超载超速作用下风积沙低路堤与地基动力特性研究

建立移动简谐荷载作用下三维路堤与换填地基动力响应模型,对超载、软土地基换填及行车速度等因素影响下的风积沙低路堤与地基动力响应展开研究。结果表明:①超载20%时,路基动力响应影响深度为6.9 m,远大于标准轴载下的1.9 m,超载对路基路面造成了较大的破坏;②对盐渍化软土地基采用砂砾换填处治后,改善了上部路基的变形特性;③不同车速工况下,动荷载的作用时间与幅值是动力响应的主要影响因素;高速行驶的车辆对路基动力响应的影响比低速要大得多。     

基于FLAC3D的土质路基边坡动力响应规律研究

为了研究路基边坡在交通荷载作用下的动力响应规律,结合某路基边坡工程,应用振动力时程曲线和车辆载荷拟合公式,采用FLAC3D有限差分软件建立了数值分析模型,从加速度、位移、速度等方面研究了边坡结构的振动响应特性及其扩展规律。研究发现:在交通荷载的作用下,土质路基边坡内部应力较为集中,且其最大主应力主要表现为压应力。边坡坡面各监测点的水平位移、加速度、速度离震源越近,动力响应现象越明显。同一测点X位移随着求解时程的增加逐渐增加,且两者具有很强的线性正相关关系。单次荷载对路基边坡的影响程度较小,但当振动效应不断累积叠加,边坡的稳定性将受到严重威胁。当振动效应达到边坡的承载极限时,边坡就会发生失稳破坏。研究结果对于评价交通荷载对路基边坡的影响具有一定的理论意义以及工程应用价值。     

移动车辆荷载作用下异型钢伸缩缝的动力学特性

为了分析桥梁伸缩缝在移动车辆荷载作用下的动力学特性,基于ABAQUS有限元分析软件建立起异型钢伸缩缝的数值模型,利用动力学计算方法模拟分析了异型钢伸缩缝在不同车速车辆荷载作用下的动力特性,同时研究了超载和型钢刚度变化对伸缩缝动力特性的影响效果.结果 表明,伸缩缝在静力作用下的最大应力点产生在型钢边梁上,这与实际工程破坏相符;随着行车速度的增加,伸缩缝的最大应力值和变形量也随之增大,车速从40 km/h增加到100 km/h时,最大应力值增加了15％,最大变形量增加了25％;车辆超载会使伸缩缝产生较大的应力,车辆超载量越大,产生的最大应力也就越大,当超载率达到100％时,最大应力较标准轴载增大2倍;型钢边梁刚度的增大,可使伸缩缝应力降低1％左右.     

考虑不同轴载和行车速度的沥青路面弯沉响应分析

利用ANSYS有限元分析软件建立沥青路面结构有限元分析模型,计算了不同行车速度条件下轮隙中心处和荷载作用面正下方的路表弯沉响应规律,研究弯沉和行车速度的关系;然后考虑不同荷载水平,分析重载条件下的路表弯沉响应.研究表明,沥青路面动态弯沉和静态弯沉之间存在显著差异,移动荷载(车速为30 km/h)作用下路表弯沉为静载作用下路表弯沉的50％左右;随行车速度增加,路表弯沉峰值减小,且峰值出现时间出现滞后;超载60％和140％时,弯沉等效的轴载换算系数分别为0.93和1.03,大于规范给出非标准轴载按弯沉等效的轴载换算系数0.87.     

考虑车辆移动效应和超载的排水基层路面结构动力分析

为了研究车辆荷载作用下排水基层路面的动力响应,同时考虑车速和轴载的影响,采用移动加载的方法,对不同工况下沥青路面进行了快速Lagrange有限差分分析。结果表明,路面弯沉并未因排水基层的低模量而增大,峰值甚至有所减小;排水基层的存在减小了底基层底部的动应力,可以抑止反射裂缝的产生;弯沉及动应力均随车速的增大而减小,高温季节,低速行驶更容易引起大车辙;当车辆超载50%时,弯沉和动应力均成倍增大,导致路面产生较大变形甚至塑性破坏,且更容易引起路面开裂,表明治理超载对延长道路使用寿命,降低养护成本具有重要意义。     

胎压对半刚性沥青路面实测动应变的影响

依托现场试验路开展车辆加载试验,通过预先埋设面层底部应变传感器,研究在不同胎压的工况下半刚性基层沥青路面的实测动态应变响应规律。研究结果表明:当轴重一定时,车轮胎压增加,胎面接地面积减小,静载模式下的平均接地应力增大;当车辆超载运行时,车胎超压所产生的应变响应明显大于常压工况;在车轮动态荷载作用下,超压胎压对面层底部应变的影响作用明显大于静态荷载。     

