以交通荷载作用为基准探讨公路路基工作区深度

通过对路面的不平整实地测量资料来获取汽车荷载的参数及计算模型,根据此模型对公路结构中的动力响应情况进行分析,由于公路的结构具有三维分层性状,可以使用Fourier变换技术与求解层状结构的精确刚度矩阵法对公路结构域汽车移动下荷载的动力响应问题进行了研究。     

层间连续条件对沥青路面动力特性影响的研究

沥青路面结构由于各结构层间材料性能存在差异且施工技术水平存在限制,路面结构在使用过程中层间接触条件并非完全连续,但在沥青路面设计时仍将其视为完全连续。为探究层间接触状态对沥青路面动力特性的影响,利用积分变换将偏微分方程组转化为常微分方程组并建立传递矩阵,引入转换矩阵表征层间连续状态;依据边界条件和两类积分逆变换获得层间非完全连续沥青路面结构动力响应的解析解;通过参数变化模拟层间接触状态的改变,分析层间接触状态对路面结构动力响应的影响。计算结果表明：面层与基层间的接触条件对路表弯沉的计算结果影响最大,提高面层与基层间的层间黏结强度可有效降低沥青路面的弯沉响应。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

行车荷载作用下路面结构动位移响应分析

为研究行车荷载作用下路面结构动位移响应规律,基于弹性层状体系理论建立路面结构有限元模型,将车辆随机动荷载作用在有限元模型上,通过改变路面结构层厚度与模量,研究了路面结构测试区竖向动位移变化规律,建立了测试区动位移峰值与路面结构层参数的数学模型,进一步揭示了路面结构动态响应问题.计算结果表明:路面结构测试区动位移峰值随土基模量的增大而减少;土基模量对测试区动位移峰值影响最为敏感,两者的数学模型近似呈对数关系,测试区动位移峰与面层厚度和基层厚度近似呈线性关系,与底基层厚度近似呈对数关系;不同的面层模量、基层模量和底基层模量对应的测试区动位移曲线几乎重合,因此不是影响测试区动位移的主要影响因素.研究结果为路面承载力检测提供了依据.     

基于响应面法的石质路基沥青路面结构优化研究

为了提高石质路基沥青路面结构的使用性能,应用响应面法对路面结构为沥青面层、级配碎石基层和石质路基的路面结构进行优化分析;按照公路沥青路面设计新规范的新设计指标来分析各个路面结构层厚度对新指标的影响,以各面层的厚度和基层的厚度作为约束条件,以沥青混合料疲劳开裂次数、沥青混合料层永久变形量和路基顶面竖向压应变作为响应因素建立响应面优化模型。研究表明:面层的厚度对永久变形量、疲劳开裂次数和路基顶面竖向压应变有显著的影响,而级配碎石基层厚度对三大指标影响较小。     

大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥车桥耦合振动分析

大跨度窄加劲梁悬索桥竖向振动响应研究具有现实意义。基于动力平衡理论和有限元法建立车辆和桥梁的动力微分方程,采用空间三轴车辆模型,利用ANSYS软件编制车桥耦合振动程序进行计算。激振源为路面不平整度,利用车桥系统力与位移协调条件,应用Newmark-β法求解动力方程,分析不同车速、车重、路面等级工况下车辆荷载对大跨度窄钢桁加劲梁悬索桥跨中竖向振动响应的影响。结果表明:车速和路面等级主要对竖向振动加速度响应有较大影响,而对竖向振动位移响应影响较小;竖向振动加速度响应随车速增大而增大,随路面等级降低而增大;随车重的增加竖向振动位移响应增加,而竖向振动加速度降低。     

半刚性基层沥青路面动力响应分析

针对交通动荷载引起半刚性路面结构的破坏问题,采用竖向静载及半正弦波动荷载加载,利用有限元数值法对动载作用下路面各结构层竖向位移和竖向应力分布规律与静力学响应进行了对比分析。结果表明,在动荷载条件下,半刚性结构的竖向位移及竖向压应力较静载相比呈现不同程度的下降;随着车速的增加,路面的最大弯沉及竖向应力都将减少。     

