重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型

为了研究路面不平度激励下移动重载汽车、路面结构和路基的动力相互作用,将重载汽车简化为由弹簧和阻尼器并联的匀速移动多自由度刚体模型,面层简化为离散基层块体支撑的带内部阻尼连续薄板模型,基层简化为支撑于粘弹性路基上的离散块体模型,并采用Wilson-θ法对建立的重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型求解,同时验证模型的可靠性.研究结果表明:移动重载汽车产生的动力效应显著,五轴汽车产生的轮胎接地力和路面动位移最大,随着后轴轴重的增加,轮胎接地力和路面位移呈线性增加;随着行车速度增加,轮胎接地力峰值和路面动位移峰值增加,但路面动位移均值变化较小;路面不平度等级由A级降为D级时,轮胎接地力放大倍数增大了1倍多,且路面动位移峰值增幅达72％;路基刚度对轮胎接地力影响较小,但路面位移的影响则较为显著.     

路面平整度及车辆振动模型的研究综述

为了在车-路或车-桥相互作用的耦合体系中更准确地模拟由路面不平整度引起的车辆动荷载,以及分析由动荷载引起的路面动响应,论述了路面平整度的各种定义,回顾了路面平整度的各项评价指标、评价方法及各种评价指标之间的关系。分类阐述了针对各种评价指标的现场检测方法及仪器,分析了路面平整度的各种数值模拟方法,并推荐了更符合实际情况的平整度数值模型,介绍了用于分析路面不平度引起的车辆动荷载的各种车辆振动模型。最后总结了研究路面平整度评价指标、不平度的数值模拟方法及车辆振动模型的发展趋势,提出了用于分析车辆与路面作用的耦合振动体系的各项参数的采用建议,为研究车辆随机动荷载作用下的路面或桥面动响应提供了理论依据。     

弹性层状路基刚性路面动力特性数值仿真分析

高等级公路路面结构体系的动力特性研究一直倍受工程界关注,由于动测试验实施数量有限且数据样本庞大,因此研究人员更多是采取数值仿真技术来对公路设计进行指导。采用刚性路面板与具有横观各向同性体性质的路基体构建高精度数值仿真模型,使用有限元—无限元耦合算法,编制相应的Matlab程序对实际工程中的水泥混凝土路面——层状路基结构体系进行静动力仿真计算。研究表明:通过模拟该体系在均布静载下的地基沉降数值计算,指出在利用有限元—无限元耦合方法解决板与地基构建的路面结构体系的基础上,对板与地基引入横观各向同性理论是满足计算精度要求的,并且使计算模型更接近实际情况,计算结果更具有实际指导意义;同时通过模拟车辆移动荷载对路面结构体系进行动力响应分析,对比考虑横观各向同性与否两种理论模型的计算结果,揭示了此结构体系位移、加速度最值的变化规律,为工程设计路面体系动力特性提供了一种高精度数值仿真方法。     

全风化花岗岩路基路面结构动力特性模型试验研究

路基路面结构受交通动荷载重复作用,表现出疲劳特性,并会产生不可恢复的残余塑性变形。通过3组室内大比例模型试验,研究了全风化花岗岩、全风化花岗岩水泥稳定土和土工格室加强等不同路基结构形式的路基路面结构受交通动荷载作用的动力特性,分析了路基路面结构动应力应变分布规律,得到路基路面结构动应力、应变和永久变形随车辆荷载大小、车辆荷载通过量(对应加载次数)、运行速度的变化规律,试验论证了全风化花岗岩及其水泥稳定土和土工格室加强作为高速公路路基填料的可行性和适用范围,评价了路基处理的效果,确定了路基质量控制标准,对高速公路的设计与施工具有指导意义。     

多年冻土区水泥混凝土路面下冻土路基温度场数值分析

运用abaqus有限元分析方法,对不同冻土断面类型,不同路堤高度的水泥混凝土路面路基温度场进行了数值模拟,计算结果与观测结果比较后证实有限元模型参数的选取和计算方法是正确可靠的。通过分析可以得出以下结论:在相同冻土断面地区,水泥路面基底融深较沥青路面下基底融深浅,体现了较好的热稳定性;不管何种冻土断面及路面类型,随着所处环境气温的升高,路面基底年最大融深均有所增加,沥青路面基底融深对中低温冻土地区气温升高的响应迅速,水泥路面基底融深对高温冻土地区气温的升高响应迅速;对于中低温多年冻土段水泥路面的大致路堤临界高度为1.2 m,对于高温不稳定多年冻土段,路堤临界高度在1.6 m左右,对于高温极不稳定多年冻土段,路堤临界高度在2.1 m左右。     

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...     

