1.1。
汽车荷载的简化计算
汽车等效均布荷载的简化计算朱炳寅中国建筑设计研究院（100044）汽车（消防车）轮压以其荷载数值大、作用位置不确定及一般作用时间较短而倍受结构设计者关注。
结构设计的关键问题在于汽车轮压等效均布荷载数值的确定。
轮压荷载作用位置的不确定性，给等效均布荷载的确定带来了相当的困难，一般情况下，要精确计算轮压的等效均布荷载是比较困难的，且从工程设计角度看，也没有必要。
“等效”和“折减” 的本质都是“近似”，“等效”和“折减”的次数越多其误差就越大。
本文推荐满足工程设计精度需要的汽车轮压等效均布荷载的简化计算方法，供读者参考。
1. 影响等效均布荷载的主要因素1）跨度等效均布荷载的数值与构件的跨度有直接的关系，在相同等级的汽车轮压作用下，板的跨度越小，则等效均布荷载的数值越大；而板的跨度越大，则等效均布荷载数值越小。
结构设计中应注意“等效均布荷载”及“效应相等”的特点，汽车轮压荷载具有荷载作用位置变化的特性，是移动的活荷载，其最大效应的把握困难，且效应类型（弯矩、剪力等）的不同，等效均布荷载的数值也不相同，等效的过程就是一次近似的过程。
2）动力系数汽车荷载属于动力荷载，板顶填土或面层对汽车动力荷载起缓冲和扩散作用，板顶覆土或面层太薄时，一般可不考虑其有利影响。
而当板顶覆土厚度较大时，轮压荷载对顶板的动力影响已经不明显，可取动力系数为 1.0。
见表1。
《荷载规范》表4.1.1中给出的车辆荷载，是一种直接作用在楼板上的等效均布荷载，已考虑了动力系数，可直接采用。
2•当直接采用《荷载规范》表 4.1.1中第8项规定的数值时，无需再乘以表中数值。
3）覆土层厚度1）《荷载规范》表4.1.1中第8项所规定的汽车荷载，是轮压直接作用在楼板上的等效均布荷载。
2）结构板面的覆土及面层对汽车轮压具有扩散作用（车轮压力扩散角，在混凝土中按45°考虑，在土中可按30°考虑），覆土越厚，汽车轮压扩散越充分，当覆土层厚度足够厚，轮压扩散足够充分时，汽车轮压荷载可按均布荷载考虑。
汽车荷载与轮压
汽车荷载与轮压Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】注：覆土厚度不为表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定2．表4.1.1中第8项实际上是汽车轮压直接作用在楼板上的等效均布活荷载，对于跨度较大的楼板还应考虑多辆汽车的共同作用1）对客车荷载，不能将客车车库的楼面等效荷载（表4.1.1中第8项数值）与其楼面实际荷载混为一谈，当楼板的形式及支承情况不同时楼面等效荷载的计算数值也不相同等效荷载数值的不同不是楼面实际荷载的不同，而是在相同楼面荷载（客车荷载）下，不同形式楼板按跨中弯矩相等折算出的等效荷载数值不同，因此，结构设计中将客车荷载按规范的等效荷载数值限制是不恰当的，且容易得出同一客车停车库（场）有两种不同荷载限值的错误结论；对客车车库的荷载应以限定客车的种类为宜，如限定停放载人少于9人的客车（每一车位最小范围2.5m×4.5m）等；4．各类汽车在其投影面积范围（考虑汽车之间的纵向及横向最小间距均为600mm）内的5．目前结构设计计算中，出于对结构抗震设计的考虑，地下室承受的土压力一般均按静止土压力计算，土压力系数值一般取自然状态下的土体内水平向有效应力，可以认为与静止土压力相等，土体侧向变形会改变其水平应力状态，最终的水平应力，随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态事实上，地下室的施工工艺决定了其周围的土只能是回填土，应取用相应的主动土压力系数，而静止土压力一般可用在不允许有位移的支护结构，并不适合用于地下室外墙或挡土墙的设计计算中现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算，可结合设计现状进行适当的调整，即考虑地震往复作用对接近地表之地下室土压力的增大作用，建议地下室顶部土压力可按静止土压力系数计算，而地下室底部土压力系数可按主动土压力系数计算（见图4.1.1图4.1.1。