移动荷载下沥青路面结构力学响应分析

为真实反映路面结构在实际行车荷载下的受力情况,基于ANSYS有限元软件建立移动荷载下的沥青路面结构的有限元模型,并进行模态分析;研究移动荷载波对沥青路面结构力学指标的影响,以及阻尼比、车速和轴载参数的变化对各力学控制指标的影响。结果表明:在相同车速下,轴载每超载10%,沥青层剪应力和基层拉应力在100kPa以上的时间将分别增加30%和8.33%;当阻尼比达到1.0时,沥青层剪应力、面层与基层层间剪应力以及中面层层顶压应变均较大。     

大跨度钢桁梁斜拉桥主桁架动力效应分析

为研究在动力荷载作用下,大跨度钢桁梁斜拉桥主桁架的动力效应,将车辆模拟为弹簧-质量块模型,并以贵黔高速公路鸭池河特大桥为工程背景,基于Ansys瞬态分析功能建立了车辆匀速通过的有限元动力模型,分析了主桁架构件的响应情况,包括构件轴力变化幅度、下弦杆动应力及构件冲击系数。结果表明:不同位置构件的动力响应程度不同,主桁架中下弦杆轴力变化幅度最大,上弦杆次之,竖腹杆最小;上弦杆是对动力效应最为敏感的构件,且跨中构件的动静载的轴力变化幅度比值较其他位置大;跨中下弦杆应力时程曲线是在静力解曲线的基础上浮动,随着车速的增加,浮动的幅度也越大;动力荷载对主桁架构件的冲击作用十分显著,主桁架构件的冲击系数随车速增加而显著增大,高车速行驶时,跨中构件的冲击系数远大于规范计算值,在桥梁设计中宜对构件进行动力分析。     

非均布动荷载作用下沥青路面粘弹性有限元分析

不考虑超载情况,为探求非均布动荷载作用下沥青路面的动态响应及破坏规律,采用层状体系理论,建立ANSYS 3-D有限元半刚性基层路面结构模型,施加非均布动荷载,并对粘弹性路面模型各层的动态力学响应及不同车速下路表弯沉的变化进行分析。结果表明,水平应力的交变变化是使路面产生疲劳破坏的主要因素;当重载车辆车速在10~32 km/h之间时,路面的动态弯沉值显著大于静态弯沉值,对路面实际使用寿命的影响非常显著。     

高墩连续刚构桥车桥耦合振动分析

为研究移动车辆荷载作用下车辆-桥梁系统的动力响应特性,以某三跨高墩连续刚构桥为对象,采用2轴7自由度车辆模型加载,探究车辆速度、行车数量及车辆载重因素对车桥系统动力响应的影响。结果表明：车辆的行驶速度基本不会影响桥梁的位移响应峰值,车辆以相同速度通过桥梁时,桥梁各跨的位移响应峰值存在差异,车桥发生共振时的车速为40 km/h;随着行车数量的增加,桥梁各跨跨中处于较大位移响应的持续时间明显加长,桥梁中跨跨中的位移响应峰值在2辆车行驶时取得极大值,而车辆的加速度峰值与加权加速度均方根值在6辆车通过桥梁时取得极大值;随着车辆载重的增加,桥梁的位移及加速度响应总体呈增长趋势,而桥梁的冲击系数与车辆各项动力指标的响应则呈下降趋势。     

轴载与速度对半刚性沥青路面动力响应的影响

为了研究实际车辆荷载下半刚性基层沥青路面动力响应的规律,在修筑的试验路段上,以重型运输车辆为加载设备,通过检测运动车辆下面层底部的纵向动应变和横向动应变,分析车辆轴载和速度对路面结构动态响应的影响。研究结果表明：不论是横向应变还是纵向应变,均既有拉应变状态,又有压应变状态;随着车辆行驶速度的提高,各应变分量都基本呈下降趋势,但在车辆行驶速度超过40km／h后,变化明显减小;动应变与轴载基本呈线性关系;进行路面结构动态设计时,不但要考虑面层底部拉应变的作用,而且要考虑压应变的作用;在疲劳寿命试验时,应考虑应变比的影响,应变比不仅与速度有关,还与轴载有关。     

动态交通荷载监测系统在桥梁工程中的应用

以某斜拉桥健康监测系统为基础,介绍了动态交通荷载监测系统的应用。通过动态交通荷载监测系统,得到特定情况下行驶车辆的出现及车辆的重量、车速、轴距、车辆类型以及有关车辆的其他参数。同时通过实际车辆荷载作用下桥梁结构响应与计算值的比对,得出桥梁结构实际承载能力情况,为今后该地区公路桥梁的运营提供真实的荷载依据,同时也为桥梁结构整体性能评价提供参考。     

考虑车辆移动效应和超载的排水基层路面结构动力分析

为了研究车辆荷载作用下排水基层路面的动力响应,同时考虑车速和轴载的影响,采用移动加载的方法,对不同工况下沥青混凝土路面进行了快速Lagrange有限差分分析.结果表明,路面弯沉并未因排水基层的低模量而增大,峰值甚至有所减小;排水基层的存在减小了底基层底部的动应力,可以抑制反射裂缝的产生;弯沉及动应力均随车速的增大而减小...     

