基于桥面不平度的车辆动载对铺装层应力的影响研究

为了研究混凝土桥梁在车辆随机动载作用下,桥面不平整度对铺装层控制应力响应的影响规律,采用具有典型性的双自由度1/4车辆模型,考虑车轮的随机动载作用,建立车—桥—铺装层耦合振动的实体模型,研究了铺装层不平整度以及车速变化时,铺装层控制应力的变化规律。结果表明：铺装层的应力极值响应相比于跨中节点的应力时程响应,不仅可以反映车辆荷载的随机性,还能够抓住结构最不利响应;同一不平整度下,铺装层内各项控制应力的极值响应曲线峰值的放大系数非常接近;当桥面平顺性一般及较差时,铺装层各项控制应力的极值相比于桥面绝对平顺时增大了1倍多。通过对桥面铺装平整度进行测量和评估,可一定程度上把握铺装各项控制应力的变化情况,可较为直观和方便的实现对铺装层的检测评估。     

考虑桥面不平整度的铺装层动力响应研究

为了研究混凝土桥梁在车辆随机动载作用下,桥面不平整度对铺装层控制应力响应的影响规律,采用具有典型性的双自由度1/4车辆模型,考虑车轮的随机动载作用,建立车-桥-铺装层耦合振动的实体模型,研究了铺装层不平整度以及车速变化时,铺装层控制应力的变化规律.结果表明:铺装层的应力极值响应相比于跨中节点的应力时程响应,不仅可以反映车辆荷载的随机性,还能够抓住结构最不利响应;同一不平整度下,铺装层内各项控制应力的极值响应曲线峰值的放大系数非常接近;当桥面平顺性一般或较差时,铺装层各项控制应力的极值相比于桥面绝对平顺时增大了1倍多.通过对桥面铺装平整度进行测量和评估,一定程度上可把握铺装各项控制应力的变化情况,能较为直观、方便地实现对铺装层的检测评估.     

车辆动载对路面的永久变形损伤评价

不平整路面能够引起较大动荷载,动荷载的激励又使路面不平度增加,该互相促进过程使得路面破坏在不断加大,因此研究车辆动载对路面的损伤具有重要意义。永久变形作为路面的主要病害,对路面不平度和行车舒适性有较大影响。文章用自回归(auto regressive,AR)模型模拟路面随机激励的时域模型,并应用在建立的1/2车辆模型中,求解汽车在不平整路面的振动响应量;根据"四次方定律"提出了车辆动载对路面永久变形损伤的评价指标,并在不同路面等级、不同车速等情况下研究车辆动载对路面永久变形损伤情况。     

考虑摩擦系数的沥青路面动态轴载换算

为研究复杂工况下的动态轴载换算,分析了车辆移动荷载作用下沥青路面的动力响应,对数值计算的有效性和车辆行驶特性的影响进行了研究,并提出了动态轴载换算公式.基于二维Lamb问题验证了数值计算的有效性,并建立刚性基层沥青路面的三维动力学数值模型,分析不同车速、路面摩擦系数和轴载等因素的影响.当荷载匀速移动时,轴载和路面摩擦系数对路面动力响应的影响明显,考虑摩擦系数的动态轴载换算指数明显大于静态荷载.结合车辆和路面多种影响因素的三维有限元计算模型更符合沥青路面结构的实际受力状态,动态轴载换算公式可用来改进当前的规范设计.     

车辆荷载作用下的黄土路堤结构体系受力与变形数值分析

针对车辆动荷载作用下黄土地区公路结构体系受力与变形问题,运用有限元法对其进行了数值分析.将车辆荷载简化为车辆静载与正弦周期荷载相叠加的动态荷载,分析中考虑了道路的实际结构体系、车速以及路面平整度条件下的动轮载系数等主要因素的影响.分析结果表明:动应力在道路横向呈现"W"状分布,且在车轮两侧向外快速衰减;沿道路各结构层竖向,应力衰减相对较慢,当距路面3.4m时,最大动应力约为25kPa.路面与基层变形基本一致,且较小,其中路基及下部地基的变形占总变形90%以上.车辆移动速度为20m/s时,道路沿纵向整体最大变形量为6.0mm;超载状况下,路面的最大变形量为15.6mm,为标准轴载下的路面变形的2.5倍左右,这表明车辆超载是诱使道路产生病害的重要原因.     

双层水泥混凝土路面结构临界点位置分析

针对我国水泥混凝土路面刚性、半刚性材料作为基层大量使用的情况,基于弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,采用3维20节点实体单元,讨论了轴载作用下水泥混凝土路面结构(面层和基层)最大荷载应力点的位置、大小和对应的荷位,多轴荷载对最大荷载应力位置和大小的影响,以及移动轴载作用下的最大荷载应力影响线;分析了轴载作用于不同荷位时,基层有无超宽对面层、基层自身最大荷载应力的影响,以及轴载向面层内侧移动时路面结构最大荷载应力的变化规律;讨论了温度翘曲和荷载作用的耦合效应.研究结果可用于确定水泥混凝土路面结构临界点的位置.     

