行车荷载作用下路基动态竖向应力测试研究

为了研究交通荷载对高速公路路基的影响,在不同交通荷载、车速及车型的情形下,对谷竹高速公路27标段路基进行了动态竖向应力测试。结果表明:在荷载作用下,路基竖向应力随深度增大而逐渐衰减,且在路基浅层衰减较慢,然后加速,达到一定深度后,再次变缓。随着交通荷载增加,路基工作深度及竖向应力也会随着增大,但荷载增到较大后,工作深度的增幅会降低。在相同交通荷载情形下,路基浅层竖向应力会随着行车速度增大而减小,但车速变化对路基的工作深度影响较小。车型对路基的影响与理论相符,增加后轴轮胎数目可以减小交通荷载对路基的影响。     

车辆动荷载下沥青路面的路基应力研究

鉴于现有的路基动态回弹模量试验中没有充分考虑超载车辆、行车速度、现有路面结构及车轮叠加效应对路基应力的影响,该文结合以上因素,选取3.0m为路基应力计算深度,分析动静荷载下路基应力的变化规律。结果表明:路基应力在动荷载下的值高于静荷载;随路面结构参数增加,路基总竖向应力和总侧向应力规律相似;随车辆荷载增加,路基总竖向应力显著增加,路基总侧向应力缓慢增加;随行车速度增加,路基总侧向应力增加幅度大于总竖向应力;最终给出了动荷载下路基应力的取值范围,为基于道路寿命的路面结构设计提供参考。     

基于应力相关回弹模量模型的路面设计研究

基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型。在土基层采用具有应力相关的动态回弹模量Uzan模型,对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算,并根据Uzan模型的参数对路基变形计算的影响进行了讨论,通过与静态回弹模量的对比,揭示不同路基回弹模量模型对路基土应力应变行为的影响。有限元分析结果显示,随着轴重和轴型的增加,路基工作区深度不断扩展,多轴荷载应力的叠加效应在路基深层愈加显著;采用应力相关的回弹模量与线弹性回弹模量相比,路基的竖向位移更大,承担的载荷压应力略小,工作区深度有所增加。     

高速公路扩建工程软基隔离墙加固机理的数值分析

为把握新路基荷载作用下隔离墙加固直接方式拼接的拓宽路堤工作性状,建立了二维弹塑性有限元模型.通过有限元数值模拟分析,从加固前后拓宽路堤的沉降、地基土水平位移和竖向附加应力的变化等方面揭示了隔离墙的加固机理,并分析了隔离墙的最佳设置位置.计算结果表明,隔离墙的设置可有效地减小地基土水平位移和竖向附加应力,从而减小新老路基...     

瞬态动荷载对柔性路面的影响

采用连续变化的局部接触应力来描述轮胎-路面接触面内的瞬态动荷载,研究了瞬态动荷载对柔性路面的影响。把瞬态动荷载模型成功地应用于三维有限元分析,计算了柔性路面在双轮组一次作用下的动态响应。计算结果表明,柔性路面在不同路面温度下的响应依据力学分析模型是准静态或动态的改变,动态模型中考虑到了质量惯性力和阻尼的作用。并且,采用动态分析的路面响应时间历程与实际的相似程度比较高,如果忽略质量惯性力和阻尼的作用,HMA层底拉应变和路基顶面的压应力计算值会变小。     

不同车速条件下路表弯沉的变化规律

为探明不同车速条件下路表弯沉的变化规律,依托实体工程,建立三维有限元公路模型,采用动态材料参数,开发了动态车辆荷载模型,计算了多车速条件下的路表弯沉.结果显示,路表弯沉时变曲线分为压缩、拉伸两个阶段;车速由40 km/h提升至100 km/h,路表弯沉峰值增加超过5％.动态计算结果表明,高车速时路面疲劳寿命降低,轮胎和路面间冲击作用是路表弯沉增大的主因.     