交通荷载作用下公路路基动力特性的数值模拟研究

根据交通荷载的特性,应用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,将交通荷载作用下的公路路基简化为三维立体模型,采用拟静力法来分析动态的数值问题,分别以静荷载、移动恒定荷载和正弦荷载的形式模拟交通荷载.从现有的弹塑性土体本构关系入手,建立路基土有限元模型,通过模型参数的确定,对路基土在交通荷我作用下的动力响应进行数值分析和计...     

车辆动荷载作用下黄土暗穴对路基稳定性影响的数值分析

针对车辆动荷载作用下黄土暗穴对路基稳定性的影响,运用有限元方法对其进行了动力响应分析。分析中将车辆通过时路面所承受的动荷载简化为落锤式弯沉仪(FWD)产生的动态冲击荷载,考虑了路面的实际结构体系以及车速、洞径、埋深和偏移距离等主要因素的影响。找出了临界洞室埋深随洞径和偏移距离变化的规律,并确定出了路基下伏暗穴治理范围,同时对动、静荷载效应进行了对比分析。结果表明:在实际计算中,可以将静载乘以某一“放大系数”作为计算荷载进行拟静力分析。     

滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究

棚洞垫层结构能有效地耗散滚石冲击能量,大幅度降低滚石冲击力,是滚石防护棚洞设计的关键参数。本文以Hertz接触理论为基础,考虑棚洞土垫层的弹塑性特性,运用动力有限元数值仿真技术,研究了滚石法向冲击荷载下耗能垫层结构,分析了滚石冲击速度、半径对垫层土体动力响应规律的影响,为棚洞垫层结构优化设计提供理论依据。计算结果表明:按照完全弹性理论计算过高地估计了滚石冲击力;滚石冲击能量主要转化为土垫层的塑性变形;土石垫层结构能有效地吸收滚石冲击能量,大大降低滚石对棚洞结构的冲击力。     

层状饱和土中单桩纵向振动分

基于饱和多孔介质理论,将土体视为液固饱和两相介质,利用Novak薄层法得到了饱和土的竖向动力阻抗,利用传递矩阵法研究了饱和土中桩的纵向振动并进行了参数分析。研究结果表明：桩周土的性质、土层厚度和土层分布对桩顶复刚度有很大的影响,土层剪切模量比越小,复刚度随频率变化曲线的峰值越小,峰值的间隔也越小;对于上软下硬土层,下层硬土层越厚,桩的复刚度随频率变化曲线的峰值越小;土层液固耦合系数的差异对桩的纵向振动特性也存在一定的影响,但相对较小。     

重载作用下典型路面结构动态响应数据采集与分析

通过在试验路埋设沥青应变仪、温度场传感器等路面响应监测设备,采集了荷载和环境因素作用下不同路面结构沥青层底动态应变响应,分析了动态应变响应特征和应变响应与路面温度、轴载的关系,比较了不同结构的沥青层底最大应变值,构建了路面结构沥青层底应变响应预估模型,揭示了不同路面结构在重载及温度耦合作用下的沥青层底动态应变响应规律。研究结果表明,随着轴载的增加、路面温度的升高,沥青层底最大拉应变增大;不同路面结构沥青层底应变响应变化与其结构组合、交通荷载及环境因素有关,表现出一定的重载和温度敏感性差异;在对比的结构中,组合式基层结构比永久性路面结构具有更小的沥青层底拉应变,传统半刚性基层结构在重载和较高路面温度下具有较大的沥青层底应变响应。     

用于公路车-桥系统振动分析的精细化轮胎模型

为了解决当前公路车桥耦合振动模型中轮胎模型过于简化、车轮-路面接触力与桥梁响应计算结果不够精确的问题,提出了一种精细化轮胎模型.首先基于车辆橡胶轮胎的几何、力学特征,建立了径向弹簧力学模型并进行了理论推导;然后考虑轮胎与路面接触面的刚度分布特征和高速状况下轮胎的惯性力,提出了轮胎接触面分布刚度的计算方法,保证了轮胎接触...     