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。     

汽车振动作用下黄土阶状坡动力响应规律

为了给汽车振动作用下结构性黄土劣化损伤及边坡致灾机理研究提供理论支撑,研究汽车振动作用下黄土阶状坡动力响应规律,以安子路(安塞至子长)某黄土公路阶状坡为研究对象,采用野外调查和现场监测的方法,总结了黄土阶状坡的变形破坏模式及特点,获取了不同车辆类型、速度和位置下边坡的汽车振动信号。在对监测信号进行统计分析的基础上,得到了边坡的振动响应规律和频谱特性,主要结论如下:(1)边坡的振动响应随汽车荷载的增加而增强;随着汽车荷载的增加,振动响应强烈区域由二级坡逐渐迁移到一级坡;(2)汽车荷载较小时,振动波放大效应明显,汽车荷载较大时,振动波放大效应减弱,且Z方向波表现为振动衰减;(3)X方向波的频谱分布为单峰状,主频集中在17～65 Hz;Z方向波的频谱分布为多峰状,主频集中在22～185 Hz;(4)振动波在坡体中传播时的频率变化与车辆的类型、速度和位置的相关性较小,主要是由坡体自身决定;(5)汽车振动作用会造成黄土阶状坡应力状态发生改变,在黄土阶状坡设计中,边坡坡度不宜太大,一级和二级坡不宜太高,同时应重点对一级坡和二级坡进行坡面防护。该问题的研究,对揭示黄土阶状坡的动力响应及该类型边坡的防护具有一定的理论和实际意义。     

坡顶超载情况下的土坡影响因素敏感性分析

为了研究超载对边坡稳定性的影响,基于强度折减法分别计算了不同内摩擦角、粘聚力、土体重度、坡角、坡高、超载宽度、超载离坡肩的距离、超载大小等8种影响因素作用下土坡超载时的稳定性系数。并通过数值模拟,分析了土坡超载的破坏机理,结果表明：坡顶超载时,内摩擦角对土坡稳定性的影响最为显著,而超载宽度的影响最小。自重作用下边坡土体和超载作用下的边坡土体由于其自身强度不足而失稳的破坏机制有所不同：自重作用下失稳时,塑性区一般从坡脚延伸到坡顶;而当坡顶有超载作用下失稳时,塑性区一般从超载作用区域下和坡脚处同时扩展延伸并贯通,最终导致破坏。     

基于实测轴载谱的重载沥青路面交通参数

为更准确地确定重载沥青路面设计的交通参数,首先提出了车辆分类方法,然后通过调查收集京沪高速公路鲁苏省界的车辆类型及轴载数据和长深高速公路滨州段的动态称重数据,创建了车辆轴载信息数据库.根据数据库查询统计,分析了沥青路面设计的交通参数,包括车辆类型分布系数、卡车月调节系数、卡车小时分布系数、轴数系数和轴栽分布系数,并给出了相应的推荐值.最后分别统计分析了前轴、双轮组单轴、双联轴和三联轴的轴载累积分布率.结果表明,在进行路面结构设计时,宜根据交通等级和类似道路车辆轴载统计确定设计代表荷载;基于实测轴载分析提出以单轴160 kN作为重栽交通设计轴载,以双联轴380 kN作为验算荷载.     

重载沥青路面研究

为了分析车辆实际超载情况，结合交通调查，利用移动式轴重仪进行了现场轴重测试，得到了车辆轴载的实际分布及超载的准确数据，采用线性和非线性分析方法对重载下沥青路面弯沉，弯拉关系进行了分析，得出了此种情况下弯沉，弯拉等效的轴载换算方法；利用车辙仪进行了常规荷载与重载时车辙试验，得到了动稳定度与轴重之间关系，提出了重载沥青路面设计方法。     

适合我国高速公路交通荷载特性的轴载谱参数分析

在传统的路面结构设计方法中是将混和交通换算成当量轴载作用次数(ESAL),这将不可避免的带来误差。使用轴载谱的方法可以更精确的分析交通荷载对路面的破坏作用。该研究针对我国高速公路的交通荷载特性,将车辆按其轴载组成划分为11种不同车型,这11种车型占总交通流量的99%以上,适用于我国情况且使用简单。收集了江苏省某高速公路从2004年到2006年所有车辆的动态称重数据,按新的车辆分类方法确定了其轴载谱参数,包括车辆类型分布系数、月调节系数、小时分布系数、轴数系数和轴载分布系数,供路面结构分析和设计参考。     

桥梁超重荷载与限载标准的确定

为了分析公路运营中超重荷载对桥梁的影响，以陕西省府谷-店塔公路上运煤超载车辆为调查对象，根据车辆装载特点和轴型分布特征，将超载车辆分为9种类型，分析了9种车型的超载、超限情况；利用线性回归，得出超载与超限的函数关系。利用等代荷载方法，与公路-Ⅰ级荷载相比较，确定出9种车型的限载系数和限载标准，评价了限载后车辆荷载特性，认为车辆限载后宜使用多轮、多轴运营车型。