摘  要：为了确定水利水电工程中大型车辆收费的取值，对不同规范中大型车辆收费的计算方法进行了比较分析。结合工程实例，利用SAP2000计算了顶棚、边梁和框架梁的分布等效交通荷载，以及整个结构在道路荷载影响下的抗剪承载力。计算结果表明，采用等效分布载荷来分析天花板梁结构的交叉尺寸是合理可行的，且在分析天花板梁结构的交叉尺寸时存在较大差异。建议通过减少板的等效均布交通荷载来计算天花板梁的等效均布交通荷载。等效均布荷载的影响因素很多，其取值复杂且难以统一。因此，建议使用道路荷载来分析整体结构设计。

关键词：车辆荷载；有限元素？等效均匀分布载荷；轨道负荷

       随着经济的发展和社会的进步，越来越多的水利水电工程被规划和建设。但是，由于施工、管理、土地使用限制等因素，必须与城市道路结合布置[1-2]。城市道路上有大量车辆。车辆荷载作为一种移动循环荷载[3]，具有车轮荷载大、攻击位置不安全、总攻击时间短等特点。，这是困扰设计的一个关键问题，也是结构设计中需要解决的第一个问题[4]。作为交通结构的重要荷载之一，由于缺乏明确的规范，建筑施工中车辆荷载的准确性往往被忽视[5]。现行《水工建筑物荷载设计规范》[6]SL744-2016没有规定车辆荷载值，实际设计通常以GB50009-2012《建筑结构荷载规范》[7]为依据。例如，杨军等人[8]确定并检查了水电站厂址底部的有效载荷。或根据JTGD60-2015《公路桥涵设计通用规范》[9]，如陈一坚[10]，对箱涵施工中的车辆荷载进行计算分析。Gb50009-2012规定了300kN消防车双向面板的有效载荷：如果面板跨度不小于3m×3m，则标准有效载荷值应不小于35kNμm2，面板跨度不小于6m×6m，标准有效载荷值应不小于20kN/m2。对于300 kN以上的车辆或跨度不符合规范要求的双向板，应根据等效结构效应的原则，将车轮上的局部荷载转换为等效均布荷载。该分析将实际荷载转换为等效均匀荷载，用于部件测试，从而确保项目的安全[11-12]。Jtgd60-2015将车辆荷载分为轨道荷载和集中荷载，受力比较明确，但必须使用结构分析软件进行计算。基于上述问题，结合技术实例，本文使用有限元分析软件SAP2000对两个规范中的汽车载荷取值方法进行了对比分析和研究，指导在技术设计中合理使用荷载值，以满足技术设计的要求。

1.概述

       白里湖赛城湖控制枢纽工程水闸上部结构柱网尺寸为3.85m×4.3m，柱截面尺寸为600mm×600mm，框架托架尺寸为400mm×800mm，二次托架尺寸为300mm×700mm。结构层的布局如图1所示。运输车辆按机动车道1类[9]车辆荷载考虑，轴长12.8m，宽度2.5m，轴距1.8m，总载重550kN，最大前轮压力15kN，最大后轮压力70kN，前轮作用面积0.2m×0.3m，后轮作用面积为0.2m×0.6m。运输车辆参数如图2所示。

2.规范中的车辆荷载值

（1） 双向板的等效均布交通荷载由四边单面板的绝对最大等效弯矩确定。虽然规范明确规定了等效均布载荷的计算原理和方法，但由于车轮压力的位置不确定，实际计算比较复杂，难以掌握。结合许多当地专家和科学家的相关调查[13-16]，确定了双向板等效均布载荷的计算方法：首先，对跨度为L的板表面施加1 kN/m2的均布载荷，获得板中的最大弯矩Mmax0；然后通过计算不利车辆位置组合下的内力，得到最大弯矩Mmax。等式（1）中QE等效均匀分布的有效载荷，kN/m2；方程（1）中qeμmaxMmax0；Mmax，Mmax0–板中的最大弯曲距离，kN·m。（2）次梁的等效均布交通荷载可根据单个场地的简单承载力进行计算。如果取弯矩和剪力的等效均布交通荷载中的较大者，则弯矩和剪力的等效均布交通荷载可根据公式（2）或公式（2）计算。（3） 计算：qeM8MmaxSl2（2）qev2maxsl（3），S——二次载波之间的距离，m；L.次梁跨度，M；MmaxΔ单承次梁绝对最大弯矩，kN·m；由最不利的设备布置决定；Vmax.单支承次梁绝对最大剪力，kN；取决于最不利的设备布置。（3） 如果框架梁的荷载分布相对均匀，则可通过将总荷载除以总荷载面积来获得主梁上的等效均匀分布有效载荷。

