车辆荷载对公路路基动力响应的现场试验研究
车辆荷载作用下双层路基层间动应力响应试验研究
第36卷第5期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.36 No. 5 2017车辆荷载作用下双层路基层间动应力响应试验研究曹海莹,朱毅,刘云飞,魏月岩(燕山大学建筑工程与力学学院,河北秦皇岛066004)主商要:针对层状路基土的动力响应与稳定性评价问题,以某双层路基为工程背景,利用现场实测数据,揭示出 硬、软土层界面处存在动应力突变现象,并给出了动应力突变系数;根据室内模型试验数据,以动应力突变系数为试验指 标,采用极差分析法对主要影响因素进行了排序;借助动三轴试验获得硬、软土体的临界动应力,推导得出两种土体的动 应力水平关联性系数,并提出一种评价路基长期稳定性的“概率区域”方法。
研究表明:路基运营后期,硬、软土层压缩模 量之比将取代硬壳层厚度,成为影响层间响应的首要因素;埋置较深的下卧软土层是控制路基稳定性的关键层。
关键词:双层路基;动应力突变;室内模型试验;土层界面;路基稳定性中图分类号:TU416. 1 文献标志码: A D0I : 10. 13465/j. cnki. jvs. 2017.05.006Tests for interlayer dynamic stress response of a two-layer roadbed under vehicle loadCAO Haiying,ZHU Yi,LIU Yunfei,WEI Yueyan(School of Civil Engineering and M echanics,Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China) Abstract;Aiming at dynamic response and stability evaluation problems of layered subgrade, based on an actual two-layer roadbed project, the phenomenon of dynamic stress mutation at hard-soft soil layers,interface was revealed with field measurement data, and a coefficient of dynamic stress mutation (CDSM)was obtained. According to the data of laboratory model tests, the main factors affecting CDSM were ranked with the range analysis method. In virtue of hard and soft soils,critical dynamic stress obtained with the dynamic triaxial tests, the relevance coefficient between two soils,dynamic stress levels was deduced, and a “ probability area” method was proposed to evaluate the long-term subgrade stability. The results showed that the ratio between two soils,compression moduli is the primary factor affecting inter-layer dynamic stress response in stead of the thickness of hard crust layer, and the soft soil layer embedded at deeper location is the key layer to control subgrade stability.Key words:two-layer roadbed; dynamic stress mutation;laboratory model test; layer interface; subgrade stability随着交通运输量的增加,以及汽车速度和轴重的 提高,车辆荷载在路基中产生的动力响应问题已经成 为土木工程领域中的研究热点[1]。