车轮荷载下路基和基底竖向应力计算

在标准交通荷载作用的前提下,考虑非标准交通荷载和路基填土密度的变化,分别计算了集中轴载和均布轴载作用下路基和基底内竖向附加应力和总应力。计算均布交通荷载下路基内应力时,考虑了由于路面材料和路基材料抗压模量差异引起的应力扩散角的存在;计算基底内应力时,将路基作为条形基础,对路基中心下基底内不同深度处的应力进行了计算。计算结果和思路可为验证特殊交通荷载(如超载)下特殊填料(如软岩、风化岩、人工材料等)的承载能力提供理论参考。     

高速公路路基动态性能分析

在利用落锤式弯沉仪对高速公路路基95区进行检测控制的基础上,采用动态分析计算方法,对不同土质的路基动态弯沉盆进行系统分析和动态拟合,并以此反算土基动态模量。研究表明：非线性材料土基的动态模量在一定的级别荷载作用下相对稳定。     

高速公路拓宽路基差异沉降影响因素研究

为了研究差异沉降对高速公路拓宽路基的影响,通过Ansys有限元计算分析软件,建立差异沉降力学计算模型,系统分析路基拓宽方式、填筑高度、拓宽宽度和土基模量对拓宽路基差异沉降的影响。研究结果表明:路基采用两侧对称加宽的方式对差异沉降的控制明显优于单侧加宽;随着路基拓宽高度与宽度的不断增加,路基产生的竖向沉降也在逐渐增大,新路基产生的竖向沉降大于旧路基,最大值出现在新路基路肩位置附近,而旧路基中心线处竖向沉降值最小;随着路基填土模量的不断增大,新旧路基产生的竖向沉降与竖向应力在逐渐减小,新路基沉降大于旧路基沉降,沉降峰值出现在新路基路肩附近。     

考虑铺面结构下的路基工作区深度研究

采用基于弹性层状理论体系的BISAR软件,分析比较了有无铺面结构下的路基竖向附加应力沿深度方向的分布,提出考虑铺面结构下的路基工作区深度是合理的,与实际情况相吻合。同时将该结论运用到依托工程路基工作区深度的计算,为该地区路基地基处理深度提供参考。     

交通荷载作用下公路路基动力响应研究

针对双向四车道高速公路路基路面结构形式,建立有限元模型,施加三维一致粘弹性人工边界,并基于车辆动力分析理论,对模型施加交通荷载,从而获得了路基的动力响应参数。计算结果表明:标准轴载作用下,路基内3 m深度处,竖向动应力衰减率达80 %以上,路基内竖向动应力的影响深度为3 m左右;路基顶面的竖向动应力随着距车轮外缘距离的增大迅速降低,2 m范围内衰减约90 %,竖向动位移衰减约60 %,交通荷载对路基的影响宽度为6 m左右。     

冲击碾压改建路面施工对路基动力效应的试验研究

针对冲击碾压对在旧水泥混凝土路面改造过程中形成的动力效应和破碎产生机理,以某一工程为对象,利用有限元分析软件,开展对冲击碾压破碎水泥混凝土板的静态力学分析和瞬态动力效应分析,获得不同行驶路线下的水泥混凝土路基应力状态和破碎产生机理。研究结果表明:静态力学下,面板角形成最大位移,板底产生最大应力,板角处最先形成断裂带。轮压处周边位置板块出现翘曲变形,存在纵横弯曲现象;瞬态动力下,板底最先形成横向断裂带,并由下向上扩展,面板中部出现横向断裂,由板底向上扩展。当碾压3遍后,板中部横向裂缝扩展至板全宽,形成断裂破碎。完成一定遍数冲压后,横向断裂扩展至面板表层,贯穿整个板块,并将水泥混凝土面板层整体分割成均匀碎块。     

扁平曲线箱梁静动力特性分析

应用空间有限元方法，建立了考虑不同力学因素的扁平曲线箱梁分析模型；通过对不同曲率半径的扁平曲线箱梁桥的静动力特性进行计算分析，明确了结构主要部位的活载支承反力、变位和内力随曲率半径的变化规律；得出了弯曲、翘曲、畸变和剪力滞等应力成分的变化规律和分布特点；分析了曲率半径、翘曲、畸变、剪力滞后和剪心形心不重合等效应对结构自振特性的影响。对移动荷载车列作用下结构空间弯扭耦合振动特性进行研究，得出了位移动力系数及截面应力冲击系数的分布特点。结果表明，位移动力系数随速度增大是幅值和周期都在增大的似半正弦波曲线．并且其随半径增大而逐渐减小。     

基于ANSYS的高速公路路基动力响应特性模拟分析

以京化（北京-阳原县化稍营）高速公路二期路基工程为研究对象,借助非线性有限元数值分析软件AN-SYS进行了数值仿真模拟,研究分析车辆动荷载作用下路基的动力特性。结果表明：车辆动荷载作用下,路基动应力随深度的增加而呈衰减趋势;车辆动荷载对路基竖向动应力值σy影响较大,而水平向动应力值σx影响相对较小;车速差异对路基动应力值影响显著;动应力值沿水平方向衰减较快,其传递距离存在一定的范围。     

