基于动力有限元的路基动力响应数值模拟分析

为了研究路基动力响应特性,本文基于动力有限元原理,采用考虑Rayleigh阻尼的空间三维非均质线弹性体系作为结构模型,通过Newmark法求解在FWD脉冲荷载作用下结构的动力响应,并用Fortran90语言编制了相应的正演计算程序,并与实测数据及大型有限元程序计算结果进行了对比与分析,结果表明:该程序计算结果与实际结果...     

FWD技术在水泥混凝土路面检测中的应用

落锤式弯沉仪(FWD)是目前国内最先进的路面强度无损检测设备之一.本文依托于广清高速公路水泥硂路面养护工程,对目前流行的几种路面脱空检测方法进行横向对比.经过对比之后发现FWD设备在对路基顶面弯沉,板底脱空检测等多方面具有体积小、经济、快速、准确等优点,根据实际情况值得大力推广使用.     

柔性基层沥青路面车辙预测模型试验分析

介绍了沥青路面车辙预测模型，该模型通过落锤式弯沉仪（FWD）弯沉盆反算路面不同层位的模量．采用Kenlayer程序计算各层表面的弯沉和应力，以及各层的永久变形参数，得到了不同荷载作用次数下的预测车辙，并利用足尺加速加载试验来分析该模型和车辙的形成规律．结果表明预测模型能较好地反映加载过程中车辙的形成和车辙的大小．     

基于人工神经网络的沥青路面模量评估

介绍了利用弯沉盆参数和人工神经网络方法来处理FWD（落锤弯沉仪）的测量结果用于结构层模量的评估。在研究弯沉盆信息时,利用FORTRAN程序进行了轴对称模型的动力有限元分析.与现有的反算程序中利用迭代不断调整模量来匹配弯沉的方法不同,本方法利用基层破坏指数和形状因子两个参数来确定土基模量,并将土基模量和其他参数一起作为输入,利用人工神经网络来预估上层模量.最后,分别利用本方法和软件ELMOD对实测FWD数据进行分析,结果验证了本方法的可行性.     

级配碎石基层沥青路面FWD反算模量换算系数

为了获取真实反映沥青路面结构力学特性和材料性状的结构模量参数,铺筑了4种结构级配碎石基层沥青路面足尺试验路,对其进行加速加载疲劳破坏试验和路面弯沉检测。基于FWD弯沉测试方案,应用分层检测分析方法逐层检测了路面结构层的弯沉,并根据足尺路面加载破坏的损坏程度,进行了路表FWD弯沉测试和弯沉迭代反演,分析了FWD反算模量受荷载水平、位置和路面温度的影响规律,建立了FWD反算模量与实验室动态模量的关系,提出了沥青混凝土、级配碎石和路基土实验室动态模量与FWD反算模量的换算系数K。研究结果表明：沥青混凝土模量受温度和轮载作用的影响最大,路面结构完好的沥青层反算模量换算系数K=0.7~1.0;路面出现Top-down开裂后,K=1.3~1.5;沥青层层底出现疲劳破坏时,K>1.5;级配碎石层反算模量换算系数为1.32~1.49;土基反算模量换算系数与其所受的应力水平及土质类型相关,随应力水平的降低,土基反算模量换算系数减小。     

基于便携式落锤动力弯沉的路基弯沉预测模型

为了提高路基弯沉检测的效率和精度,以便携式落锤弯沉仪PFWD为平台,对路基弯沉盆指标进行了分析研究.并且针对含砾黏土和含碎石黏土2种不同路基结构,基于回归分析技术及人工神经网络智能方法构建了动弯沉与贝克曼梁静态弯沉之间的分析模型,并对2种不同模型的预测结果进行评价分析.实测数据表明,由于考虑了弯沉盆指标,采用回归模型对2种不同路基的贝克曼梁静弯沉预测相对误差均值分别由4.64％和3.99％下降到3.01％和2.35％,回归方程对贝克曼梁静弯沉的预测精度得到了提高;同时,采用BP神经网络模型预测相对误差均值分别为1.66％和1.80％,优于多元回归模型.研究结果可以为路基贝克曼梁静弯沉的检测提供参考.     

不同飞机载荷下机场跑道实测动力响应

基于丹佛国际机场跑道实测道面应变及弯沉数据,分析不同载荷飞机(B-737-300、B-757-200、B-777-200)在滑行过程中机场跑道的动力响应。结果表明,三种机型作用下跑道的应变与弯沉变化相似,均表现为峰值与轮轴相对应。跑道横缝板的板边与板中,主要表现为压应变,且维持一定水平后波动;在纵缝板的板边,应变表现为拉压转换,应力处于循环状态,轮轴间的应变回复量显著,易发生疲劳破坏。纵缝板的板边和板中弯沉曲线表现为单峰值余弦形式。板角与横缝板板边弯沉为双峰值曲线;且曲线上加载段与卸载段存在突变现象。在飞机载荷作用下,3.05~6.10 m范围内地基主要表现为弹性变形;可将3.05 m深度以下地基视为弹性地基。所得结论对机场跑道工程的优化设计与科学施工具有参考价值。     

