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【摘要】从道路设计的角度，考虑车辆对地面的静态及动态荷载的影响，并考虑荷载在土基中的扩散作用，以汽车荷载和覆土自重之和的最小值作为设计最佳覆土厚度的依据，以较小地下空间顶板荷载，达到设计更为经济的目的。
【关键词】地下空间顶板；汽车荷载；冲击系数；覆土厚度
【 Abstract 】 From the point of view of the road design, we should consider vehicles to the ground of the influence of static and dynamic load, and consider the load in the soil base to the diffusion to the vehicle load and turns the soil weight of the minimum sum as design best turns the soil thickness basis, with a small underground space roof load and achieved the design more economic purpose.
【 Key Words 】 underground space roof; automobile load; impact coefficient; cover earth thickness
中图分类号：U415.6 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
在21世纪头十年，我国城市的地下空间开发建设飞速发展，地下空间的规模也越来越大，除了注重能满足地下空间本身功能的需要，地上也在进行多样化的综合开发利用，有的在其上布置了公交首末站等大型公共交通设施，汽车荷载对顶板结构设计影响较大。
本文以天津市文化中心公交首末站为例，从道路设计的角度，通过对汽车荷载的力学特性及路基受力状况的分析，计算地下空间顶的最佳的覆土厚度，从而有效地减小建筑荷载，降低工程造價。
1 汽车荷载分析
1.1 汽车对路面的静态压力
汽车处于停驻状态时，对路面的作用为静态压力，主要是由轮胎传给路面的垂直压力p，它的大小受汽车轮胎内压、轮胎刚度和轮胎与路面接触的形状、轮载的大小等因素的影响。
以天津市最新的12米级公交车中通LCK6125G-1为例，计算汽车静态压力。
中通LCK6125G-1公交车车型参数
车辆尺寸 mm 11990(长)2520(宽) 3260(高)
总 重 量 kg 17550
轴距 mm 6000
前轴轴载 KN 6.2(单轮组)
后轴轴载 KN 113.5(双轮组)
轮胎内压 KPa 700(采用《公路沥青路面设计规范》中规定的轮胎内压)
一般情况下，轮胎与路面接触面由于接触面的形状、轮胎花纹等的影响，压力分布是不均匀的，但在车辆静态压力分析时，一般忽略上述因素影响，直接取内压作为接触压力，并且在接触面上的压力是均匀分布的，即汽车静态压力为700KPa。
1.2 汽车对路面的动态影响
汽车在道路上行驶，由于车身自身的震动、路面不平整，车轮实际上是以一定的频率振幅在路面上跳动，轮载较静态轮载时大时小，呈波动状态。取轮载最大峰值与静载之比为冲击系数，一般在较平整的路面，车速不超过50km/h时，冲击系数不超过1.30。
由于本场站设计车速为5km/h~10km/h，地面平整，但考虑到公交车在场站内频繁转弯和起动、制动，所以在计算汽车荷载时，采用静轮载乘以冲击系数K作为设计荷载，冲击系数取1.30。
1.3 计算接触面面积
轮胎与路面的接触面轮廓近似为椭圆形，其长轴和短轴差别不大，所以在工程设计中以圆形接触面积来表示。为了方便计算和比较，本文采用单圆荷载表示。
由于后轴荷载较前轴大，因此计算时取后轴进行计算，当量圆直径D计算公式为：
P—作用在车轮上的荷载，KN，为后轴轴载的1/4；
p—轮胎接触面压力，KPa，为700 KPa；
K—冲击系数，取值1.30。
经计算，后轴双轮组当量圆直径D=0.366m。
2 路基受力分析及覆土厚度的选取
路基承受汽车轮重A和自重B两种荷载，如图1所示。
在路基某一深度Z的车轮荷载引起的垂直应力A计算公式为：
p—车轮荷载换算的均布荷载，KN/㎡；
D—圆形均布荷载作用面积的直径，m；
Z—圆形均布荷载中心下应力作用点深度，m。
路基自重在路基深度Z处所引起的垂直应力B计算公式为：
γ—覆土（包含路面结构）容重，KN/㎡；
Z—应力作用点深度，m。
由函数图形中可以看出，总荷载Z存在最小值，本文采用从0.5m~2.0m的深度范围内每隔10cm计算一个总荷载，找出最小值。
深度 A B Z 深度 A B Z
0.5 107.098 11.60 118.698 1.3 18.218 25.94 44.158
0.6 78.021 13.34 91.361 1.4 15.765 27.74 43.505
0.7 59.068 15.14 74.208 1.5 13.773 29.54 43.313
0.8 46.137 16.94 63.077 1.6 12.134 31.34 43.474
0.9 36.965 18.74 55.705 1.7 10.770 33.14 43.910
1.0 30.245 20.54 50.785 1.8 9.622 34.94 44.562
1.1 25.185 22.34 47.525 1.9 8.648 36.74 45.388
1.2 21.285 24.14 45.425 2.0 7.814 38.54 46.354
注：路面结构为12cm花岗岩板+3cm水泥砂浆+20cmC20混凝土+20cm二灰土，容重分材料选取。
经过分析计算，公交首末站内的顶板覆土厚度（包括路面结构）选用的是1.50m，有效地减少了顶板荷载。
3 结束语
本文从道路设计角度，考虑覆土对汽车局部荷载在土基中的扩散作用，并考虑冲击系数的影响，根据荷载计算公式计算土基中的应力分布，以汽车荷载和覆土自重之和的最小值作为设计最佳覆土厚度的依据。有效地减小了顶板荷载，不仅取得了经济效益，也为地下空间顶板荷载分析提供了新的途径。
参考文献：
【1】邓学钧、张登良，等。路基路面工程【M】，北京，人民交通出版社，2000。
【2】GB50009-2001，建筑结构荷载规范【S】。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【关键词】地下空间顶板；汽车荷载；冲击系数；覆土厚度
【 Abstract 】 From the point of view of the road design, we should consider vehicles to the ground of the influence of static and dynamic load, and consider the load in the soil base to the diffusion to the vehicle load and turns the soil weight of the minimum sum as design best turns the soil thickness basis, with a small underground space roof load and achieved the design more economic purpose.