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

中央扣对悬索桥动力特性及短吊索车载激励响应的影响

为实现运营阶段中央扣对悬索桥动力特性及车载激励下短吊索响应影响的量化分析,进而为悬索桥设计及维养策略提供参考,基于已编制的车-桥耦合分析系统,引入制动惯性力及俯仰力矩模拟车辆制动力,建立了考虑车辆制动过程的车-桥耦合分析系统;以一座单跨地锚式悬索桥为工程背景,建立无、有中央扣2种缆梁连接体系的全桥空间有限元模型,研究中央扣对悬索桥动力特性及行车激励下短吊索缆梁相对位移响应的影响;采用建立的分析系统,考虑不同制动位置、初速度及减速度研究中央扣对短吊索制动激励响应的控制作用;考虑短吊索因缆梁相对错动产生的弯曲应力,建立车流激励下短吊索疲劳损伤的分析流程,研究中央扣对短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度的影响。分析结果表明：中央扣提高了悬索桥的纵飘及扭转刚度,改变了缆梁间的相对运动特性,减小了缆梁错动循环次数及位移幅值,可有效控制行车激励下60.3%以上的短吊索缆梁相对位移响应;考虑不同制动位置、初速度及减速度的取值,中央扣对短吊索缆梁相对位移幅值的减弱率可分别达92.9%、85.1%及85%以上,有效降低了短吊索制动激励响应对3个制动参数的敏感性;中央扣对随机车载下短吊索轴向应力幅值的影响较小,而对因缆梁相对错动产生的弯曲应力幅值影响较大,减弱了短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度,尤其是距中央扣位置最近的短吊索,疲劳损伤度降低了近71.4%;因此,中央扣可有效控制运营阶段悬索桥短吊索的车载激励响应。     

波形钢腹板组合箱梁桥荷载试验研究

为检验某新建波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁桥的施工质量及实际承载能力,分析该桥在等效车辆荷载作用下的静、动力特性,运用结构有限元分析软件MIDAS CIVIL对该桥建立有限元仿真模型。通过现场静载试验及动载试验,实测桥梁结构在等效车辆荷载下的静、动态数据并与理论计算值进行比对分析,以此验证简化模型的合理性和准确性,并对桥梁施工质量和实际承载能力做出评价。     

整车多轮动载作用下沥青路面动力响应

车辆荷载作用下沥青路面各结构层受力复杂，现行公路沥青路面设计规范未能考虑车辆振动特性和橡胶轮胎非线性。为研究整车多轮动载作用下沥青路面动力响应，基于车辆动力学、橡胶材料超弹性及沥青路面黏弹性理论，构建整车-橡胶轮胎-沥青路面三维有限元模型，与实际车-路现场测量比较验证本模型的可靠性，对比分析无路面不平度与B级路面不平度激励下，路面各结构层动力响应。结果表明：通过与实际车-路测量结果比较，沥青层底部纵向最大剪应变与实测值误差为5.889%，表明该车-路动力学模型可靠、合理；B级路面不平度激励下，后轴左单轮接地法向力为0~86.526 kN，车体法向振动加速度为-0.451~0.372 m·s^-2，后轴左悬架弹力为60.376~68.42 kN；与无路面不平度相比，后轴左单轮最大接地法向力、车体最大法向加速度、后轴左悬架最大弹力分别增加113%、402.7%、7.4%；与无路面不平度相比，沥青路面上、中、下面层纵向最大压应力分别增加18.91%、12.4%、21.1%，纵向最大拉应力分别增加3.94%、6.25%、33.3%；横向最大压应力分别增加10.43%、8.47%、9.19%，横向最大拉应力分别增加12.19%、13.08%、33.33%，且压应力数值远大于拉应力；竖向最大压应力分别增加19.1%、19.35%、20.07%，竖向最大拉应力分别增加26.93%、7.38%、6.2%，且前轮压应力大于中、后轮压应力。以上数据说明路面不平度对结构层响应影响较大，车辆振动特性及橡胶轮胎与路面非线性接触不容忽略。     

多功能电动车车架静动态计算分析

多功能电动车车架是多功能电动车的主要承载部件,对其进行有限元静动态分析具有一定的意义。借助ANSYS有限元分析软件,建立了以板壳单元为基本单元的车架有限元分析模型,在此模型的基础上进行了有限元静应力分析和模态分析,得出该模型满足强度和刚度设计要求,指出基于板壳单元计算的几何模型,避免了用梁和板单元所带来的建模计算误差,具有很高的计算精度,对车架的设计具有一定的指导意义。