考虑二阶效应梁柱瞬态分析的传递矩阵法

压弯构件承受较大轴力时,其表现出的明显的二阶效应直接影响结构刚度及动力特性,为计算计及二阶效应的梁柱结构的瞬态响应,提出了一种传递矩阵方法.该方法采用Newmark-β法,对考虑二阶效应的Euler-Bernoulli梁的动力偏微分方程进行时域离散,将其变换为常微分方程,并利用常数变易法对微分方程进行求解,得到位移增量在连续空间内的解析解.结合传递矩阵法的基本原理,推导了离散时间瞬态分析的增量传递矩阵格式,给出了计及二阶效应的梁柱结构瞬态响应的计算方法.算例计算结果表明,在计算精度相同的情况下,所提出的方法的计算效率是ANSYS的3.57倍,并可方便地对移动荷载作用下结构的动力响应进行求解.      

动载作用下沥青路面三维有限元分析

针对交通动荷载引起半刚性路面结构的破坏问题,采用竖向静载及矩形波动荷载加载,利用三维有限元数值法对动载作用下路面各结构层竖向位移和竖向应力分布规律与静力学响应进行了对比分析.结果表明,在动荷载条件下,半刚性结构的竖向位移及竖向压应力较静载相比呈现不同程度的下降;随着车速的增加,路面的最大弯沉及竖向应力都将减少.     

非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析

基于实测非均布车辆荷载移动特性,采用Witczak黏弹性模型动态剪切模量,建立了非均布移动荷载作用下沥青路面结构瞬态动力分析的三维有限层模型,通过3D-MOVE Analysis软件分析不同路面温度、不同车辆行驶速度下沥青路面动力响应的时程变化和横向分布规律,并与均布移动荷载的计算结果进行比较。结果表明:路面结构层动力响应具有交变特性;基层与土基应变恢复具有滞后现象;面层顶面出现应力应变集中现象;在双轮加载区域内路面动力响应横向分布具有非对称性,各动力响应峰值出现在不同横向位置上;与均布移动荷载比较,非均布移动荷载作用下的动力响应沿横向变化较小;随着车辆行驶速度的增加,面层底部动力响应先减小后增大,有一个峰值点,临界速度约为48 km/h;当路面温度由-10℃升高至50℃时,面层底部纵向、横向应变突变幅度分布分别增加了2.75,1.53倍,面层底部剪应力显著增加,且高温下面层底部剪应力容易出现应力集中现象。     

沥青路面动态响应数值分析

为了优化沥青路面结构设计,引入无反射边界,依据结构动力理论,利用有限元数值分析方法,对多层沥青路面在移动荷载作用下的动态响应进行了分析。发现沥青面层的拉应力和路表弯沉随着基层模量、层间摩擦系数、行车速度和面层材料阻尼的增大而减小,剪切应力随着轮胎接地压力和基层模量的增大而增大。分析结果表明:基层设计需要综合优化设计,简单增加基层模量和厚度都是不合适的;良好的层间接触状态以及使用较大阻尼的材料,有利于路面性能的改善;提高行车速度可以延长路面的使用寿命。     

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基于半刚性基层沥青路面反射裂缝严重性,应用断裂力学理论及有限元软件ABAQUS,建立20结点等参有限元模型,数值模拟沥青路面反射裂缝的扩展,并应用Paris公式预估其疲劳扩展寿命,分析探讨反射裂缝扩展过程中应力强度因子K2 的变化规律及路面结构参数对其扩展寿命的影响.计算表明：(1)沥青面层反射裂缝的扩展只考虑偏荷载作用,K2 随着裂缝的扩展不断增大,初期扩展速度较慢,后期扩展速度急剧增加,直至破坏.(2)路面结构参数中,面层厚度、基层模量、底基层厚度、底基层模量和土基模量的增加对面层反射裂缝疲劳扩展寿命有利,而面层模量和基层厚度的增加则不利于面层反射裂缝的疲劳扩展.     