汽车荷载与轮压
对荷载规范第 4.1.1 条的理解与应用（建筑结构.技术通讯2006.5 ）(2007-08-01 19:41:13)对荷载规范第 4.1.1 条的理解与应用原文）核查（注意：本文上传过程图及符号丢失，请一规范的规定见建筑结构荷载规范GB 50009-2001 （以下简称荷载规范）第 4.1.1 条二对规范规定的理解荷载规范表 4.1.1 可从以下三方面理解：1．表4.1.1 中的均布活荷载为作用在楼面上的荷载，需要说明的是：表4.1.1 中的所有荷载均为直接作用在楼面上的荷载，仅可用于楼面板设计计算，用于楼面梁柱墙及基础计算时的荷载需按荷载规范第 4.1.2 条要求折减2．符合表 4.1.1 注3 规定时，按表中数值取用3．不符合表 4.1.1 注3 规定（如汽车总重量大于300kN 等）时，按结构效应等效原则，将车轮的局部荷载换算为等效均布荷载题三结构设计的相关问1．车辆荷载尤其是消防车对楼面的荷载作用，主要应考虑车辆满载重量及汽车轮压的动荷载效应，动力系数与楼面覆土厚度等因素有关，见表 4.1.1-1表4.1.1-1 汽车轮压荷载传至楼板和梁的动力系数覆土厚度（m）0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 ≥0.7 动力系数 1.30 1.27 1.24 1.20 1.17 1.14 1.10 1.07 1.04 1.0定确插法注：覆土厚度不为表中数值时，其动力系数可按线性内2．表 4.1.1 中第8 项实际上是汽车轮压直接作用在楼板上的等效均布活荷载，对于跨度较同作用大的楼板还应考虑多辆汽车的共1）对客车荷载，不能将客车车库的楼面等效荷载（表 4.1.1 中第8 项数值）与其楼面实际，当楼板的形式及支承情况不同时楼面等效荷载的计算数值也不相同等效荷载荷载混为一谈数值的不同不是楼面实际荷载的不同，而是在相同楼面荷载（客车荷载）下，不同形式楼板按跨中弯矩相等折算出的等效荷载数值不同，因此，结构设计中将客车荷载按规范的等效荷论结；误载数值限制是不恰当的，且容易得出同一客车停车库（场）有两种不同荷载限值的错于9 人的客车（每一车位放载人少对客车车库的荷载应以限定客车的种类为宜，如限定停2.5m×4.5m ）等；最小范围2）对消防车荷载，若不考虑板顶的覆土厚度对消防车轮压的影响而统一取用表中数值，当地下室顶板顶面覆土厚度较厚时，显然是不合适的，现举例说明之例如：某工程纯地下室（顶板为板跨小于2m 的单向板）顶面为覆土厚度3m 的绿化地面，消防车（30t 级）道贯穿其中，覆土已将消防车轮压局部荷载基本扩散为均布荷载，由表4.1.1-3 可知：30t 消防车在车身平面内的平均荷载仅为11.25kN/m2 ，显然消防车的任何排列方式均不可能达到表 4.1.1 中35 kN/m2 的荷载数值3．荷载规范条文说明中指出，对20~30t 的消防车，可按最大轮压为60kN 作用在0.6m×0.2m 的局部面积上的条件确定，为此，应按全国民用建筑工程设计技术措施（结构）（以下简称结构技术措施）图 2.3.2 和图 2.3.3 确定汽车纵横方向的排列间距表4.1.1-2 各级汽车荷载的主要技术指标汽车-10 级汽车- 超10 级汽车-20 级汽车- 超20 级主要指标单位主车重车主车重车主车重车主车重车一辆汽车总重力kN 100 150 200 300 550一行汽车车队中重辆— 1 1 1 1 车数量前轴重力kN 30 50 70 60 30中轴重力kN ————2×120 后轴重力kN 70 100 130 2×120 2×140轴距m 4.0 4.0 4.0 