车辆荷载对公路路基动力响应的现场试验研究
车辆荷载对公路路基动力响应的现场试验研究王国昀(河北锐驰交通工程咨询有限公司,河北石家庄 050051)摘 要:结合河北某高速公路建设项目,通过车辆荷载对公路路基动力响应的现场试验,研究了车辆荷载对路基的动力响应;分析了车辆工况、路面结构、孔隙水压力对路基动力响应的影响,得出了相关结论,可供同类工程设计参考。
关键词:公路;车辆荷载;路基;现场试验;动应力中图分类号:U 416.1 文献标志码:A 文章编号:1671-2668(2010)02-0079-03中国现行公路路基设计理念均是基于静力学理论,这与实际情况有出入,特别是在低路堤情况下。
车辆荷载是一种动力荷载,将其对路基的作用仅用静力近似替代显然存在不足。
因此,路基设计理论由单纯的静力学方法向包含动力学方法发展已成必然。
因而针对车辆荷载对公路路基的动力作用问题进行相关研究具有现实意义。
1 动力响应试验方案路基的动力响应与很多因素有关,在进行试验设计时,综合考虑路面形式、路堤填高等多种因素选取A 、B 两个实验断面。
其中A 断面路堤填高4.5m,B 断面路堤填高2.0m 。
在路基中布设动土压力盒和孔隙水压计,测试动土压力和孔隙水压力的变化情况。
测试原件的埋设与路基施工同步进行,可以减小由于仪器埋设导致的路基填料压实度不够带来的误差。
并在A 断面路基中用钻机打孔,用检波器在钻孔中1.0、2.0、3.0、4.0、5.0m 五个不同的深度进行测试,得到不同位置动态位移(仪器的具体布置方案见图1)。
为了研究不同的车辆荷载和行车速度对路基动力响应的影响,试验时分别让2和20t 车辆行驶过两个试验断面。
其中,2t小车的图1 仪器布置(单位:m)速度为40、60、80、120km/h;20t 大车的速度为20、40、60km/h 。
为了研究不同的路面结构对路基动力响应的影响,在尚未铺设路面和路面铺设完成后分别进行2次实验。
2 试验结果分析2.1 车辆工况的影响试验考虑不同车辆载重对路基动应力的影响。
移动荷载作用下路面动力响应试验研究
移动荷载作用下路面动力响应试验研究陈恩利;刘永强;赵进宝【摘要】In order to test the accuracy of the dynamic response of pavement,calculated based on the theoretical model,a new test rig was proposed.With the help of experimental and numerical simulation,the dynamic response of pavement under moving load was investigated.The vehicle-pavement test rig includes a vehicle model and a distributed stiffness pavement-roadbed model,and the vehicle model was simplified as a quarter of resonance source vehicle model. The dynamic response of distributed of stiffness pavement under moving resonance load and shock excitement were analysed respectively.The results show that the designed test rig is usable,and the experiment results can meet closely with the numerical results.%针对路面结构响应动力学理论模型构造实验模型。
经模型试验与数值仿真相结合方法研究移动荷载下路面动力学响应。
设计含车辆模型及分布刚度路面模型的车路模型试验系统,其中车辆模型包括谐振源车辆模型及1/4车模型。
混凝土路面结构的车辆荷载响应特性研究
混凝土路面结构的车辆荷载响应特性研究一、前言混凝土路面是现代道路建设中广泛应用的一种路面材料,具有结构稳定、寿命长、耐磨损等优点。