基于路面不平度的路面附加动载分析

为了能够分析出与实际车辆动荷载更接近的动载,基于路面不平度分析了较低等级路面B、C、D的附加动载.分析结果表明:车辆行驶速度、路面等级不同,车辆对路面产生的附加动荷载的作用点的位置也不相同;路面附加动载随着路面等级降低逐渐增大;在相同的路面条件下,附加动荷载大小并不是随着车速的增大而增大的,而是在某一车速下达到最大值.     

高等级路面上的车辆动载荷

为研究重型运输车辆对高等级路面作用的动荷载,建立1/2车辆动力学模型,研究了路面不平度、车辆速度、轴重和胎压等因素对车辆动载荷的影响。研究结果表明:车辆动载系数随着路面不平度、车辆速度和胎压的增加而增加,随着轴重的增加而减小;车辆动载荷随着各个参数的增加而增加;标准载荷下,A级路面动载系数为1.12~1.19,B级路面动载系数为1.23~1.38,C级路面动载系数为1.48~1.76,D级路面动载系数为2.00~2.52。     

竖向动态荷载作用下沥青路面力学响应分析

在动荷载作用下,沥青路面结构的应力、弯沉值变化规律同静载作用时不同。应用有限元程序NASTRAL对沥青路面在竖向动态载荷作用下的路面结构响应进行了数值模拟,分析了二维平面应变模型动态响应规律。指出在竖向动态荷载作用下,随着车速的增加,路面的最大弯沉将减少,其值视动载作用时间不同而为静载作用时的几分之一到十几分之一。当载荷消失后,路面内各计算点的应力值迅速减小,尤其竖向应力减小幅度更大。路面最大弯沉值与路面内各计算点的应力最大值出现时间不同,应力在载荷消失后立即达到最大值或延迟时间非常短,而弯沉最大值延迟时间相对较长。     

考虑层间粘结的水泥路面荷载应力数值模拟

为分析轴载和层间粘结程度对水泥路面荷载应力的影响,在基层和面层之间设置了反映层间粘结程度的接触单元,进而建立了车辆荷载作用下的水泥混凝土路面三维数值模型。利用模型分析了:1)标准轴载下层间粘结状态对水泥路面面层和基层应力的影响;2)轴载对水泥路面荷载应力的影响。结果表明:1)随着层间粘结程度增加,水泥路面板底拉应力减小,基层底拉应力增加,但基层底拉应力不大;2)随着轴载增加,水泥路面板底拉应力增加。随着粘结程度增加,板底拉应力增长速率越来越低;3)在超载条件下,综合考虑荷载应力和温度应力,层间完全粘结更有利于水泥混凝土路面板承载。     

随机实测车辆荷载下大跨径斜拉桥钢箱梁的动力响应特征

依据南京长江第三大桥的实测交通流统计数据,结合等效疲劳损伤原理建立随机状态下的车辆荷载谱,基于有限元数值仿真程序进行全桥动力响应分析。通过计算大桥在实测车流作用下主梁不同位置位移和内力的动力响应时程曲线,分析车辆运营时程内主梁截面内力变化及动力放大系数。结果表明：随机车流作用下大桥主梁塔根处弯矩及轴力绝对值最大,跨中处弯矩及轴力变化幅值最大,而在1/4跨位移动力响应最大。跨中、1/4跨和塔根附近截面在时程内的最大应力幅值处,动力放大系数在1.00~1.03之间,动力放大系数比单考虑弯矩或轴力时稳定,且动应力放大系数与国内现行规范的动力放大系数较为吻合。     

车辆动荷载对路面结构的影响

本文用动荷系数来评价车辆作用于路面的动荷载,把车辆静载与动荷系数的乘积视为车辆动载,以此分析车辆动荷载对路面结构的影响。     

钢管混凝土桁梁—格构墩轻型桥梁车振性能分析

为研究钢管混凝土组合桁梁—格构墩轻型桥梁在车辆荷载作用下的响应特性,以干海子特大桥为研究对象,采用考虑路面不平整的桥梁与车辆相互作用力学模型,对轻型桥梁的恒活载作用比例、基本动力特性以及移动车辆作用下的动力性能进行分析,并对冲击系数和行车舒适性进行讨论。研究结果表明,采用双轴车辆模型可较保守地评价轻型桥梁的动力特性,其动力响应随着车速增大而增加;移动车辆作用下,干海子特大桥主要产生竖向与横向振动,其卓越频率分别为2.501 Hz与0.275 Hz,多车作用下的动力响应远大于单车作用;干海子特大桥活载作用比例较常规钢筋混凝土桥梁有较大幅度增加;数值计算得到的干海子特大桥冲击系数略低于按规范计算得到的结果;建议采用Sperling指标和小堀·梶川指标进行干海子特大桥的行车舒适度评价。     

