公路路桥过渡段路面—车辆动力相互作用特性的研究

摘要

随着行车速度的不断提高，交通密度的不断增加，荷载的不断加重，对高等级公路路桥过渡段的要求越来越高。实际上车辆与路桥过渡段是一个动力相互作用的过程，路桥过渡段纵向差异沉降引起车辆的振动，车辆又对路面施加以动力荷载。为了全面分析路桥过渡段动力特性，本文基于现场调查、理论分析和数值计算，研究车辆动荷载的变化规律和计算标准以及车辆荷载作用下路桥过渡段路面的动态响应特性，主要研究内容和成果如下： 1.建立两种典型路桥过渡段结构的平面分析模型，运用有限差分法，研究路桥过渡段工后沉降随时间变化的规律以及路桥过渡段沿纵向差异沉降的变化关系。 2.通过对路桥过渡段纵断面沉降计算曲线的拟合，并与实际工程调查结果进行对比分析，证实了可以用双曲线拟合，并提出了描述纵向差异沉降的双曲线模型。 3.基于车辆振动模型和振动方程，通过MATLAB软件编程计算分析了由过渡段纵向差异沉降引起的车辆动荷载，并探讨了车辆动荷载和动荷载系数与路桥过渡段结构参数、轮胎阻尼、车速、载重、桥长之间的关系。 4.建立路桥过渡段三维有限元动力模型，采用常用有限元软件ANSYS分析路基路面各结构层不同结点处在车辆动荷载作用下的动位移、动应力、动应变和剪应力，并着重分析了水平荷载、车速和载重对路面动力特性的影响。 5.通过对计算得出的路面设计指标值进行验算，探讨了沥青路面设计规范规定的设计指标，并对沥青路面的合理设计提出了建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状分析

1.2.1路桥过渡段的处理措施

1.2.2路桥过渡段动力特性研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章路桥过渡段几何不平顺模型

2.1常见的路桥过渡段几何不平顺模型

2.1.1错台型几何不平顺模型

2.1.2折线型几何不平顺模型

2.1.3正弦型或余弦型几何不平顺模型

2.1.4指数型几何不平顺模型

2.2有限差分法

2.2.1计算方法

2.2.2计算原理

2.3计算模型

2.3.1高填方路堤桥台台背回填计算模型

2.3.2软土地基桥台台背回填计算模型

2.4算例分析

2.4.1高填方路堤算例

2.4.2软土地基桥台路堤算例

2.4.3路桥过渡段纵向差异沉降曲线拟合

2.5与实际工程调查结果的对比

2.6路桥过渡段几何不平顺模型的确定

2.7本章小结

第三章路桥过渡段差异沉降引起的车辆动载响应分析

3.1引言

3.2模型的建立

3.2.1车辆振动模型

3.2.2路桥过渡段几何不平顺模型

3.3车辆动荷载评价指标

3.4计算方法

3.5算例分析

3.5.1车辆参数和过渡段结构参数

3.5.2计算结果

3.6车辆动载的影响因素分析

3.6.1车型的影响

3.6.2桥长的影响

3.6.3路桥过渡段差异沉降量的影响

3.6.4路桥过渡段沉降区长度的影响

3.6.5轮胎阻尼系数的影响

3.6.6车速的影响

3.6.7载重的影响

3.7本章小结

第四章车辆动荷载作用下过渡段路面的动力特性分析

4.1引言

4.2有限元分析理论

4.2.1有限元法基本思想

4.2.2八节点等参单元法

4.2.3动力问题的有限元方程

4.3模型的建立

4.3.1模型的几何参数和网格划分

4.3.2材料的本构模型

4.3.3边界条件的确定

4.4计算方法

4.5算例分析

4.5.1材料计算参数

4.5.2模型的验证

4.5.3车辆动力荷载作用

4.5.4车辆动载作用下的动位移

4.5.5车辆动载作用下的动应力和应变

4.5.6车辆动载作用下的剪应力

4.6路面受力特性的影响因素分析

4.6.1水平荷载的影响

4.6.2车速的影响

4.6.3载重的影响

4.7沥青路面设计指标的探讨

4.7.1沥青路面设计指标

4.7.2设计指标的验算

4.7.3设计指标的探讨

4.8本章小结

第五章结论与展望

5.1主要结论

5.2有待进一步研究的问题

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文