沥青路面结构响应的试验分析

分析落锤式弯沉仪的弯沉数据得到的路面层模量与实测的沥青层芯样劲度模量,然后利用理论的模型计算路面响应,比较测量和理论计算的值。采用多层弹性理论反算模量。正算时采用了三种不同的理论模型,三种模型分别为多层弹性理论;当量厚度的线弹性方法及考虑沥青层粘弹性的有限元方法。结果表明,利用有限元方法计算的结构响应更加接近实际测量结果。     

基于车辆加载实验的沥青路面动力响应分析

为研究车辆荷载作用下路面结构的动力响应,对沥青路面进行不同轴重,车速及不同的沥青层厚度条件下路面动力响应实测。结果表明:(1)柔性基层底部、下面层底部应变随车速增加而减小,随轴重增加而增大;(2)轴重相同时,下面层底部应变大于柔性基层底部应变;(3)下面层底部及柔性基层底部应变均随沥青层厚度增加而减小,厚度增加至23 cm时柔性基层底部应变不再显著降低;(4)基于层状弹性理论体系的计算结果与实测应变发展趋势并不一致,计算结果显示柔性基层底部应变大于下面层底部,拉应变随深度增加而增大,而实测结果表明最大应变并没有如计算那样出现在柔性基层底,而是出现在下面层底,因此经典层状弹性理论体系中以沥青混合料层底拉应变为最不利应变具有一定局限性。     

FWD作用下沥青路面动态弯沉数值分析

在有限元原理的基础上,建立了沥青路面动力特性模型,并通过与实测数据进行对比分析验证所建模型的精度,研究了在FWD作用下路面厚度、模量、加载速度对路面动态弯沉的影响.研究结果有助于根据路面结构的动力特点进行路基路面结构设计,同时对分析路面损坏的原因及采取何种预防措施提供参考及依据.     

环氧沥青道面高温足尺加速加载动力响应

利用MLS66加速加载试验系统对某军用机场试验段2种典型的环氧沥青道面进行足尺加速加载试验.考虑到高温环境影响,将道面加热至60℃,研究2种道面的环氧沥青面层以及沥青混凝土下卧层的动力响应特性.环氧沥青面层响应在加载初期均为拉压交替变化,而加载后期半刚性基层道面以拉应变为主,复合道面以压应变为主;沥青混凝土层均以压应变为主.通过响应结果分析可知,在高温条件下受沥青黏弹性和流变性影响,道面的力学行为和状态随加载次数的增加发生变化;不同力学响应导致环氧沥青道面结构高温条件破坏机理不同,因而设计控制指标亦不同,复合道面控制压应变,半刚性基层道面控制拉应变.     

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.     

刚柔复合路面结构弯沉盆形态分析

在建立了刚柔复合路面结构模型的基础上，应用三维有限元动力学的基本方法，对动载FWD（failing weight deflectometer,落锤式弯沉仪）作用下刚柔复合路面结构路表面的弯沉盆的形态进行了分析．探讨了各层模量、厚度、脱空以及土工织物对弯沉盆形态的影响，总结了不同情况下弯沉盆形态的变化，并提出了根据弯沉盆形态判别路面结构参数的思路．     

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。     

沥青层反算模量的温度修正系数

采用落锤式弯沉仪(FWD)对上海地区路面结构进行评价,发现沥青层反算模量与沥青层温度间存在较好的指数关系,建立了上海地区道路结构的沥青层反算模量与沥青层温度回归模型,推荐了沥青层反算模量温度修正系数值.将沥青层反算模量温度修正结果与室内外模量测试结果进行对比,结果表明所推荐的温度修正系数具有较高的可靠性.     

虚拟轨道列车作用下黏弹性路面响应及变形分析

虚拟轨道列车作为一种新兴的交通工具,充分发挥了公路运输适应性强和轨道列车运输量大的特点,经调研发现该车运行线路已产生严重的永久变形。采用解耦的方式将轮胎与刚性路面相互作用模型的三向接触力提取并施加到黏弹性沥青有限元模型,针对虚拟轨道列车轮胎在匀速、完全制动及转弯3种行驶工况下沥青路面的动力学响应及永久变形进行分析研究。研究结果表明,路表剪应力和永久变形在匀速行驶时均随速度的增加而减小,其中,运行速度为20km·h^-1的路表剪应力较60km·h^-1的分别增大65%(纵向范围)、54%(横向范围);20km·h^-1较60km·h^-1的纵向、横向和垂向永久变形均增大50%左右。在纵向范围内完全制动比匀速行驶的路表最大剪应力增大66%,沿道路深度方向增大76%。纵向永久变形在完全制动时较匀速行驶时分别增大93%(10.512万次)、99%(52.560万次)、100%(105.120万次)。垂向永久变形在转弯时沿着轮胎转弯内侧累积。完全制动的剪应力最大值相较于匀速时下移0.01m。因此,从控制路面剪应力及永...