然而,在长期的使用过程中,路面受到车辆荷载的影响而产生裂缝和变形,进一步影响行车安全和舒适性。
因此,研究混凝土路面结构的车辆荷载响应特性具有重要意义。
二、混凝土路面结构混凝土路面是由多层结构组成的,通常包括基层、底基层、底面层、中面层、面层等。
其中,面层是承受车辆荷载的主要部位,其厚度一般为150mm左右。
面层的材料一般采用水泥混凝土,其强度等级一般为C30~C50,抗裂性能较好。
三、车辆荷载响应特性车辆荷载对混凝土路面的响应特性是指车辆通过路面时,路面受到的荷载所引起的变形和位移的特性。
车辆荷载的作用会使路面产生弯曲应变、剪切应变、轴向应变等多种形式的应变,进而导致路面的变形。
常见的荷载有静荷载和动荷载两种,其中动荷载又可分为均布荷载和集中荷载。
四、影响车辆荷载响应特性的因素混凝土路面结构的车辆荷载响应特性受到多种因素的影响,主要包括路面结构、路面材料、车辆荷载、环境温度和湿度等因素。
其中,路面结构和路面材料是影响响应特性最重要的因素。
路面结构的影响主要表现在路面厚度、层数和配筋等方面,路面材料的影响主要表现在强度、抗裂性和抗温湿变形性等方面。
五、研究方法研究混凝土路面结构的车辆荷载响应特性的方法主要包括实验测试和数值模拟两种。
实验测试是通过实际的荷载试验获取路面变形和位移等参数,以分析路面响应特性。
数值模拟则是通过有限元分析等数学模型来模拟荷载作用下路面的变形和位移,以预测路面的响应特性。
两种方法各有优缺点,综合使用可以更全面地了解混凝土路面结构的车辆荷载响应特性。
六、研究进展目前,国内外已有很多研究对混凝土路面结构的车辆荷载响应特性进行了探究。
其中,实验测试主要针对已建成的道路进行,旨在通过实际测量分析道路的响应性能。
而数值模拟则可以通过改变路面结构和材料的参数,模拟不同荷载作用下的路面响应情况。
交通荷载下公路路基动力响应及软土下卧层累积变形研究的开题报告
交通荷载下公路路基动力响应及软土下卧层累积变形研究的开题报告一、题目简介本研究的题目为《交通荷载下公路路基动力响应及软土下卧层累积变形研究》,旨在研究公路路基在交通荷载作用下的动力响应,以及软土下卧层的累积变形特征,为公路路基设计和施工提供理论依据。
二、研究背景及意义公路路基是公路工程的基础,其稳定性直接关系到公路的使用安全和寿命。
而交通荷载是公路路基最主要的外部荷载,其大小和作用方式对路基稳定性的影响较大。
因此,研究交通荷载下公路路基的动力响应,可以为公路路基设计提供更加详实的理论依据,提高其稳定性和使用寿命。
另一方面,软土土层常常存在着卧层结构,其变形特征比单一土层更为复杂。
在交通荷载作用下,土层的应力状态和变形特征会发生变化,而卧层结构又会对土层的变形特征产生较大的影响。
因此,研究软土下卧层的累积变形特征对于公路路基的设计和稳定性分析也具有重要意义。
三、研究内容及方法本研究的主要内容包括以下两个方面:1. 交通荷载下公路路基动力响应的研究研究公路路基在不同速度和荷载作用下的动力响应特征,对比分析其变形规律和破坏机制。
为此,采用数值模拟方法,通过有限元软件对公路路基模型进行建模和分析,得到其动力响应特征。
2. 软土下卧层累积变形特征的研究研究软土卧层结构下不同厚度土层的累积变形规律,分析卧层结构对土层变形的影响。
采用室内模型试验和数值模拟方法,对软土下卧层结构的变形规律进行研究,并进行定量分析。
四、预期成果通过本研究,预期达到以下成果:1. 研究得到公路路基不同速度和荷载作用下的动力响应特征,为公路路基设计和稳定性分析提供理论依据。
2. 研究得到软土下卧层结构的变形规律和卧层结构对土层变形的影响,为软土地区公路路基设计和稳定性分析提供理论依据。
3. 形成具有一定理论和实用价值的研究报告,为公路工程设计和施工提供参考和借鉴。
基于车路动载荷的路面响应的试验样机的研究的开题报告
基于车路动载荷的路面响应的试验样机的研究的开题报告一、研究背景和意义随着交通运输行业的发展,路面质量成为制约交通安全和车辆寿命的重要因素之一。
针对路面质量的评估和改进需要对其响应进行研究。
目前,对路面响应的研究大都是基于人工激励进行的,对于车路动载荷下路面响应的研究相对较少。
因此,本研究旨在研究基于车路动载荷的路面响应试验样机,为路面响应的研究提供新的思路和方法。
二、研究内容和方法1. 构建基于车路动载荷的路面响应试验样机。
