随机动载作用下混凝土桥梁铺装层力学行为分析

摘要

为了探讨车辆随机动载作用下，混凝土桥梁铺装层表面不平整度、行车速度以及铺装层结构形式对铺装层内部控制应力的影响规律，本文采用具有典型性的双自由度1/4车辆模型，通过软件MATLAB/SIMULINK仿真得到基于铺装层不平整度的车辆随机动载，运用有限元软件ANSYS建立车—桥—铺装层耦合振动模型，施加仿真得到的随机动载，考虑桥面铺装的不平整情况条件，分析随机动载作用下铺装层结构动态响应的变化规律，并与移动恒载作用下的理想桥面模型进行比较，研究了在不平整度及速度的共同影响下，铺装层的动态响应变化规律，分析了铺装层分别在固定恒载、移动恒载和考虑不平整度的随机动载作用下，沥青铺装层的模量及厚度、混凝土整平层的厚度及横坡对铺装层内控制应力的影响规律。主要研究结论如下：
　　（1）当考虑桥面不平整度时，车轮产生附加动载；在随机动载和移动恒载的作用下，沥青铺装层内部及防水粘结层层间的各项应力的极值响应曲线具有相同的变化趋势，但随机动载作用下的破坏效应要大于移动恒载。
　　（2）在同一不平整度条件下，各项控制应力响应的极值放大系数非常接近；相比于固定位置节点的应力时程曲线，各应力的极值响应曲线能更好地反映车辆荷载的随机特征。
　　（3）在桥面平顺性很好时，铺装层的应力极值响应随着车速的增加先增大后减小，而在平顺性一般及较差时，应力极值响应曲线有一个极大值点和一个极小值点，即车速过慢对铺装层受力状况影响十分不利。
　　（4）车辆荷载作用下，铺装层内各项控制应力随着沥青弹性模量的增大基本上呈线性增长；沥青层过薄或过厚对铺装层受力情况均产生不利影响，增大横坡坡度有助于减小铺装层控制应力。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和现状

1.2桥面铺装特性

1.3车辆荷载作用下铺装层力学特性国内外研究现状

1.4 桥面铺装结构及材料研究现状

1.5 本文研究内容及方法

第二章 铺装层不平度的生成及模型的建立

2.1移动荷载作用下简支梁振动理论

2.2车辆振动动力学模型选取

2.3铺装层不平整度的生成

2.4铺装层不平整度的模拟

2.5有限元建模分析

2.6基本假设

第三章 铺装层结构设计参数优化

3.1有限元建模

3.2确定荷载最不利位置

3.3垫层对接触层间应力的影响

3.4沥青层对接触层间应力的影响

3.5小结

第四章 随机动载作用下铺装层动力响应

4.1动力有限元计算原理

4.2 随机动载作用下跨中固定节点应力响应

4.3 随机动载作用下铺装层应力极值响应

4.4速度对铺装层应力极值响应的影响

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 需要进一步研究的问题

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