三轴移动载荷对半刚性路面性能影响分析

为研究多轴车辆移动载荷对半刚性路面性能影响规律,针对半刚性路面的特点,依据弹性层状体系理论,将半刚性路面的沥青层、半刚性基层、半刚性底基层及土基层按线弹性考虑,建立了半刚性路面的三维有限元分析模型,分析了车辆三轴移动载荷对半刚性路面性能影响。结果表明,3轴载荷作用下路面应力变化与车辆轴数有关,当车桥依次驶过路面时,路面应力出现3次突变,沥青层三向压应力、半刚性基层和底基层的垂直压应力、横向拉应力和水平拉应力均增大,最大拉应力出现在半刚性基层和底基层结合处;前轴驶过时轮迹带中心区域各层的横向剪应力最大,后轴驶过时轮迹带边缘区域各层的横向剪应力最大,最大值出现在沥青层底部;中轴驶过时路面各层的水平剪应力最大,最大值也出现在沥青层底部。因此,设计路面结构时,半刚性基层和半刚性底基层应选取抗弯和抗拉强度较高的材料,并应加强沥青面层的抗剪强度。     

基于半刚性层模量衰变路面疲劳寿命分析

半刚性路面在使用过程中半刚性基层材料的强度是不断衰减的,为正确预估路面的疲劳寿命,以半刚性基层材料模量衰减为切入点,根据层状弹性体系理论,建立路面结构力学模型,分析模量衰减对各路面结构层疲劳寿命的影响,指出我国现行规范设计指标存在的一些问题,提出建议采用沥青面层层底拉应变和半刚性层层底拉应变两项设计指标。同时为避免路面早期破坏,应设法降低半刚性基层层底拉应力水平,提高半刚性材料的抗拉性能。     

长寿命半刚性基层沥青路面的计算分析

选取半刚性基层沥青路面典型结构,对不同轴载下半刚性层底拉应力的分析发现,典型结构仅适合于超载不严重的交通状态.对混合式沥青路面结构沥青层底拉应变和半刚性层底拉应力进行了计算,得到同时满足沥青层和半刚性层不受疲劳破坏时的沥青层厚度,与国外长寿命路面设计软件PerRoad2.4的计算结果相比,混合式长寿命路面结构更具有经济性.     

动载作用下半刚性沥青路面瞬态响应分析

为了研究车辆行驶作用下半刚性基层沥青路面的力学响应规律,采用大型有限元分析软件ANSYS12.0,基于实测荷载图式建立了非均布竖向移动荷载下层间有限粘结的弹性体系模型,探讨了动载作用下半刚性沥青路面竖向位移、各向应力和应变的瞬态动力响应规律。结果表明:通过实测轮胎接地面积计算得到折减系数为0.82,进而得到更为精确的荷载响应结果;荷载移动过程中,半刚性沥青路面的水平拉应力和拉应变的最大值并非出现在基层层底,路面各层计算点会出现交替受压或受拉现象;进行路面结构分析时,应通过控制行车方向的应力和应变满足水平方向的力学响应要求。     

基于层间功能层的水泥混凝土路面动态响应灰关联分析

通过动态分析有限元方法揭示了设置功能层的半刚性基层水泥混凝土路面结构在车辆动态荷载作用下各因素(面层厚度与模量、功能层厚度与模量、基层厚度与模量、地基模量以及行车速度)对力学响应的影响程度,采用灰色关联分析,对各因素的影响程度进行了定量分析,并通过回归分析得到了路面结构力学响应(面层弯沉差、面层底部拉应力、功能层顶部剪应力和基层底部拉应力)的计算公式,为设置功能层的水泥混凝土路面的结构设计和施工提供理论指导.     

基于横观各向同性倒装式沥青路面结构分析

基于所建的横观各向同性层状弹性体系解,分析了碎石材料横观各向同性特性对倒装式沥青路面结构的影响,分析结果表明,随着碎石材料水平模量的减小,路表弯沉和沥青层底拉应变是增加的,而半刚性基层底部拉应力和路基顶部压应变却是减小的。沥青面层的厚薄较为严重地影响路表面弯沉、沥青层底拉应变和路基表面压应变,碎石材料的横观各向同性特性对于稍厚一点的沥青面层的路面结构影响不是很大。     