该样机包括车辆载荷模拟装置和路面响应采集装置两大部分。
车辆载荷模拟装置模拟在实际行驶中的载荷,路面响应采集装置用于对路面响应进行采集和记录。
2. 设计和实施路面响应试验。
通过对路面响应样机的实施试验,捕获真实行驶情况下的路面响应数据,进一步分析路面响应的特征和规律。
3. 对路面响应数据进行处理分析。
针对实际数据进行处理分析,得到路面响应特征、各种参数值和相关统计学指标。
三、预期结果和意义1. 构建基于车路动载荷的路面响应试验样机,可以更真实地模拟实际行驶状态下的车辆对路面的作用,有效提升路面响应测试的准确性和可靠性。
2. 通过路面响应试验和数据分析,可以获得更全面且具有参考价值的路面响应数据,为路面质量的评估和改善提供依据和参考。
3. 提升路面质量是保障交通安全和顺畅运行的重要保障,本研究的结果对于路面质量的改善和交通运输行业的安全发展具有一定的实际意义。
四、研究难点和解决方案1. 设计和建造路面响应试验样机需要充分考虑负载模拟与实时响应采集的协调与配合。
因此,需要合理规划试验方案、制定可行的实施方案和技术路线。
2. 路面响应数据的处理和分析需要针对不同条件下(车速、车型等)的数据分别分析和比较,需要对数据分析处理方法和相关统计学指标进行综合研究和评估。
交通荷载作用下公路结构动力响应及路基动强度设计方法研究
交通荷载作用下公路结构动力响应及路基动强度设计方法研究一、本文概述随着交通运输业的快速发展,公路交通荷载日益增大,对公路结构的动力响应和路基动强度设计提出了更高的要求。
本文旨在深入研究交通荷载作用下公路结构的动力响应特性,探索路基动强度的设计方法,为公路工程的安全、稳定和耐久性提供科学依据。
本文首先将对公路结构在交通荷载作用下的动力响应进行系统的理论分析和实验研究。
通过建立动力学模型,分析不同交通荷载下公路结构的振动特性、应力分布和变形规律,揭示交通荷载对公路结构的影响机制。
同时,结合实际工程案例,开展现场测试和数据分析,验证理论模型的准确性和实用性。
在此基础上,本文将重点研究路基动强度的设计方法。
通过分析路基材料的动力特性、应力波传播规律以及路基与路面的相互作用机制,建立路基动强度设计的理论体系。
同时,结合工程实际,提出针对不同交通荷载和地质条件的路基动强度设计方法和优化措施,为公路工程设计提供指导。
本文的研究成果将有助于提高公路结构的动力性能和安全性,促进交通运输业的可持续发展。
同时,本文的研究方法和成果也可为其他类似工程领域提供借鉴和参考。
二、交通荷载的特性与分类在公路结构设计与维护中,了解和掌握交通荷载的特性与分类至关重要。
交通荷载主要包括静态荷载和动态荷载两大类。
静态荷载主要由公路上的固定设施如路牌、护栏等产生,而动态荷载则主要由行驶中的车辆产生。
动态荷载是公路结构设计中需要特别关注的部分,其特性主要表现为荷载的大小、频率和持续时间的变化。
车辆类型、行驶速度、车辆载重、路面状况等因素都会对动态荷载的特性产生影响。
例如,重型货车产生的动态荷载明显大于轻型车辆,而高速行驶的车辆产生的动态荷载频率也会相应提高。
车辆荷载:这是最常见的交通荷载类型,主要由行驶中的车辆产生。
车辆荷载的大小和特性与车辆类型、载重、行驶速度等因素密切相关。
人群荷载:在公路两侧的人行道、桥梁等地方,人群的活动也会产生一定的荷载。
高速公路路基动力响应现场试验与数值分析
摘
要 : 于长 沙 绕 城 高 速 公 路 路 基 的 动 力 响 应 现 场 试 验 , 车辆 荷 载 直 接 作 用 于 路 基 上 , 用 光 纤 光 栅 元 基 让 运
件 对 路 基 下 多 个 测 点 进 行 测 试 . 据 现 场 试 验 结 果 , 合 数 值 计 算 模 拟 软 件 析 了 路基 动 应 力 随 路 基 深 度 根 结 , 分 的衰 减 关 系 , 为 标 准 轴 载 的动 应 力 影 响深 度 为 3 左 右 . 此 同 时 , 得 到 了 不 同 车 辆 荷 载 在 不 同 行 驶 速 认 m 与 还 度 的动 应 力 的变 化 规 律 . 新 性 地 提 出 了车 辆 荷 载 的正 弦 函数 的修 正 模 型 . 创