【 Key Words 】 underground space roof; automobile load; impact coefficient; cover earth thickness
中图分类号：U415.6 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
在21世纪头十年，我国城市的地下空间开发建设飞速发展，地下空间的规模也越来越大，除了注重能满足地下空间本身功能的需要，地上也在进行多样化的综合开发利用，有的在其上布置了公交首末站等大型公共交通设施，汽车荷载对顶板结构设计影响较大。
本文以天津市文化中心公交首末站为例，从道路设计的角度，通过对汽车荷载的力学特性及路基受力状况的分析，计算地下空间顶的最佳的覆土厚度，从而有效地减小建筑荷载，降低工程造價。
1 汽车荷载分析
1.1 汽车对路面的静态压力
汽车处于停驻状态时，对路面的作用为静态压力，主要是由轮胎传给路面的垂直压力p，它的大小受汽车轮胎内压、轮胎刚度和轮胎与路面接触的形状、轮载的大小等因素的影响。
以天津市最新的12米级公交车中通LCK6125G-1为例，计算汽车静态压力。
中通LCK6125G-1公交车车型参数
车辆尺寸 mm 11990(长)2520(宽) 3260(高)
总 重 量 kg 17550
轴距 mm 6000
前轴轴载 KN 6.2(单轮组)
后轴轴载 KN 113.5(双轮组)
轮胎内压 KPa 700(采用《公路沥青路面设计规范》中规定的轮胎内压)
一般情况下，轮胎与路面接触面由于接触面的形状、轮胎花纹等的影响，压力分布是不均匀的，但在车辆静态压力分析时，一般忽略上述因素影响，直接取内压作为接触压力，并且在接触面上的压力是均匀分布的，即汽车静态压力为700KPa。
1.2 汽车对路面的动态影响
汽车在道路上行驶，由于车身自身的震动、路面不平整，车轮实际上是以一定的频率振幅在路面上跳动，轮载较静态轮载时大时小，呈波动状态。取轮载最大峰值与静载之比为冲击系数，一般在较平整的路面，车速不超过50km/h时，冲击系数不超过1.30。
由于本场站设计车速为5km/h~10km/h，地面平整，但考虑到公交车在场站内频繁转弯和起动、制动，所以在计算汽车荷载时，采用静轮载乘以冲击系数K作为设计荷载，冲击系数取1.30。
1.3 计算接触面面积
轮胎与路面的接触面轮廓近似为椭圆形，其长轴和短轴差别不大，所以在工程设计中以圆形接触面积来表示。为了方便计算和比较，本文采用单圆荷载表示。
由于后轴荷载较前轴大，因此计算时取后轴进行计算，当量圆直径D计算公式为：
P—作用在车轮上的荷载，KN，为后轴轴载的1/4；
p—轮胎接触面压力，KPa，为700 KPa；
K—冲击系数，取值1.30。
经计算，后轴双轮组当量圆直径D=0.366m。
2 路基受力分析及覆土厚度的选取
路基承受汽车轮重A和自重B两种荷载，如图1所示。
在路基某一深度Z的车轮荷载引起的垂直应力A计算公式为：
p—车轮荷载换算的均布荷载，KN/㎡；
D—圆形均布荷载作用面积的直径，m；
Z—圆形均布荷载中心下应力作用点深度，m。
路基自重在路基深度Z处所引起的垂直应力B计算公式为：
γ—覆土（包含路面结构）容重，KN/㎡；
Z—应力作用点深度，m。
由函数图形中可以看出，总荷载Z存在最小值，本文采用从0.5m~2.0m的深度范围内每隔10cm计算一个总荷载，找出最小值。
深度 A B Z 深度 A B Z
0.5 107.098 11.60 118.698 1.3 18.218 25.94 44.158
0.6 78.021 13.34 91.361 1.4 15.765 27.74 43.505
0.7 59.068 15.14 74.208 1.5 13.773 29.54 43.313
0.8 46.137 16.94 63.077 1.6 12.134 31.34 43.474
0.9 36.965 18.74 55.705 1.7 10.770 33.14 43.910
1.0 30.245 20.54 50.785 1.8 9.622 34.94 44.562
1.1 25.185 22.34 47.525 1.9 8.648 36.74 45.388
1.2 21.285 24.14 45.425 2.0 7.814 38.54 46.354
注：路面结构为12cm花岗岩板+3cm水泥砂浆+20cmC20混凝土+20cm二灰土，容重分材料选取。
经过分析计算，公交首末站内的顶板覆土厚度（包括路面结构）选用的是1.50m，有效地减少了顶板荷载。
3 结束语
本文从道路设计角度，考虑覆土对汽车局部荷载在土基中的扩散作用，并考虑冲击系数的影响，根据荷载计算公式计算土基中的应力分布，以汽车荷载和覆土自重之和的最小值作为设计最佳覆土厚度的依据。有效地减小了顶板荷载，不仅取得了经济效益，也为地下空间顶板荷载分析提供了新的途径。
参考文献：
【1】邓学钧、张登良，等。路基路面工程【M】，北京，人民交通出版社，2000。
【2】GB50009-2001，建筑结构荷载规范【S】。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。