4.0+1.4 3+1.4+7+1.4 轮距m 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8前轮着地宽度及长m 0.25 ×0.20 0.25 ×0.20 0.3 ×0.2 0.3 ×0.2 0.3 ×0.2 度中、后轮着地宽度及m 0.5 ×0.2 0.5 ×0.2 0.6 ×0.2 0.6 ×0.2 0.6 ×0.2 长度车辆外形尺寸（长×m 7.0 × 2.5 7.0 × 2.5 7.0 × 2.5 8.0 × 2.5 15.0 × 2.5 宽）车身投影范围的平均重量2 5.72 8.57 11.43 15.00 14.67 kN/m4．各类汽车在其投影面积范围（考虑汽车之间的纵向及横向最小间距均为600mm ）内的平均荷重见表 4.1.1-3表4.1.1-3 覆土厚度足够时消防车的荷载汽车类型100kN 汽车150kN 汽车200kN 汽车300kN 汽车550kN 汽车荷载(kN/m 2) 4.25 6.34 8.50 11.25 11.385．目前结构设计计算中，出于对结构抗震设计的考虑，地下室承受的土压力一般均按静止土压力计算，土压力系数值一般取0.5四设计建议1．对于直接承受消防车荷载的结构楼面（屋面）板，当符合荷载规范要求时，可进行简化计算，即直接采用表 4.1.1 中均布活荷载数值；当不符合时，应计算汽车轮压的局部荷载效应2．楼板和梁的设计计算中，应考虑汽车轮压的动力系数，可按表 4.1.1-1 考虑顶板板顶以上覆土对汽车轮压动力系数的降低作用3．考虑汽车轮压压力扩散的计算方法1）在汽车荷载作用下，管沟壁或地下室外墙的侧向压力如图 4.1.1-1 ；图4.1.1-1 管沟壁或地下室外墙的侧向土压力图4.1.1-2 不考虑轮压扩散时的土压力图 4.1.1-3 考虑轮压扩散时的土压力（= ）（＜）当上端自由下端固定时，在宽度范围内，墙底总弯矩：（4.1.1-1 ）当上端简支下端固定时，在宽度范围内，墙底总弯矩：（4.1.1-2 ）式中汽车荷载在深度为及处的水平侧压力；汽车荷载在深度为及处的水平侧压力分布宽度，其值=轮宽+两侧各按300 角向下扩散的宽度表4.1.1-4 主动土压力系数0 200 250 300 350 400 450 土的内摩擦角150.588 0.490 0.406 0.333 0.270 0.217 0.1712）依据城市供热管网结构设计规范CJJ 105-2005 的规定，轮压在混凝土结构中的扩散按单边1：1 考虑，即相当于取图 4.1.1-1 中扩散角=450 ；轮压在土中的扩散按深度每增加1m，单边扩散宽度增加0.7m 考虑，即相当于取图 4.1.1-1 中扩散角=350（4）主动土压力系数见表4.1.1-5 ；静止土压力系数取0.5（5）静止土压力系数随土体密实度固结程度的增加而增加，对正常固结土取值见表 4.1.4-5表4.1.1-5 静止土压力系数硬—可塑粘性土粉质粘土、砂土类坚硬土可—软塑粘性土软塑粘性土流塑粘性土土0.2~0.4 0.4~0.5 0.5~0.6 0.6~0.75 0.75~0.8自然状态下的土体内水平向有效应力，可以认为与静止土压力相等，土体侧向变形会改变其水平应力状态，最终的水平应力，随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态事实上，地下室的施工工艺决定了其周围的土只能是回填土，应取用相应的主动土压力系数，而静止土压力一般可用在不允许有位移的支护结构，并不适合用于地下室外墙或挡土墙的设计计算中现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算，可结合设计现状进行适当的调整，即考虑地震往复作用对接近地表之地下室土压力的增大作用，建议地下室顶部土压力可按静止土压力系数计算，而地下室底部土压力系数可按主动土压力系数计算（见图 4.1.1-3 ）而在挡土墙的裂缝宽度计算中，则地下室的土压力均宜按表 4.1.1-5 取用主动土压力系数（见图 4.1.1-4 ）图4.1.1-3 承载能力极限状态计算时的土压力取值图4.1.1-4 正常使用极限状态计算时的土压力取值。