h ce l a c ie ty o h o d e n s h i e r tn l m e tt e tt e m u tp e il o d a td r c l n t e r a b d a d u e t e fb r g a i g e e n o t s h l l i m e s rn o n s u d rt e s b r d . Ac o d n o t e r s lso i l e t o b n d wi a u i g p i t n e h u g a e c r i g t h e u t ff d t s ,c m i e t e h
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HE a— i g H iy n
( u a x r s wa mi it a i n Bu e u H n n E p e s y Ad ns r t r a ,C a g h 1 0 1 C i a o h n s a4 0
高速列车荷载作用下路基的动力分析的开题报告
高速列车荷载作用下路基的动力分析的开题报告一、研究背景高速列车的发展和技术的提升使其行驶速度越来越快,荷载也越来越大,这对路基和土壤的稳定性提出了更高的要求。
因此,研究高速列车荷载作用下路基的动力分析是十分必要和重要的。
二、研究内容本文将围绕以下几个方面展开研究:1. 高速列车对路基荷载作用的分析。
2. 动力学理论与应用,分析荷载对土壤的影响。
3. 研究路基结构与土壤的动力特性。
4. 使用现有计算方法探究高速列车荷载下路基的变形和应力状态。
三、研究意义通过研究高速列车荷载作用下路基的动力分析,能够得出以下结论和成果:1. 对于高速列车运行路段的路基设计和改造提供理论依据和参考。
2. 为土木工程师和设计人员提供有关动力学与土壤相互作用的研究成果。
3. 为相关部门提供高速列车路段管控和维护的参考标准。
四、研究方法本文将使用分析和实验相结合的方法进行研究,主要包括:1. 路基与土壤特性的采样和试验分析:包括物理性质、力学特性和动力学特性等。
2. 高速列车荷载下路基的数值模拟及分析:采用现有的ANSYS、ABAQUS等有限元软件,对路基在荷载作用下的变形及应力状态进行仿真。
3. 实验室测试:采用振动台和加速度计等设备进行实验室测试。
五、研究计划与进度安排本文计划耗时12个月左右,进度安排如下:1. 第1个月:准备研究背景和文献资料,确定研究方法和研究内容。
2. 第2-4个月:采样分析路基与土壤特性,对试验数据进行分析总结。
3. 第5-7个月:进行高速列车荷载下路基模拟,对模拟数据进行分析。
4. 第8-10个月:进行实验室测试,收集数据并进行分析与总结。
5. 第11-12个月:总结并撰写论文。
六、预期研究成果1. 得出在高速列车荷载作用下路基承载能力的合理估计值。
2. 研发基于动力学理论和现有计算方法的高速列车荷载下路基承载能力的计算方法和标准。
3. 建立高速列车荷载下路基振动响应模型并进行模拟和分析,为路基设计和管控提供理论支撑。
车辆荷载作用下高速公路路基路面动力研究
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牛顿迭代法如下式所 示 :
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车辆 荷 载作 用 下 高 速 公路 路 基路 面 动 力研 究
李 伟 梁 波 马 学宁
摘 要: 车辆 与道路 之间动荷载 问题是一个非 常复 杂的相互过程 , 充分考虑振 动荷 载产生机理 的基础 上, 车辆荷 载 在 从 的重要形 式、 车辆荷 载的模拟 、 基有限元模型’ 路 的建立等方面 , 究 了路 面在 车辆动载作用下的动态响应特征。 研 关键 词 : 高速公路 , 面, 路 路基 , 动荷 载
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车辆荷载作用下高填方路基动力特性研究
车辆荷载作用下高填方路基动力特性研究作者:***来源:《西部交通科技》2023年第07期作者简介:黄洪宾(1986—),工程师,主要从事公路工程施工管理工作。
摘要:文章依托某高速公路实际工程,运用FLAC 3D有限差分软件,通过编写FISH语言对车辆荷载进行定义,并根据数值仿真计算结果分析车辆荷载作用下的高填方路基动力响应特征,探讨了车辆荷载幅值、车辆荷载作用次数等因素的影响。