基于实测验证的沥青路面力学模型研究

实测不同路面结构温度、应变数据,与不同路面力学模型、参数的计算结果对比,研究与路面实际受力更为相符的力学模型和材料力学参数.对不同路面结构的层间连续状态进行分析,并研究了路面力学指标计算结果的修正方案.结果表明:基于动态模量的弹性层状体系更适于路面力学分析;力学模型中柔性路面、组合式基层沥青路面层间状态可假设为连续,半...     

运营期公路边坡养护决策多层次分析方法研究

针对现有公路边坡养护指南中边坡安全状况分级标准模糊的特点,为科学制定边坡养护对策,提高运营期公路边坡养护质量,根据运营期公路边坡特点,在考虑了指标体系全面性、科学性和可操作性的基础上,建立了包含13项评价因子和4类分项评价对象的边坡安全性多层次评价模型,利用改进多层次分析方法确定了各层级评价指标的权重矩阵.改进多层次分...     

沥青路面微波现场热再生传热模型研究

为了研究沥青路面微波加热再生过程中的温度场分布,根据傅里叶传热学理论建立了二维微波热再生传热数学模型;用角锥喇叭口面场近似辐射场,研究了微波内热源;建立边界条件并进行了归一化处理。基于控制容积的有限差分法（CV-BDM）建立了微分方程的隐式离散格式并进行了数值模拟;选用了工业频率2．45GHz的微波试验系统,采用连续加热工艺和间歇加热工艺,研究在沥青路面内二维温度场中温度随加热时间的变化特性。结果表明微波加热时温度上升是非线性的,在加热初期升温较慢,后期升温较快;沥青混合料内温度分布是不均匀的,其口面中心区域附近温度较高,而边缘处温度较低。当采用间歇加热工艺时,可有效提高沥青混合料受热均匀性。必须合理选择加热时间。数值模拟和试验取得了较好的一致性。     

基于ABAQUS的港口刚性道面结构三维空间有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,在Winkler地基上建立四边自由的集装箱荷载-道面结构-地基三维有限元双层板模型,进行了混凝土道面结构在集装箱重箱荷载作用下的力学响应模拟,分析了板中与板边受力条件下的刚性板的应力特性;根据道面结构层间接触的特点,考虑了双层板模型中层间相互联结与光滑无摩阻两种接触情况,对比分析了两种接触状态下混凝土板的应力特性;基于不同地基反力系数,进行了道面结构力学响应模拟,分析了地基反力系数对混凝土道面结构刚性板的弯拉应力的影响,为实际设计中节省工程材料,降低混凝土弯拉应力提供参考。     

基于内聚力模型的沥青路面低温缩裂研究

为了深入分析沥青路面低温收缩裂缝的形成和扩展问题,引入了双线性内聚力模型。使用双线性内聚力模型模拟了沥青路面的低温缩裂过程,并且讨论了双线性内聚力模型参数和面层结构参数对低温缩裂的影响。研究表明:随着温度的降低,沥青面层经历了从材料损伤到断裂的过程。在降温幅度较小时,沥青路面虽然没有形成宏观裂缝,但是路表附近的路面材料已经经历了一定程度的损伤;当降温幅度达到一定值时,沥青路面就会发生脆性断裂,形成宏观裂缝。增加断裂能可以减小路面的损伤程度和受损深度,降低路面的断裂温度,从而延缓了路面的断裂。与断裂能相比,提高开裂强度可以更有效地减小路面的损伤程度和受损深度;减小面层的弹性模量和温度收缩系数可以有效地减小面层的损伤程度。