2.2 JTGD60-2015

（1） 车辆荷载应包括车道荷载和车辆荷载。总计算基于道路荷载；局部荷载的计算基于车辆荷载。（2） 一级道路荷载的均布荷载参考值为QK10.5 kN/m；集中荷载计算跨度≤5m，取270kN。（3） 道路荷载均匀分布荷载的默认值应位于对结构产生最不利影响的同一影响线上；单一荷载的参考值仅适用于其中一条相应影响线的尖端。

等效均布载荷计算

3.1双向板

       如果车辆在板上行驶，考虑到启动和制动，且车顶未覆盖土壤，则车辆功率系数设置为1.3，最大轮压为1.3×70 kN91kN，板上的局部有效载荷为758.3 kN/m2。计算模型为单面板，跨度为4.10m×3.70m。双向板采用SAP2000中的壳单元进行模拟。根据车辆参数尺寸和板跨度，最不利的位置是车辆后轴的最大车轮压力根据局部载荷作用在板上，如图3所示。根据以上两种局部荷载作用在板上，计算板跨内的最大弯矩，计算结果见表1。表1显示，板表面42.82 kN/m2的标准等效均布载荷等于300 kN消防车双面板标准均布交通载荷的1.22倍。根据GB50009-2012，300kN消防车的最大轮压为60kN，与本项目所选车辆的最大轮压相差1.16倍。在允许的故障范围内，双向板的等效均匀分布有效载荷可根据规范乘以最大轮压比的放大系数，这可能与技术计算精度相对应。

3.2秒光束

       次梁跨度为4.1m，最不利的位置是后轮直接作用在次梁上。采用有限元软件SAP2000中的框架单元定义简支杆进行计算，集中荷载为1.3×7091kN。在设计次梁和框架梁时，可以统一采用16.62kN/m2荷载标准值进行计算。

4.按道路荷载计算

       整个模型在SAP2000中创建，壳单元用于模拟面板，框架单元用于模拟框架梁和柱，柱底板用混凝土基础加固。框架宽度4,30m，根据JTGD60-2015，道路荷载为1。考虑到最不利的位置，道路荷载按10.5kN/m2布置，单次荷载为270kN，仅作用于相应影响线中影响线的尖端。整体模型和荷载作用的位置如图3所示。4.同时，以42.82 kN/m2和16.62 kN/m2的替换荷载应用已建立的整体模型，并将板、次梁和框架梁等内力提取结果总结在表3中。表3显示，与道路荷载相比，水平弯矩和垂直弯矩分别为8.86%。当使用板的等效均匀分布交通荷载计算板的切割尺寸时，减少5.89%。次梁的切割尺寸显著减小；车架托架的内力显著增加。

5.结论

（1） 在水利水电工程的结构设计中，建议在使用能够准确模拟实际受力并确保结构安全的有限元分析软件时，使用道路荷载来计算大型车辆荷载的值。（2） 如果采用等效均布交通荷载进行结构分析，则采用等效均布交通荷载进行地表剪力分析是合理可行的；（3） 双向板的等效均布载荷可根据规范进行评估，然后乘以最大轮压比的放大系数，满足技术计算精度。（4） 天花板梁与梁的等效均布载荷存在较大差异，因此建议根据静力学规范计算减少后面板的等效均布载荷。（5） 双向板的等效均匀交通荷载值取决于板跨度、车辆的作用方向、板的长宽比和覆盖地面的厚度等。因此，车辆的位置应根据最不利的荷载布置原则确定，并考虑到项目的实际情况。

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