结果表明:车辆荷载作用下,高填方路基竖向应力绝对值明显增大,而由于土体阻尼的影响,其顶部监测点应力变化最明显;原状地基土两侧V型沟谷边坡为软弱结构面,其存在限制了路基填土的沉降变形,也极易导致车辆荷载作用下的路基填土和原状地基土出现滑移现象;车辆荷载幅值越大,则该高填方路基的竖向应力、沉降值和水平位移绝对值也越大;随着车辆荷载作用次数的增加,高填方路基沉降值不断增大,最后逐渐趋于平稳。
关键词:车辆荷载;高填方路基;FLAC 3D;位移中图分类号:U416.10 引言在车辆荷载作用下,路基极易产生不均匀沉降等病害,影响行车安全,造成经济损失。
故而研究路基在车辆荷载作用下的动力特性极为重要,对此大量学者进行了深入探讨。
刘大鹏等[1]设计了低路堤的足尺模型试验,测试其在车辆静载、短期车辆动荷载和长期车辆动荷载作用下的应力和应变值,并建立了长期车辆动荷载作用下的低路堤应力计算模型。
朱分清等[2]采用数值模拟的方式研究了高速公路不同压实度的黏土填方路堤,在施工期重载车辆及运营期行车荷载作用下的沉降变形规律。
杨强强等[3]基于某管道项目的现场试验,研究了车辆荷载作用下黄土路基的竖向土压力传递和扩散规律。
刘小兰等[4]考虑到现有路基动态回弹模量试验的不足,以路基深度为3m处的应力为例,分析了动荷载、静荷载作用下的路基应力变化规律,并给出了相应的取值范围。
孟上九等[5]采用现场动态监测和数值模拟相结合的方式分析了车辆荷载作用下的路基变形特性。
移动荷载作用下路面结构的动力响应
移动荷载作用下路面结构的动力响应移动荷载作用下路面结构的动力响应摘要现实情况中车辆总是以一定速度行驶在路面上的,因此研究沥青路面在车辆移动荷载作用下的动态响应是掌握路面结构行为的必要条件。
建立刚性基层沥青路面的三维有限元模型,分析移动荷载作用下路面结构的动力响应。
分析得出了荷载正下方不同深度处节点竖向剪应力he各结构层底弯拉应力的时间历程曲线。
结果表明,在移动荷载作用下,路面结构的动力响应具有明显的波动性质,与静荷载作用有明显区别。
绪论目前国内现有的道路设计方法通常将车辆荷载简化为双圆均布荷载静荷载,以双轮单轴BZZ-100(100kN)为标准轴载,以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标,对沥青混凝土面层和基层、底基层进行层底弯拉应力的验算[1],经过大量的使用实验证明,现有规范设计模型具有很大的局限性。
这是因为现实中车辆都是以一定的速度行驶在路面上,属于是移动荷载,路面结构在移动荷载作用下的力学响应与静力响应明显不同。
因此研究移动荷载作用下路面结构的动力响应更具有实际意义。
大量国内外学者对弹性层状体系在动荷载作用下的力学响应作了理论研究。
Siddharthan[2][3]结合弹性力学原理,建立层状体系动力学模型,研究了材料粘弹性对路面结构动力响应的影响。
Lv[4]采用Green函数、Laplace 积分变换和Fourier变换等方法求解出Kevlin地基上的无限大板在移动荷载作用下动态响应的数值求解。
钟阳、孙林[5]等利用Laplace-Hankel联合积分变换和传递矩阵相结合的方法推导出了轴对称半空间层状弹性体系动态反应的理论解,为进行路面结构的动态反应分析和路面材料参数的动态反算提供了一种行之有效的方法。
董泽蛟、曹丽萍[6]等采用ADINA建立了移动荷载作用下多层线弹性的三维沥青路面有限元分析模型,模拟分析了移动荷载作用下路面结构的三向应变动力响应。
鉴于理论解都涉及到较复杂的积分变换和无穷积分,最终只能采用数值方法求解。
车辆动荷载作用下路面结构动响应分析最后祥解
载重对沥青路面结构动力响应影响分析
1、载重对竖向位移响应影响
对于沥青路面层同一深度,载重的增加与沥青路面竖向位 移的增加呈正比例关系。
竖向位移随载重变化曲线
2、载重对垂直动应力的影响
垂直动应力随载重的变化曲线
沥青路面层4cm处垂直动应力随超载率的变化曲线
3、载重对动应变的影响
弹性应变和塑性应变是组成动应变的最主要的两个部分, 不同轮载作用,动应变将随之发生变化。由图可知,路面路 基的应变,随着荷载的增加,都在增加。
研究现状
现有的沥青路面结构设计理论中,通常采用 静态加载模式设计路面各结构层厚度。这种方法 适用于车速较低、车载较小的情况,但随着汽车 工业的快速发展,车辆的速度越来越快,重型汽 车也越来越多,因此研究行驶的车辆对路面产生 动荷载作用下路面结构的力学响应具有重要的理 论意义和潜在的应用前景。
