公路路桥过渡段刚性楔形搭板应用研究及参数优化

摘要

由于路基和桥台的不均匀沉降和刚度差异，在路桥过渡段常发生桥头跳车现象，将对舒适性、安全性、结构和车辆的耐久性造成不利影响。设置搭板是一种比较常见的改善方法，而普通桥头搭板易出现搭板折断和二次跳车等多种病害，刚性楔形搭板则能体现搭板的优势且能克服以上的病害。
　　本文以刚性楔形搭板为研究对象，采用了数值模拟方法，建立了车辆-过渡段三维耦合动力学模型，选取了车体竖向振动加速度、动荷载系数、前后车轮竖向位移差和搭板两端错台高度作为评价指标，分析了刚性楔形搭板不同上表面坡度、最大厚度、弹性模量和长度取值对车辆行驶平顺性的影响，研究了以不同车速经过过渡段时平顺性的差异，探究了车速较快时刚性楔形搭板对桥头跳车的改善作用，构造不同路面随机不平顺，提出了随机不平顺条件下搭板对车辆行驶平顺性的改善效果。
　　通过以上内容研究，得到了如下结论:
　　(1)设置楔形搭板可以明显地减小车体竖向加速度;楔形搭板上表面坡度、长度的增加，可以减小搭板远离桥台一端的错台高度;楔形搭板弹性模量和最大厚度的增加，可以减小搭板靠近桥台一端的错台高度;楔形搭板最大厚度的增加，有利于减小前后轮竖向最大位移差和车轮最大动荷载系数;同时搭板长度不宜小于车辆长度。在本文工程条件下，建议选择上表面坡度10～20‰;搭板长度不小于7m;最大厚度0.30～0.40m;弹性模量选取C80混凝土。
　　(2)在过渡段条件一定的情况下，车速越快，车辆的动力响应增长得越快;速度在10m/s(36km/h)以内时，速度对车辆动力响应的影响不大，而速度由20m/s(72km/h)增加到30m/s(108km/h)时，车辆的最大竖向加速度增加了104.6％，前轮最大动荷载系数增加了55.9％，后轮最大动荷载系数增加了57.3％，前后轮最大竖向位移差增加了25％。因此当各种措施无法明显减小车辆动力学响应时建议限制车速在10m/s（36km/h）以内;随着速度的增大，搭板对加速度的改善效果减弱。
　　(3)在假设设置搭板不能缓解路面不平顺程度的条件下，传统搭板和刚性楔形搭板在改善随机不平顺影响下车辆的动力响应的效果非常微弱，搭板的设置对前后轮竖向位移差没有任何改善作用。

目录

声明

致谢

摘要

论文图集

论文表集

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 公路路桥过渡段主要病害及常用处理方法

1．2．2 桥头搭板研究现状

1．2．3 刚性楔形搭板的研究

1．2．4 车辆-过渡段动力学相关研究

1．3 当前研究存在的不足

1．4 研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容与方法

1．4．2 技术路线

2．行驶平顺性评价指标的确定

2．1 车体竖向振动加速度

2．2 动荷载系数

2．3 前后车轮竖向位移差

2．4 搭板两端错台高度

2．5 小结

3．公路刚性楔形搭板路桥过渡段的分析模型

3．1 车辆模型

3．2 过渡段模型

3．2．1 桥梁模型

3．2．2 路基模型

3．2．3 搭板模型

3．2．4 边界条件

3．2．5 网格尺寸

3．2．6 错台等效处理

3．3 模型验证

3．4 小结

4．刚性楔形搭板不同参数的车辆动力响应

4．1 行车条件下路桥过渡段的动力模型

4．1．1 车辆移动荷载作用下的累积沉降理论

4．1．2 铺设楔形搭板时路基的累积沉降规律

4．2 过渡段动力特性分析

4．2．1 搭板上表面坡度

4．2．2 搭板弹性模量

4．2．3 搭板最大厚度

4．2．4 搭板长度

4．2．5 行车速度

4．3 小结

5．随机不平顺对车辆运行平稳性的影响

5．1 路面不平顺

5．2 随机不平顺的构造

5．3 不同级别不平顺条件下的行车平稳性分析

5．3．1 A级路面不平顺

5．3．2 B级路面不平顺

5．3．3 C级路面不平顺

5．4 小结

6．结论和建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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