加速加载条件下沥青路面结构动力响应

为深入了解交通荷载作用下不同沥青路面的行为特征,通过MLS66加速加载设备模拟实际车辆作用,实测了半刚性基层结构与倒装结构路面的3个方向动态响应,研究了正载与偏载时面层与基层底部的应变响应规律。实测应变显示:半刚性路面中基层底部拉应变大于面层。倒装结构面层底部弯拉应变大于半刚性路面,对荷载作用次数更加敏感。倒装结构中最大拉应变出现在面层底部纵向,疲劳开裂首先在横向出现。2种结构的面层应变响应均体现了沥青混合料的黏弹性特征。不同轴载下应变测值表明,考虑超载车辆对路面结构作用时,应选用接地压力作为参数进行计算。基于MLS66的路面结构动力响应研究,为理解不同路面结构的破坏现象提供了帮助。     

贫混凝土疲劳方程的建立及其应用研究

贫混凝土用于水泥混凝土路面或沥青混凝土路面基层时,和面层一起受到荷载应力和温度应力的反复作用,路面应力分析和结构设计时应考虑其疲劳性能.在室内贫混凝土小梁弯拉疲劳试验的基础上,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出其疲劳寿命服从双参数威布尔分布,据此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程.根据此疲劳方程,得出贫混凝土的疲劳性能优于其他常用半刚性基层材料,并建立了贫混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数.     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.     

贫混凝土基层疲劳特性研究

贫混凝土用于路面基层时,由于受到荷载应力和温度应力的反复作用,需研究其疲劳特性.通过分析室内小梁弯拉疲劳试验结果,得出贫混凝土的疲劳寿命服从双参数威布尔分布,据此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程.通过对比,得出贫混凝土的疲劳性能优于其他常用半刚性基层材料.利用得出的疲劳方程,建立贫混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数.     

基层铺筑时施工车辆对石灰土底基层的力学影响分析

石灰土底基层的结构承载能力与养护时间密切相关.为探求基层施工期间,石灰土底基层在汽车轮作用下内部的力学行为、路面的损坏机理和类型,本文首先通过室内试验研究,获得了石灰土不同龄期的各种路用性能.然后利用Bisar3.0程序计算出龄期、施工车辆轴载、水平荷载等各种因素作用下,弯沉、层间剪应力和层底拉应力等力学指标变化规律,这对改善半刚性基层沥青路面早期破坏现象具有一定的借鉴作用.     

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.     

大跨径钢桥UHPC-TPO超薄铺装新体系力学 计算与分析

为了研究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)-聚合物混凝土薄层铺装(thin polymer overlay,TPO)超薄铺装体系在不同的车辆轴载、水平力大小、TPO铺装层厚度、荷载位置下的力学性能,采用正交试验设计进行有限元计算.研究表明:随着轴载增大,UHPC最大拉应力、TPO最大拉应力、UHPC与TPO层间最大剪应力均显著增大;水平力大小对UHPC-TPO层间最大剪应力影响显著;增大TPO厚度对结构受力有利;考虑超载230%且紧急制动的不利工况,UHPC最大拉应力和TPO最大拉应力均小于各自的开裂强度、UHPC与TPO层间最大剪应力远小于界面抗剪强度.     

Dynamic behaviors of pretensioned cable AERORail structure

The AERORail, a new aerial transport platform, was chosen as the object of this work. Following a review of the literature on static behaviors, model tests on the basic dynamic mechanical characteristics were conducted. A series of 90 tests were completed with different factors, including tension force, vehicle load and vehicle speed. With regard to the proper tension and vehicle load, at a certain speed range, the tension increments of the rail's cable were proved relatively small. It can be assumed that the change of tension is small and can be reasonably ignored when the tension of an entire span is under a dynamic load. When the tension reaches a certain range, the calculation of the cable track structure using classical cable theory is acceptable. The tests prove that the average maximum dynamic amplification factor of the deflection is small, generally no more than 1.2. However, when the vehicle speed reaches a certain value, the amplified factor will reach 2.0. If the moving loads increase, the dynamic amplification factor of dynamic deflection will also increase. The tension will change the rigidity of the structure and the vibration frequency; furthermore, the resonance speed will change at a certain tension. The vibration is noticeable when vehicles pass through at the resonance speed, and this negative impact on driving comfort requires the right velocity to avoid the resonance. The results demonstrate that more design details are required for the AERORail structure.     