路面平整度Leabharlann 连续式平整度仪3、单向位移累积值VBI
单向位移累积值VBI是车辆在路面上行驶时后轴与车厢之 间的单向位移累积的总和与行驶的路面总长度之比,测试车 辆在路面上行驶时与路面相互作用产生振动,引起车厢和车 轴的相对位移,这样就可以通过感应器测量出汽车在行驶一 段距离后相对位移的总和,进而得出VBI值,单位cm/km。
垂直动应力σz沿横向距离的变化规律
2、沥青路面各层动态响应的水平动应力
水平动应力时程曲线图
荷载作用下,沥青路面 响应主要有压应力和拉应 力,而且是交替变化着。 路面层产生压应力,在路 面层顶部有最大压应力, 而后随深度增加从上往下 逐渐减小,到达底基层时, 压应力趋于零,拉应力慢 慢增大,在基层与底基层 结合部拉应力达到较大值, 到达底基层底部时拉应力 最大。
(4)沥青路面结构处于三向受压状态,产生破坏主要原因是 层间存在大量的剪应力;沥青路面结构层底拉应力是引起疲劳 破坏的最主要因素,且最大水平和横向拉应力均发生在底基层 底部,因此,路面结构的疲劳破坏将沿着路面结构深度从底基
道路在交通荷载作用下动力响应
道路在交通荷载作用下的动力响应摘要:随着我国高速公路里程数逐年增长,交通超载超限现象也越发严重。
由于动态荷载的存在,我国现行设计规范在交通荷载设置方面的一些问题也日益突出。
通过对比国内外学者在道路动态响应方面的研究,我们可以总结出一种较符合工程实际的数值模拟实现途径,即采用半正弦不均匀移动荷载作用下的荷载-路面-路基接触模型。
关键词:交通荷载;沥青路面;动力响应;有限元模拟Dynamic response of road under traffic loadAbstract: as China's highway mileage increases year by year, traffic overload and overrun phenomenon is also becoming more and more serious. Due to the dynamic load, the current problem of design specification in the traffic load setting also becomes increasingly prominent. By comparising the research of domestic and foreign scholars in road dynamic response ,we can sum up a more practical way in engineering numerical simulation ,that is the load and pavement subgrade contact model under the action of the semi sinusoidal inhomogeneous moving load.Key words: Traffic load; Asphalt pavement; Dynamic response; Finite element simulation0引言随着国民经济和公路交通运输业的快速发展,我国高等级公路建设进入了个黄金时期。
车辆荷载作用下沥青路面的动力响应研究
车辆荷载作用下沥青路面的动力响应研究作者:兰家泉来源:《西部交通科技》2023年第07期作者簡介:兰家泉(1989—),工程师,主要从事工程管理相关工作。
摘要:为研究车辆荷载作用下沥青路面的动力响应,文章基于离散元方法,利用PFC 3D 软件建立沥青路面的三维数值模型,分别施加静载、振动荷载和移动荷载,考虑车辆与路面之间的相互作用,对车辆与道路之间的相互作用进行模拟,得到主要结论:通过PFC 3D软件建立沥青路面几何模型,并通过单轴压缩试验结果进行细观参数标定,可得到符合实际情况的沥青路面离散元数值模型;沥青路面在静载和振动荷载作用下,位移随着颗粒与荷载作用面距离的增大而减小,不同深度垂向正应力随着路面深度的增加而减小;在移动荷载下,随着荷载逐渐向测点移动,沥青路面各个结构层垂向位移逐渐增大,随着深度的增加,垂向正应力逐渐减小,但应力响应时间延长。
关键词:沥青路面;离散元;车-路相互作用;动力响应中图分类号:U416.2170 引言近年来,随着我国交通工程的不断推进,高速公路的总里程数迅速增加,其覆盖范围得到了巨大的改善。
