温度场及非均布移动荷载作用下沥青路面力学响应分析

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度-荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

移动荷载作用下桥梁动态响应的数值模拟

对车桥系统耦合振动理论进行了分析,研究了桥梁在移动车辆荷载作用下的强迫振动,分析其共振条件及移动荷载作用下桥梁的行为特性,并采用数值模拟计算的方法,比较了桥梁在匀速常量力和匀速简谐力作用下的动态响应,得出在移动荷载作用下桥梁产生的变形和应力,为桥梁的设计提供依据.     

车辆移动荷载作用下的基坑边坡动力响应

车辆移动荷载会影响基坑边坡的沉降变形,严重者将导致基坑坍塌。通过数值模拟分析了车速在20km/h、15km/h和10km/h三种工况下的基坑竖向位移特征,并与柔性基础地基沉降位移计算方法和现场测试数据进行对比。结果表明：基坑的动力响应完全依赖于车辆的移动荷载变化,与共振无关。车速越慢,竖向位移变化越明显。位移变化最大的位置在基坑顶部,且随着深度的增加,位移响应逐渐减小,在地表12.5m以下,移动荷载对沉降位移已无明显影响。数值模拟中的瞬时最大位移与柔性基础地基沉降位移计算方法得到的结果相近,验证了数值模型的可靠性。与测点实测位移对比可知,基坑顶部出现了一定塑性变形,由于模拟时间的界限,计算的最大塑性位移为6mm,小于实测值,符合力学预期。上述研究成果可为设计前期移动荷载对基坑的扰动估算提供一定的参考。     

移动荷载作用下柔性路面的动力响应

将车辆荷载的接地形状简化为矩形，将柔性路面视作多层粘弹性半空间体，并考虑路基材料对应变幅的依赖性，采用修正的平面应变模型，用传递矩阵配拉氏变换和傅立叶变换法，对移动的平稳荷载作用下柔性路面的动力响应进行了分析，得到了柔性路面任意深度处的应力和位移，并将理论计算结果用模型试验进行了验证。结果表明，移动荷载作用下柔性路面的动力响应分析方法结果正确，计算简单，便于应用。     

预应力梁桥在移动荷载作用下的动力响应分析

建立双折线型预应力钢筋混凝土等直梁的强迫振动的运动微分方程,分析了梁在预应力钢筋作用下的横向振动问题,将运动微分方程解耦,得到梁在预应力作用下固有频率的解析解以及梁振动时的动力响应,分析了梁的固有频率与预应力和偏心距的关系.通过实例计算,得到梁在不同速度移动车辆荷载作用下的动力挠度曲线,给出了是否考虑预应力时梁的动力效应的比较.     

圆柱壳体在移动集中荷载作用下的弯曲解

本文讨论了唐奈尔(Donnell)简化圆柱壳体理论的局限性,放弃了唐奈尔的部分简化假设,考虑了横向剪切力和切向位移的影响,建立了任意长圆柱壳体在一般荷载作用下的修正理论.文章给出两端简支的任意圆柱壳的静力分析和动力响应,得出显式分析解.最后,进行算例计算.     

集中荷载和均布荷载作用下悬臂箱梁剪力滞效应试验

对悬臂箱梁进行集中荷载和均布荷载的加载试验,探讨沿箱梁轴向剪力滞影响程度的变化,以及加载形式对悬臂箱梁不同区域的剪力滞影响.结果表明:在集中荷载和均布荷载作用下,悬臂箱梁同时存在正剪力滞现象和负剪力滞现象,从自由端至固定端方向,箱梁受负剪力滞的影响逐渐减小,受正剪力滞的影响逐渐增大;均布荷载作用下的剪力滞系数大于初等梁理论的计算值;相较于均布荷载,悬臂箱梁在集中荷载作用下受剪力滞的影响较小,正、负剪力滞分界点离固定端较远.     

局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上厚矩形板的弯曲

在建筑结构设计中的局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上矩形板的计算一般采用有限元法和图表,在理论上很难获得一般性的解析解.本文以局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上四边简支厚板的弯曲问题为例,由功的互等法导出了一般封闭解析解的表达式,给出了图表形式的计算结果,并与有限元结果进行了对照.证明了本文给出的一般性封闭解析解的表达式是正确的.     

爆炸荷载作用下空间钢框架破坏过程分析

采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA研究空间钢框架在爆炸荷载作用下，从开始发生变形直至倒塌的全过程。分析中考虑了爆炸载荷作用时间和荷载峰值对结构动力响应的影响。结果表明：在爆炸荷载作用下，结构变形形态具有局部性和弱传递性，即爆炸区的梁柱首先产生大变形并伴随大塑性应变，最后在横梁和立柱端部达到材料失效应变而断裂，其他部位受到的影响则很小；爆炸部位处的构件断裂破坏后，剩余的结构会在自重和恒载作用下发生连续倒塌。     

非均布动荷载作用下车速对粘弹性沥青路面寿命的影响

在不考虑超载情况下,为探求重载货车行车速度对沥青路面使用寿命的影响,采用层状体系理论,建立ANSYS 3-D有限元粘弹性路面结构模型;针对不同车速及非均布动荷载作用下路表面弯沉值的变化进行了计算和分析,并利用轴载换算方法对仿真结果在不同车速下的寿命比进行了比较.结果表明,当重载车速在10～32 km/h之间时,路面的动态弯沉值显著大于静态弯沉值;当车速在17 km/h时,动态弯沉比静态弯沉大22.4%,此时沥青路面的实际使用寿命比设计寿命缩短将近61.5%.在合宁高速公路上开展的交通调查结果显示,高速公路入口2 km内、收费站前1 km内、车辆爬坡路段及交通繁忙的大桥上,大多数重车的车速都处于不利行车速度,对路面实际使用寿命的影响非常显著.     

