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。     

有轨电车荷载作用下路基结构动力响应分析

采用有限元程序ABAQUS建立数值模型，研究有轨电车路基在荷载作用下的动应力变化规律，分析有轨电车动应力随着不同行车速度、路基横断面位置、路基深度的传递规律，同时分析不同基床结构与地基土下动力响应的变化情况。结果表明：动应力在路基中呈现出两端大，中间小的特点，总体上呈马鞍形分布；有轨电车轮载所引起的附加应力快速衰减，在深度达到0.7 m左右时，动应力衰减一半；路基结构中的动应力随基床结构弹性模量的增大而逐渐减小，并且受基床底层弹性模量影响更大；随着地基土弹性模量增大，路基结构内动应力会略微增大，但路基结构的竖向位移会大大减小。     

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。     

交通荷载下低路堤高速公路路面路基振动测试与分析

交通荷载的作用使得路面路基产生动力响应,为了掌握和分析交通荷载在低路堤高速公路路面路基中的振动响应,对连盐高速公路一低路堤工程段进行了现场测试,采用强震仪及动土压力盒测试在不同车型、不同车速工况下路面及路基不同深度的动力响应,根据对测试结果的分析,得出了一些有价值的结论,对今后指导低路堤高速公路路基设计和处理有一定的意义。     

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。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

路基动压应力的现场测试分析

为探索车辆荷载作用下路基内动应力的分布及衰减规律,依托贵州惠罗高速公路项目,开展了不同载重和不同车速工况下的动应力现场测试试验。现场测试数据表明:影响路基动应力大小的参数主要有载重、路面平整度、路面结构等。在平整路面下,行车速度对动应力影响不大;而在不平整路面下,动应力将随行车速度的增大而增大;动应力峰值随载重的增加而显著增大,并呈现良好的线性正相关关系;同一条件下,动应力沿深度方向呈幂函数快速衰减。     

车辆荷载作用下桩承式加筋路基的动力特性分析

以车辆荷载作用下桩承式加筋路基为研究对象，引入黏弹性人工边界，建立了三维车辆-路基整体有限元分析模型，分析了车辆动荷载作用下桩承式加筋路基的动力响应特性。结果表明:加筋体的存在可有效减小车辆荷载作用下路基的动力响应，随加筋体层数及其弹性模量的增加，路基的动力响应减小更为显著；随着车辆荷载频率的增加，路基路面沉降及内部应力增大；路基竖向位移随桩间距的增加而增加，桩的模量对路基的动力响应也有一定的影响。     

降雨作用下非饱和土路基动载影响因素分析

以某高速公路的路基断面为研究对象,运用Geodtudio有限元软件建立路基二维数值模型,模拟了不同降雨强度、行车轴载和行车速度对压实不足非饱和土路基的影响规律,得出以下结果,随着降雨强度和行车轴载的增大,路基的沉降与竖向应力逐渐增大;随着行车速度的增大,路基的沉降与竖向应力减小;重载作用下路基压实不足区域易产生车辙病害。     

低路堤路基动力特性及长期性能技术措施研究

为探索高速公路交通荷载与降雨环境耦合作用下低路堤复杂的动力特性及长期性能保障技术措施,依托浙江省某低路堤高速公路为工程背景,结合现场埋深元件测试获取动应力、加速度、动位移等数据,分析了不同轴重和车速等条件下路基的动力特性差异,具体包括动力指标量值和竖向影响深度;考虑降雨环境对高速公路服役期路基动力特性影响,借助ABAQUS有限元分析软件建立"降雨环境-交通荷载-路基"三维数值模型,分析了降雨强度对路基服役期动力特性影响,具体包括中雨(1.25 mm/h)、大雨(2.5 mm/h)和大暴雨(10 mm/h)3类工况;考虑平原水网区低路堤高速公路受交通荷载和降雨环境长期耦合作用,结合路基填料设计、排水系统优化等角度,探讨了保障低路堤路基长期动力稳定性能的技术措施。结果表明:不同荷载条件下路基动应力、加速度和动位移存在差异,但沿路基深度均呈衰减趋势;动应力幅值与轴重成正相关,轴重20 t车辆的动应力幅值约为50 k Pa,约为轴重5 t车辆的动应力幅值的7~10倍;相对轴重10 t车辆荷载条件下,速度对动位移影响更大,轴重20 t车辆荷载条件对应动位移约0.60~1.02 mm;相比干燥路基状态,中雨、大雨和大暴雨降雨强度下路基动应力值提高约为3%~15%;合理路基填料设计可以提高低路堤刚度和强度,而完善的排水系统可降低交通荷载与降雨叠加引起的动力响应程度,均可在一定程度达到保障低路堤长期动力稳定的目的。     

