车-钢桥面铺装耦合振动系统动力效应分析

为研究行车车速、桥面的不平度和桥面损伤对车-桥面铺装耦合振动系统动力效应的影响规律,将汽车等效为两自由度五参数模型,将正交异性桥面铺装等效为梁-板结构.在车辆与桥面铺装接触点采用接触力和位移协调的条件,建立车辆和桥面铺装动力耦合系统模型和振动方程组.利用模态分析法以及时变力学系统的求解方法-状态空间法,借助大型有限元软件ANSYS和MATLAB编程技术,求解车-钢桥面铺装耦合振动系统的动力响应.分析由桥面铺装的不平度、车速以及桥面损伤等引起的行驶车辆的随机动荷载对桥面铺装冲击系数的影响,并考虑桥面的不平整将车辆荷载简化成沿铺装层表面的随机动荷载和车辆荷载简化成沿铺装层表面纵向移动的恒载两种加载方式的分析结果进行比较.研究结果表明,在进行铺装层结构设计计算以及复合梁疲劳试验时,可考虑冲击系数为1.5.     

柔性路面的各向异性疲劳损伤数值模型研究

根据柔性路面在交通荷载作用下的力学响应特点,推导了一个各向异性疲劳损伤本构方程,并基于ABAQUS软件及其二次开发平台,建立了考虑各向异性疲劳损伤的路面结构有限元模型。通过建立的模型计算车辆作用下路面结构的疲劳寿命,其结果与试验数据吻合良好,误差最高仅为3.8%,证明该模型精确可靠。最后,分析了疲劳损伤的演化规律,以及路面结构参数对疲劳性能的影响。结果表明,路面纵向疲劳损伤演化速率比横向大得多,随着车辆循环作用,路面结构的各向异性逐渐增强,进而又加剧疲劳损伤的演化。另外,沥青层越厚、土基弹性模量越大,路面疲劳损伤演化得越慢;而当土基较弱、沥青层较薄时,增加级配碎石层厚度可以显著延缓柔性路面的疲劳开裂。     

动荷载作用下高速铁路风积土地基动力特性试验研究

根据辽西地区的地震资料和波速测试资料,通过动三轴试验,进行了地震冲击荷载和列车振动荷载两种动荷载作用下辽西风积土地基的动力特性试验研究。研究结果表明,风积土的动强度、动变形和动模量等指标与荷载类型、持续时间、振动频率和动应力幅值等条件有关。在地震荷载作用下,动荷载频率和动应力幅值越大、震动持续时间越长,其产生的动应变越大;在高速列车振动荷载作用下,土的动强度和动抗剪强度随振动次数的增加而降低;固结比相同时,动弹性模量Ed和动剪切模量Gd随固结压力的增大而增大;随动应变εd的增大而减小,且初始时刻减小速度明显,之后逐渐变缓。     

变幅疲劳载荷下钢纤维混凝土的损伤演化行为研究

本文通过实验分析了变幅疲劳载荷作用下钢纤维混凝土非线性损伤演化行为，指出变载时材料当前的损伤状态和变幅前后应力幅差影响材料的疲劳损伤演化行为。文中给出了损伤演变路径和描述该损伤演化行为的疲劳累积损伤方程。在此基础上，定性定量地分析了Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤准则的局限性     

基于桥面退化模型的在役桥梁冲击系数研究

由于各种荷载及风、雨、雪等不利环境因素的持续作用,桥面平整度在运营期内不断降低,加剧了移动车辆对在役桥梁的冲击效应,因此有必要基于现有桥面平整度及交通量状况,提出一种能预测在役桥梁冲击系数的分析方法。本文依据国内外公认的桥面平整度指数与时间、交通量及环境等参数之间的关系,分析了20年运营期内桥面平整度系数随这些参数变化的规律,得到了相应的桥面平整度系数退化值;基于三维车桥耦合振动模型,统计分析了桥面退化模型对冲击系数的影响,并修正了现有桥规冲击系数公式,获得了在役桥梁冲击系数随时间的变化规律,为评估在役桥梁使用阶段受力性能提供理论基础。     

场地地震响应随机动力可靠性分析

本文针对地震响应的随机不确定性,将地震作用简化为随机过程,基于土体材料在随机动荷载作用下的破坏是各应力水平荷载产生损伤的累积结果,与荷载施加的先后次序无关,结合可靠度民随机振动理论。提出了运用累积损伤模型的地震响应动力可靠性分析法,并针对上海地区某地的软土地基,进行实列计算,比较了以累积损伤量评价地基动力破坏与其他的可靠度指标β值法,孔隙水压力比评价地基液化的计算结果,得到一些有意义的结论。     

基于动量原理的大坡度沥青路面动水压力计算及影响因素分析Calculation and influence factors analysis for hydrodynamic pressure of asphalt pavement with large slope based on momentum theorem