基于FWD荷载下的沥青路面实测动力响应分析

沥青路面基于高度条件和重载作用,其受力状态以及静载模式下的受力条件都会产生极大差异.通过试验分析基于动载激励条件下沥青路面的动态响应规律,在此基础上分析沥青路面的损害机理.为研究动态荷载作用下沥青路面的实测动力响应,基于实际工程,构筑了3种典型的沥青路面,采用FWD(落锤式弯沉仪)分析沥青路面的动态弯沉盆特性,通过动态应变传感器,得到基于动态荷载下的层底弯拉应变响应.结果表明:沥青路面结构的动态响应随FWD荷载的变化表现出非线性特性,3种沥青路面结构的面层底具有较低的应变状态,且几乎不对路面累计疲劳造成损伤,相对于横向应变,具有较大的纵向应变能力.     

动荷载与温度场作用下沥青路面坑槽修补界面力学特性研究

针对沥青路面坑槽修补后接缝破损现象突出问题,利用有限元软件建立沥青路面坑槽的三维有限元模型,分析了半波正弦荷载与移动均布荷载作用下坑槽修补界面的应力变化规律,并计算了周期性变温条件下坑槽修补界面的温度场与应力场的分布规律。研究结果表明：沥青路面坑槽修补界面主要受压和受剪,拉压应力交替变化的波形是使路面修补区域产生破坏的主要因素;修补区域路表由于温度应力的影响,很容易造成接缝开裂和向下延伸的趋势,且日温差越大沥青路面修补区域界面的温度应力也越大。     

湿度影响下的重载交通沥青路面动力响应

考虑地下水和雨水入渗的影响,运用ABAQUS软件建立重载交通沥青路面动力分析模型,分析地下水上升和降雨入渗引发路基湿度变化后的路基动态回弹模量分布规律,以及三轴双轮移动重载作用下沥青路面的动力响应.分析结果表明,地下水距路基顶面越近,对路基模量的分布影响也越显著,降雨入渗与动载共同作用处的路基模量折减更明显;地下水位距路基顶面高度从6 m减至2 m时,面层层底拉应变由70×10~(-6)增至173×10~(-6);降雨强度增大对外侧车道处的面层层底拉应变影响巨大,对中间车道的影响较小;降雨天数增加,两侧车道的面层层底拉应变反而减小,而中间车道的趋势相反,拉应变随着降雨天数增加而增大.     

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.     

移动交通荷载下饱和沥青路面的水力耦合分析

为了解沥青路面的水损害机理,基于Biot动力固结理论,建立了移动交通荷载下“面层-基层-路基”三层体系的物理模型和水力耦合动力控制方程.利用Fourier级数展开、Fourier变换等方法获得了各路面结构层中各物理场分布的半解析解和数值解.经过对比分析干燥路面和饱和路面面层中的应力分布和孔隙水压力分布、路面面层底部排水条件对路面动力响应的影响以及路面剪切模量对孔隙水压力分布的影响,发现:相对于干燥弹性的沥青路面,饱和沥青路面在移动交通荷载的作用下会产生较高的拉应力,形成更大的拉应力区;完全排水边界会显著影响高渗透性路面内的孔隙水压力和孔隙水流速的分布和大小,但是对于低渗透性的路面而言,完全排水边界对孔隙水压力和孔隙水流速的分布和大小影响较弱,只在接近于面层底部的小区域范围内影响显著;最大孔隙水压力随着面层剪切模量的增大而有所降低;排水和不排水边界条件下的最大孔隙水压力都随着基层剪切模量的降低而有所增大.     

基于动态模量的沥青路面开裂分析

在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来考虑荷载作用频率和温度对沥青混合料力学性质的影响,采用移动荷载模式,利用断裂力学的方法分析了典型柔性基层沥青路面的开裂机理.研究表明:轮载经过裂缝1次,根据不同工况,可能在裂尖引起1个,2个或3个张开型应力强度因子(KⅠ)峰值.而剪切型应力强度因子(KⅡ)总有2个峰值,且大小相等,方向相反.分析了温度、行车速度及裂缝长度对裂尖应力强度因子及其作用频率的影响.当裂缝较短且温度较低时,裂缝扩展主要由KⅠ引起.随着裂缝长度的增加和温度的升高,KⅡ逐渐成为裂缝扩展的主要因素.     

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明：公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。     

运动荷载作用下Vlazov地基上梁的动力分析

采用Vlazov地基模型,研究了运动荷载作用下弹性地基上梁的动力响应问题.运用Fourier积分变换和留数定理对动力控制方程进行求解,得到了平面应变条件下覆盖于基岩的均质弹性层和非均质弹性层地基上梁的动力响应解析解,并进一步分析了荷载运动速度、地基厚度及地基非均质性等对梁变形的影响规律.研究结果表明,荷载运动速度、地基厚度及地基土的非均质性对梁的变形影响较大.     

圆形均布荷载下铺面结构层应力的水平向分布规律

基于弹性层状理论,研究圆形均布荷载作用下铺面结构层底弯拉应力,土基顶面压应力水平向分布规律.考察了铺面结构层层底径向应力系数φr、切向应力系数φθ和土基顶面压应力系数φz随距荷载圆中心点水平距离r的增加而衰减的规律,分析总结了铺面结构参数对上述3个应力系数的影响,给出了3个应力系数与铺面结构参数和距荷载圆中点水平距离r之间的回归关系式.