汽车荷载计算
汽车荷载计算
公路车辆荷载通过对实际车辆的轮轴数目、前后轴的间距、轮轴压力等情况的分析、综合和概括，公路桥涵设计规范中规定了桥梁设计采用标准化荷载。
基坑支护设计过程中经常涉及到汽车荷载的超载施加问题，该如何施加，施加多少，现行《建筑基坑支护设计规程》（JGJ120-2012）中并没有说明，导致实际基坑支护设计时，汽车超载施加无指导性方法可循。
现笔者仅对自己实际工作中的一些想法，提出自己认为切实可行的做法。
基坑开挖过程中需要土方外运，土方外运一般采用前四后八自卸车外运，所谓前四后八自卸车就是说前面是双桥4个轮,，后面是双桥8个轮子。
汽车荷载属于动力荷载，当汽车荷载距离基坑坡顶线超过一定距离时，岩土对汽车荷载起缓冲和扩散作用，当汽车荷载距离超过1.0m时，轮压荷载的动力影响已不明显，可取动力系数为1.0。
现就汽车等效分布荷载大小及作用深度的车轮压力扩散角取值不同做出说明：计算等效分布荷载大小时，现行《建筑地基处理技术规范》（JGJ79--2012）压力扩散角取30°；计算等效分布荷载作用深度时，现行《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-2012）土压力扩散角取45°；两者取值不同主要是从安全角度考虑，计算等效分布荷载大小时，取30°对工程安全有利，计算等效分布荷载作用深度时，取45°
对工程安全有利，这也是两本规范土压力扩散角取值不同的原因所在。
通过计算标明基坑边缘车辆超载，距基坑边线距离为1.0~3.0m时，汽车等效局部荷载为35.84~9.40kPa，等效分布深度为1.0~3.0m。
通过以上计算，现对坡顶汽车荷载等效分布荷载及作用深度表作简化，提供如下表格供设计人员设计时使用。
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汽车荷载与轮压
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注：覆土厚度不为表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定
4．各类汽车在其投影面积范围（考虑汽车之间的纵向及横向最小间距均为600mm）内
5．目前结构设计计算中，出于对结构抗震设计的考虑，地下室承受的土压力一般均按静止土压力计算，土压力系数值一般取
四设计建议
1．对于直接承受消防车荷载的结构楼面（屋面）板，当符合荷载规范要求时，可进行简化计算，即直接采用表4.1.1中均布活荷载数值；当不符合时，应计算汽车轮压的局部荷载效应
2）依据城市供热管网结构设计规范CJJ 105-2005的规定，轮压在混凝土结构中的扩散按单边1：1考虑，即相当于取图4.1.1-1中扩散角 =450；轮压在土中的扩散按深度每增加1m，单边扩散宽度增加0.7m
自然状态下的土体内水平向有效应力，可以认为与静止土压力相等，土体侧向变形会改变其水平应力状态，最终的水平应力，随着变形的大小和方向而呈现出主动极限平衡和被动极限平衡两种极限状态事实上，地下室的施工工艺决定了其周围的土只能是回填土，应取用相应的主动土压力系数，而静止土压力一般可用在不允许有位移的支护结构，并不适合用于地下室外墙或挡土墙的设计计算中
现阶段地下室外墙或挡土墙的设计计算，可结合设计现状进行适当的调整，即考虑地震往复作用对接近地表之地下室土压力的增大作用，建议地下室顶部土压力可按静止土压力系数计算，而地下室底部土压力系数可按主动土压力系数计算（见图4.1.1
图4.1.1。