在多雨地区长大纵坡沥青路面是雨天事故多发区域。应用动量定理,建立了沥青路面动水压力的力学计算模型,并系统分析了车辆荷载、行车速度和道路纵坡对动水压力的影响。结果表明,当水膜厚度＜3 mm时,动水压力随车速及车辆荷载的增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而减小。当水膜厚度＞3 mm时,动水压力随车速、车辆荷载增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大呈先缓慢增加然后又缓慢减小的变化趋势;无论是上坡还是下坡,动水压力都随着车轮半径的增大而增大。本研究成果为多雨地区长大纵坡沥青路面重载交通高速行车易发生交通事故提供了理论分析依据。     

基于动量原理的大坡度沥青路面动水压力计算及影响因素分析

在多雨地区长大纵坡沥青路面是雨天事故多发区域。应用动量定理,建立了沥青路面动水压力的力学计算模型,并系统分析了车辆荷载、行车速度和道路纵坡对动水压力的影响。结果表明,当水膜厚度3mm时,动水压力随车速及车辆荷载的增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而减小。当水膜厚度3mm时,动水压力随车速、车辆荷载增大而增大,上坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大而增大,下坡时,动水压力随着纵坡坡度的增大呈先缓慢增加然后又缓慢减小的变化趋势;无论是上坡还是下坡,动水压力都随着车轮半径的增大而增大。本研究成果为多雨地区长大纵坡沥青路面重载交通高速行车易发生交通事故提供了理论分析依据。     

双连梁短肢剪力墙结构的随机损伤演化分析

基本于概率密度演化方法和混凝土弹塑性损伤本构模型,本文针对一类新型双连梁短肢剪力墙开展了随机损失演化模拟研究.基于广义概率密度方程分别研究了结构荷载与受拉、受剪损伤随机过程,分析了三者在结构受力全过程中均值、方差以及变异系数的变化特征;通过不同随机参数组合计算结果与结构均值反应的对比,发现宏观结构荷载-位移曲线和细观受拉、受剪损伤随位移变化过程之间存在很大差异;通过分析研究典型位移水平下结构荷载与受拉、受剪损伤的概率密度曲线以及其极限状态下各自所对应的等概率线分布,不仅阐释了随机损伤演化的多样性与复杂性,而且为从本质上认识非线性问题提供了可能途径.     

锥壳的轴压屈曲

依据新的精确的锥壳屈曲分支方程 ,研究承受轴向压力的刚性圆顶夹支截锥壳的稳定性。构造的屈曲模态接近分支点变形。应用 Galerkin法计算了各种截锥比壳体在全锥度的临界特征值、屈曲荷载和临界应力。结果表明 ,轴压屈曲临界应力σcr 随几何参数ν的减小和截锥比λ的增大而减小。     

车辆制动作用下的车辆-路面-桥梁系统随机振动分析

视车辆、路面体系和桥梁为整个系统,将车辆模拟成弹簧和阻尼器连接的多刚体,沥青路面层模拟成Kelvin模型支承的无限长梁,混凝土路面和主梁一起模拟成Euler-Bernoulli梁。应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则,建立了系统的竖向运动方程;并运用协方差等效方法模拟了车轮随机输入非平稳时域模型。研究了车辆制动作用下的车辆-路面-桥梁耦合系统的振动特性。计算表明:在其他条件相同时,刹车时,混凝土路面层对应的冲击系数为沥青路面层所对应系数的1.31倍;刹车时间为0.3 s时对应的冲击系数为刹车时间0.6 s所对应的1.29倍;路面的不平状况加剧了车辆制动作用时对桥梁冲击系数的影响。     

现场实测结构温度对半刚性沥青路面性能的影响

针对中国特色的半刚性基层沥青路面,在广韶高速公路瓮城段进行为期一个月高温期的现场温度观测。运用三维有限元方法,结合现场实测温度,分析了半刚性沥青路面结构的最大拉应力、最大剪应力和最大路表弯沉在荷载和荷载耦合作用下的变化情况。结果表明,随着路面深度增加,温度波动的幅度逐渐减小;路面内的最高温度相对大气和路表温度滞后约1小时;沥青路面内部温度高于表面温度;大气、路表和路面内部温度变化基本同步,温度波峰与波谷的出现频率相同;在温度和荷载综合作用下,路表以下2cm深度范围内易出现因拉应力不足造成的开裂破坏;路表以下10cm深度范围内,较易出现剪切破坏;高温温度场的存在虽不会明显增大路面结构各层的拉应力与剪应力,但会明显增大路表弯沉,故易产生车辙破坏。     