层间接触状态对沥青路面结构受力的影响

路面结构层的层间结合是影响路面整体结构强度的重要因素,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了面层竖向应力、面层和基层底面拉应力、路表弯沉、面层剪应力最大值的产生位置,以及路面结构层层间接触状态的变化趋势。分析结果表明:层间完全滑动状态下,路表弯沉、基层底拉应力、面层竖向应力、面层剪应力等路面设计控制指标比连续状态提高1.5～2.5倍;面层、基层疲劳寿命比连续状态急剧降低。     

结构层模量对路面力学响应影响的三维数值分析

目前关于路面结构层模量对路面结构力学响应影响的研究一般是利用弹性层状理论进行分析。从三维数值分析的角度，分别从路表弯沉、面层和基层内的压应力及拉应力等方面说明了结构层模量及基层条件对路面结构力学响应的影响。分析认为路面各结构层模量的提高能减小路面表面弯沉，较高的基层模量会增大面层内的压应力，较高的底基层模量能减小基层底面的拉应力。有关分析结果对路面结构的设计和施工具有参考价值。     

柔性基层沥青路面动力响应试槽试验

根据室内试槽柔性基层沥青路面结构的重复加载试验,总结了路用电阻应变片的选择依据和黏贴工艺,对比分析了压路机压实方式对应变片存活率的影响;利用惠斯登电桥电路测试了柔性基层沥青路面的动力响应,并与数值计算进行对比。研究表明:路用电阻应变片栅长应大于80 mm,并与集料的最大公称粒径相关;电阻应变片在压路机静压的方式下有较理想的存活率,而在强振作用下却极难存活;在移动荷载作用下沥青面层底部横向应变交替出现拉、压应变,其最大值比层状弹性体系模型计算值小。     

移动荷载作用下加筋路堤的三维动力响应

利用半解析方法研究移动荷载作用下加筋路堤的动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立三维横观各向同性弹性加筋地基模型。在忽略土颗粒压缩和自重的情况下,利用Fourier变换将土体波动方程转化为常微分方程。通过数值计算研究加筋与不加筋时,速度、筋材弹性模量和加筋率等对路面竖向位移的影响。计算结果表明:在一定范围内,速度越大加筋效果越显著;速度相同时,加筋后的路面竖向位移明显小于加筋前;筋材弹性模量和加筋率在一定范围内增大时,加筋后的路面竖向位移均呈减小的趋势。     

非均布动荷载作用下沥青路面剪应力动态响应分析

为探求重载货车不同行车速度下沥青面层水平剪应力动态响应规律,结合半刚性基层路面特点,采用层状体系理论,建立一个ANSYS3-D有限元粘弹性路面结构模型。在施加非均布动荷载情况下进行了非线性求解计算。结果表明,沥青面层内的最大水平剪应力均随行车速度的增加呈先增大后减小的规律,行车速度在20km／h左右时,水平剪应力达到最大,对路面剪切破坏程度最严重．     

由路面振动响应反分析识别交通荷载

交通荷载作用下高速公路路面路基动力响应的分布和传递变化规律已成为解决路基问题的重要研究内容.文中针对道路工程结构的特点,研究基于实测路面振动加速度的交通振动荷载识别问题,建立道路结构动力响应计算模型,提出非线性系统交通振动荷载识别的增量有限元方法,推导了由实测加速度响应计算交通荷载的识别公式,通过工程实例分析,得到了一定条件下路面振动荷载时程曲线.     

典型沥青路面结构的力学响应对比分析

针对半刚性基层沥青路面、柔性基层沥青路面和复合式基层沥青路面三种国内典型路面结构,采用有限元分析软件建立仿真模型,模拟计算沥青路面拉应力、拉应变及剪应力等力学参数,对比分析三种路面结构在相同荷载及边界条件作用下的力学响应。通过对比分析可知:半刚性基层沥青路面竖向承载能力强,基、面层相接处受力不利;柔性基层沥青路面,基、面层共同承担外荷载,路面整体受力均匀,但变形较大;复合式基层沥青路面设置了柔性过渡层,综合了其他两种路面结构的特点,具有更广泛的适用性。     

非均布荷载作用下路面结构力学响应计算

选取了典型车型和典型路面结构,考虑了轮胎接地面积折减和压力的不均匀分布,进行非均匀分布垂直荷载作用下,沥青路面结构内力学响应的三维线弹性有限元计算,并分析了路面结构层模量变化时的影响。结果表明非均布荷载作用下面层结构内的剪应力值要明显大于均布荷载作用下的情况,现有设计方法可能低估了车辆荷载引起的路面响应。