基于温度-车辆荷载作用下沥青路面细观力学响应

为了研究温度-车辆共同荷载作用下沥青路面各结构层细观力学响应,依据常用沥青路面各结构层材料级配及孔隙率建立了离散元模型,通过拟合室内单轴压缩应力-应变曲线获取模型的细观参数.在此基础上,对车辆荷载和不同温度作用下的沥青路面响应进行求解,分析各结构层细观力学响应及结构层颗粒变化情况.研究结果表明:在移动荷载及温度共同作用下,随着路面结构层深度增加,垂向位移逐渐降低,温度越高垂向位移越大;各结构层垂向应力随路面深度增加而依次减小;水平方向各结构层应力情况复杂,上面层处于受压状态,其余结构层颗粒既有受压也有受拉状态;切向应力处于拉应力与压应力交替状态,温度对颗粒应力影响较大;颗粒前期速度振动较为剧烈,后期速度振动较为平缓.     

典型沥青路面动态应变响应特性及疲劳寿命分析

针对半刚性路面(S1)、倒装式路面(S2)、组合式路面(S3)开展三维有限元计算,分析其面层底动态应变的空间分布特性及车辆荷载参数对沥青路面动态应变响应的影响规律;同时,基于应变响应及沥青层疲劳预估方程,对比不同类型路面的疲劳寿命.结果表明:行车荷载在沥青路面面层层底平面所引起的拉应变主要集中在轮印作用区域,其由应变值所表征的最不利位置出现在轮印面积中心;车辆动载条件下的应变响应量小于静态荷载模式,其中,S2的动、静力差异性表现尤为显著;随着轴质量的增加,面层底动态应变逐渐增大;而随着车速的提高,应变响应量逐渐减小;随着轴质量的增加,沥青层疲劳寿命急剧减小;在行车安全的前提下,合理提高车辆行车速度有利于提高沥青路面使用寿命,3种路面的面层疲劳寿命排序为S1>S3>S2.     

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40 km/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.     

车辆荷载对公路路基的动力作用研究

分析了路面工况对车路动态响应的影响,研究了不同车速对路面动态响应的影响,讨论了不同质量的车辆对路面的动载作用情况.结果表明:在竖向上随着深度的增加动应力呈衰减趋势;车—路耦合产生的动载作用受路面工况的影响较大,路面等级越低(路况越差),车辆对路面的动载荷越大;车速增加,车辆对路面的动载荷也随着增大;在相同条件下,重型车辆较轻型车辆对路面的动载荷要大很多,即重车对路面的破坏作用更为严重.     

动态荷载作用下不同下封层沥青路面力学响应分析

目的分析在两种不同行驶位置的移动荷载作用下,不同下封层沥青路面力学性能的差异.方法笔者对4种不同下封层的沥青路面进行室内模拟试验,获得不同下封层下基面层间的连接状况参数.在此基础上建立移动荷载作用下不同基面层连接状况的沥青路面结构有限元分析模型.结果基面层连接状态越好,移动荷载作用下所产生的应力越小;荷载位于路面中间所产生的竖向剪应力和基层层底拉应力比荷载位于路面两侧时大;在不同基面层间接触状态下,荷载位于路面两侧的竖向剪应力的差异性大于荷载位于路面中间,荷载位于路面两侧的基层层底拉应力的差异性稍小于荷载位于路面中间.结论与在路中央行车相比,在路两侧行车对路面的不利影响更小.下封层的连接效果越强,荷载对路面结构的不良影响越小,故推荐使用橡胶沥青封层.     

城市道路半刚性路面动力性状分析

在充分考虑振动荷载产生机理的基础上，从车辆荷载的模拟入手，考虑车一路之间动荷载相互作用，通过建立路基有限元模型，研究了路面在车辆动载作用下的动力性状。     

动荷载作用下刚性路面动力响应特殊函数分析方法

本文将车辆轮胎的接地形状简化为矩形，将刚性路面视作弹性地基上的板，将行车荷载视为瞬间冲击作用，使用特殊函数描述。刚性路面受到冲击荷载作用产生的应力以空间波动的形式传播，建立三维波动方程，将振动波在刚性路面中传播过程简化为波动方程的初值问题。根据边界条件和初始条件，采用数学和力学方法对冲击荷载作用下刚性路面的动力响应进行了分析，得到刚性路面任意一点的运动规律。考虑材料的力学性质，可以得出路面中各点的位移的应力，同时可以得出任何一点达到最大应力时所需的时间，以及应力在刚性路面的消散过程。从而得到行车速度对刚性路面各点应力的影响。结果表明使用特殊函数法分析行车荷载作用下刚性路面的应力是合理的，车速越高对下层路面影响越小，结果比较符合实际，计算简单，便于应用。