考虑制动力影响的大型客车舒适性分析

利用有限元法和动力平衡原理,建立了具有层间接触的沥青路面和13个自由度的大型客车人体三维模型。以不平顺作为激励,随机模拟车流分布,在不同制动情况下,从时域和频域两方面分析人-车-路耦合振动下车辆和人体的动力响应。时域分析采用客观评价标准和主观烦恼率相结合的方法,频域分析考虑人体共振、人的心理和生理因素。结果表明:随着制动力增大,人体的竖向加速度幅值不变,俯仰、侧倾加速度幅值都增大,但是俯仰加速度增幅远大于侧倾加速度的情况,人的舒适性变差,烦恼率增高;在紧急制动时,主频段对人体共振、心理和生理产生的影响很小,但是次主频段与人体某些器官固有频段重合,对人体共振、心理和生理产生的影响是不容忽视的。     

弹性地基双层梁理论下的混凝土路面力学分析

为建立混凝土路面结构受力分析计算模型,以Winkler弹性地基梁模型为基础,推导出了弹性地基双层梁理论的表达式;给定边界条件,利用MATLAB软件获得了无限长弹性地基梁在集中力作用下的挠度表达式。将混凝土路面结构简化为弹性地基上的双层梁,当车辆荷载作用于混凝土路面时,在集中载荷的作用下,建立了面层与基层的微分平衡方程。应用广义“初参数”法,得到了双层梁位移和应力的解析解。通过算例,对面层及基层的变形和应力进行了分析,结果表明:增大面层、基层的轴惯性矩和地基的弹性常数,可以有效地减少面层和基层的变形量,降低最大应力数值,但抗弯刚度对基层和面层的弯矩受力影响不大。最后将结果与ANSYS分析结果进行了比较,佐证了解的可靠性,研究结果可为混凝土路面结构设计提供依据。     

移动载荷作用下沥青路面稳态响应与计算

为了研究移动载荷作用下沥青路面稳态响应,将沥青路面看作为作用在Kelvin黏弹性地基 上不仅具有弹性而且具有黏滞性的无限长梁,建立了梁的稳态响应数学模型. 找到了稳态响 应与瞬态响应的关系,由瞬态响应解析解得到了稳态响应近似解析解,并进行了实例计算. 从而解决了稳态数学模型难以求解和计算的问题. 计算结果表明,依所给的道路参数和车辆 载荷,只要响应位置距初始位置一定距离,移动载荷作用下沥青路面的瞬态响应即为稳态 响应.     

层间接触对沥青路面粘弹性动力响应影响研究

为分析沥青面层材料粘弹特性及路面各层间接触条件对沥青路面动力响应的影响,基于解析的方法,开展了层间非完全连续沥青路面粘弹性动力响应的求解工作．采用修正的Burgers模型定义沥青面层材料的粘弹性本构关系,考虑沥青路面层间接触条件,在车辆荷载作用下,建立沥青路面的理论计算模型;通过Laplace-Hankel积分变换将偏微分方程组转化为常微分方程组并对问题进行求解;采用转换矩阵表征层间接触条件,求得层间非完全连续沥青路面粘弹性动力响应的解析表达式．从沥青路面实例计算结果发现：修正的Burgers模型中的瞬时弹性模量参数是对弯沉计算结果影响最大的因素之一,路表弯沉随的增大呈下降趋势,特别是当较小时,这种趋势尤为明显;沥青混合料本构模型中的粘弹性修正系数B和黏性参数是影响路面路表弯沉计算结果的另两个重要因素,并且B和对弯沉峰值出现时间的影响具有相反的趋势;层间的非完全连续条件对沥青路面动态弯沉计算结果影响较大,并以面层与基层间的非完全连续对弯沉计算结果影响最为显著．     

交通荷载下沥青路面车辙三维非线性有限元分析

建立了半刚性沥青路面和柔性沥青路面的三维有限元模型,采用非线性粘弹塑性理论分析了不同交通荷载对沥青路面车辙变形和切应力的影响,并考虑了刹车、路面纵坡对路面车辙的影响。结果表明:在相同荷载作用下,两种路面结构的车辙变形和切应力分布随着路面深度呈非线性分布,但不同路面结构对交通荷载变化的敏感性存在较大的差异;不同的胎压、轮载以及刹车产生的水平力对路面车辙变形有着较大的影响。当胎压为1 050 kPa及轮载为62.5 kN时,路面产生的车辙都大于在标准荷载及标准胎压时路面产生的车辙;在坡度为1%～6%时,路面纵坡对沥青路面车辙深度的影响不明显;在坡道上行车(特别是下行)时刹车是路面车辙过大的主要原因。     

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基于结构动力学基本理论,系统地分析了路面材料阻尼系数的求解方法,以 及材料阻尼效应对路表动态弯沉的影响规律. 结果表明：利用第1,第2主振型的固有频率 计算阻尼系数的方法,能克服传统简化计算阻尼系数而带来的结果偏差;黏性阻尼系数几乎 对路表弯沉时程变化没有影响;土基阻尼效应是影响路表动态弯沉时程变化的关键因素,而 其它层材料的阻尼特征影响甚微. 研究结果为进行路面结构动力学分析时,材料阻尼参数的 计算以及合理取值提供了理论与实践依据.