列车荷载作用下路基结构动力响应分析

针对秦沈客运专线场地条件,采用有限元-无限元相结合的手段,建立列车荷载作用下路基结构动力反应的有限元数值模型,分析了列车荷载作用下,路基动力响应的分布规律,并探讨了列车速度对路基振动反应的影响规律。结果表明:路基土中竖向动应力幅值随深度增加而迅速衰减;随着列车速度的增加,路基顶面的动应力幅值呈增加趋势;列车荷载对轨道路基的影响主要体现在基床部位,因此对于高速铁路需要对其进行加强。所得结论,为铁路路基设计和加固提供了理论依据。     

重载铁路路基动力响应的数值分析

通过大型有限元软件ANSYS,建立轨道-路基三维有限元模型,分析路基动应力沿线路横向和纵向的分布规律,以及不同轴重和基床表层模量对路基动应力的影响,为以后重载铁路基床的设计和养护维修提供参考。研究结果表明:路基面竖向动应力沿线路横向和纵向的分布都不均匀,横向大致呈“M”形。基床表层动应力的衰减最为急剧,约为40%。随着轴重的增加,路基各层竖向动应力都在增加。基床表层弹性模量为150 MPa时,轴重每增加5 t,基床表面竖向动应力最大增加26.1%。40 t轴载下,基床表层弹性模量每增加50 MPa,基床表面竖向动应力最大增加2.68%。     

高速公路土石混填路基工作区深度的计算分析

运用BISAR3.0程序计算不同工况下高速公路土石混填路基的路基工作区深度。研究结果表明:土石混填路基与砂土、黏土路基相比,工作区深度较大,其值随土石比增大而减小。当轴载增大时,土石混填路基工作区的深度增大,两者呈线性关系;在一定范围内,路基土石混合物含水率越大,工作区深度越小。现行规范将路基顶面以下0～80 cm部分作为路基工作区不适用于所有公路,高速公路土石混填路基工作区深度应根据公路的实际工况进行计算。     

与路面协调设计的公路路基设计指标及使用环境探讨

针对当前公路路基路面设计协调性差及规范的适用环境与当前公路使用环境、轴载状态差异问题,本着路基路面协调设计的思想,从影响路基结构特性的因素入手,研究了温度、湿度、荷载3大影响路基路面结构设计的主要因素,分析计算了不同环境、轴载状态下重载交通公路路基动应力、应变及公路工作区深度变化规律,揭示了在使用环境条件下进行路基结构设计的重要性.最后根据路基动应力、应变分析结果与控制标准,提出了适应重载交通的交通等级与设计标准轴载,以及适应重载交通高速公路的设计轴载与路基强度指标标准建议值,并基于与路面协调设计思想对使用环境下的公路路基设计提出了一些建议.     

无砟轨道路基动力响应影响因素分析

以双块式无砟轨道路基典型结构为研究对象,分析车辆轴重、结构层间接触条件、轨道结构整体模量、支承层模量和基床表层模量等对路基面动力响应的影响,分析路基动力响应对各参数的敏感性。数值仿真结果表明:在车辆单轴荷载作用下,路基面动应力分布表现为横向均匀、纵向三角形的基本形式;对路基面动应力沿线路纵向分布长度影响的主要因素,是无砟轨道结构的整体刚度、车辆轴重、支承层模量等;结构面间接触状态劣化导致无砟轨道结构刚度的降低和路基面的动压力增大。     

斜坡路基沥青路面结构动力响应分析

斜坡地段公路的主要破坏形式是斜坡路基的稳定和沥青路面的纵向开裂。斜坡路基沥青路面的力学行为因其特殊的结构形式有其显著特点。现场调查表明轮载动力作用直接影响斜坡路基稳定及上承路面结构的响应。采用有限元软件ABAQUS建立了斜坡路基路面动力计算模型,分析了车辆荷载作用下斜坡路基动应力、路表弯沉以及基层层底拉应力的变化规律,重点研究了车辆轴载、行车速度、面层刚度、面层厚度、基层刚度、基层厚度、路基模量等外加荷载状态、路面层状组合与材料力学性能方面的参数对斜坡路基沥青路面结构动力响应的影响。分析认为斜坡路基填筑质量、基层厚度和动力作用对路面响应具有重要影响,设计、施工和管理中必需采取有针对性的措施以防止路面的早期破坏并保证路面的长期使用性能。     

高速铁路桩板结构路基设计有关问题研究

桩板结构由钢筋混凝土桩基、路基填土与钢筋混凝土承载板组成,是融路基结构和地基处理为一体的新型路基结构形式。根据桩板结构的荷载特征和受力特性分析,对其埋置深度、承载板长度以及结构型式进行了研究,对高速铁路桩板结构路基的选型提出了建议;通过列车竖向活载的动力作用分析,对非埋式、浅埋式桩板结构中列车竖向活载的动力系数,以及桩板结构路基沉降的计算方法及差异沉降限值等进行了探讨。