连续梁桥上CRTS双块式无砟轨道疲劳特性

为探讨梁轨非线性互制作用下连续梁桥上双块式无砟轨道系统静动力荷载下结构响应，预测桥上无砟轨道结构的疲劳寿命，基于梁轨相互作用原理与车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理，以昌景黄铁路某(40+64+40)m连续梁为研究对象，采用有限元方法建立了考虑桥梁、支座、底座板、道床板、扣件和钢轨等构件及结构层间非线性约束的连续梁-CRTS双块式无砟轨道的一体化空间分析模型，研究列车静活载作用下桥梁、道床板、底座板及钢轨的动力响应特性与无缝线路纵向力分布规律，分析连续梁桥上无砟轨道结构疲劳特性。结果表明：温度荷载作用下钢轨最大压应力位于连续梁两端，最大拉应力位于桥梁跨中；竖向荷载作用下钢轨最大拉应力位于连续梁桥墩，最大压应力位于桥梁跨中；制动荷载作用下钢轨拉、压应力极值均位于桥梁桥墩；钢轨纵向力由温度荷载控制，最大应力为143.1 MPa,满足规范要求；列车动载作用下，简支梁和连续梁上钢轨最大拉、压应力相当，道床板最大拉应力出现在连续梁跨中限位凹槽附近，其板底拉应力大于板顶，底座板最大拉应力出现在连续梁主墩附近，且板顶和板底的拉、压应力基本相同；列车动载作用下，钢轨最易破坏处寿命约27.1 a,道床板和底...     

下穿U型道路在行驶车辆作用下的动力响应

为了解下穿U型道路在车辆荷载作用下的动力特性,通过对车辆、下穿U型道路振动系统的分析,将车-路耦合振动问题分解成两个独立的运动体系,即车辆振动子系统和道路振动子系统．利用车轮和路面的位移协调方程来考虑车路的接触,在空间整体车辆模型振动微分方程推导的基础上,考虑路面不平度的三维空间分布,对路面不平度非一致激励下U型道路的动力响应进行研究．结果表明,当路面平顺时,车-路耦合作用力波动很小;随着路况的变差,车-路耦合作用力迅速增大;在路面不平度的非一致激励下,左右轮作用力存在明显差异．车辆行驶速度对动载系数的影响较小,路面不平度对动载系数的影响较大．路况较差时,应考虑车辆荷载的冲击效应．     

Model of desired speed based on vehicle dynamic

The desired speed will help the drivers control their driver behavior that could directly influences the traffic safety.This paper presents a basic definition of a driver’s desired speed,and analyzes the effects of road geometer parameter,driver behavior and vehicle performance on the desired speed.By setting the familiar horizontal curve as the research environment,the generating process of the desired speed was described.Then,combined with the desired trajectory,the effect of driver’s identification of vehicle dynamic on the desired speed was highlighted.Based on the vehicle dynamic theory,a desired speed model that consisted of the desired trajectory,the driver’s experience and vehicle parameter was established and numerically analyzed.     

基于汽车行驶广义费用最小的高速公路最高车速限制方法

应用多目标优化的思想提出了基于运行效率、安全性、经济性与舒适性的高速公路最高车速限制方法。以平直路段、自由流、良好的路面与天气条件下的最高车速限制值为基准值,采用数学建模与回归分析的方法分别构建了高速公路车速的时间费用函数与油耗费用函数,研究高速公路车速与事故严重程度及乘坐舒适性的量化关系,以时间费用与油耗费用之和最小为目标函数及事故死亡率和舒适度满足相应允许范围为约束条件,建立了基于汽车广义行驶费用最小的最高车速限制基准值计算模型。对模型参数进行标定后,采用极值求解的数学方法对最高车速限制基准值计算模型进行求解,给出了不同设计速度高速公路平直路段分车型的最高车速限制基准值。     

列车动荷载作用下土的动力特性分析

研究了列车动荷载对地基的振动效应,给出了Winkler地基-Timoshenko梁模型下梁的最大位移和地基表面反力.研究了列车动荷载作用下地基内应力状态和空间分布,分析了土单元体的应力路径及地基土在动荷载作用下的软化和液化效应,结果表明：在列车运行过程中,动荷载引起的动应力随时间发生变化,并与土单元体初始应力相叠加;列车的速度对水平剪应力τzx与偏差应力（σdz-σdx）/2之间关系的影响较大.