然而,高速公路建设中的问题也显露出来,例如道路的使用寿命较短。
因此,对工程质量提出了越来越高的要求。
沥青路面因其具有整体强度高、低振动、良好的稳定性等优点,得到了广泛应用。
但沥青路面的劣化问题随着高速公路里程的增加变得更加明显,导致高速公路常常无法达到预期的使用寿命。
沥青路面的劣化原因通常被认为是长期的车辆荷载与日照、降雨等外部环境因素的共同作用导致的[1]。
目前,国内外学者对沥青路面的力学响应特征研究、车路相互作用研究与宏细观结合多尺度研究都取得了较多的成果。
庄传仪[2]通过柔性基层足尺直道试验路以及野外实体工程生产试验路,进行结构模拟试验和长期性能观测,对沥青路面结构设计指标、参数等相关问题进行了研究,并提出了柔性基层沥青路面结构设计关键技术问题的解决方案。
李皓玉等[3]建立了路面的三维有限元模型,将车辆系统简化为二自由度四分之一汽车悬架,模拟移动车-路相互作用下路面各个结构层的动力响应。
行车荷载作用下路面结构动态响应敏感性分析
行车荷载作用下路面结构动态响应敏感性分析在进行分析之前,我们需要了解路面结构的基本组成和行车荷载对路面的影响。
一、路面结构的基本组成一般来说,路面结构由多层不同材料组成,包括路基、基层和面层。
路基通常由原土或填筑的材料组成,基层通常由碎石或混凝土混合物组成,而面层则是指铺设在基层之上的沥青混合料或水泥混凝土。
二、行车荷载对路面的影响行车荷载是指车辆行驶时车轮对路面施加的荷载。
这个荷载的大小和分布方式会对路面结构的动态响应产生影响。
荷载的大小取决于车辆类型、车辆速度和车辆轴重。
常见的车辆类型包括轿车、卡车、公交车等。
荷载的分布方式通常可以采用轮轴荷载模型,即将车轮荷载等效为在路面上的一个或多个地点施加作用力。
在对路面结构动态响应敏感性进行分析时,需要考虑以下几个因素:1.材料特性:不同材料的物理、力学性质对路面结构的响应有着不同的影响。
例如,柔性路面的沥青混合料通常具有较好的阻尼特性,可以减小路面的动态振动;而刚性路面的水泥混凝土较硬,对动力荷载的响应较敏感。
2.路面结构的层次:路面结构是由多层材料组成,不同的层次对荷载的响应有不同的贡献。
例如,在柔性路面结构中,表层的沥青混合料起到了缓冲和分散荷载的作用,而基层的碎石层则起到了承受荷载的作用。
3.荷载速度:车辆行驶速度的不同会导致荷载的作用时间不同,从而影响路面结构的响应。
在高速行驶时,由于荷载的作用时间较短,路面结构的响应会更加紧急和剧烈,需要考虑更多的动态因素。
4.路面结构的纵向和横向均匀性:路面结构的均匀性对其动态响应的影响很大。
如果路面结构不均匀,例如存在沉陷、踏板、裂缝等问题,那么荷载作用下路面结构的响应就会更加敏感,并可能加速结构的破坏。
综上所述,行车荷载作用下路面结构的动态响应敏感性分析需要考虑材料特性、路面结构的层次、荷载速度以及路面结构的均匀性等因素。
通过对这些因素的分析,可以更好地评估和优化路面结构的设计,提高其稳定性、安全性和舒适性。
汽车荷载作用下公路结构的动力分析
汽车荷载作用下公路结构的动力分析1.试验验证针对层状公路结构的动力响应,卢正进行了室内大型模型试验[175]。
该模型长2.3m,横向顶宽2.0m,横向底宽3.6m,边坡坡度为1∶1。
按照实际高速公路的填筑过程,模型由6个结构层填筑而成,即:面层、基层、底基层、路基一层、路基二层和路基三层,整个模型置于试验室的刚性地面上。
各结构层具体参数见表6-1所示。
表6-1 模型试验各结构层参数[175]试验选择的荷载分布符合《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)[151]的规定,即利用双圆均布加载模拟汽车交通荷载,荷载圆半径为R=0.1065m,两个圆心间距为3R。
动力响应试验所加荷载的峰值是75kN,加载频率为5Hz。
为了验证上一节理论方法的正确性,数值计算选择的观察点与试验的动应力、动位移观测点完全一致,见图6-2所示。
图6-3和图6-4分别给出了计算得到的竖向应力和竖向位移沿深度方向的衰减规律,以及相应的模型试验实测的结果。
从图中可以发现,动应力和动位移的计算值略小于试验值,两者出现差异的原因主要有两个方面:一是测试仪器的精度及试验过程中难以避免的人为因素引起的误差;二是由于模型尺寸的限制,动荷载引起的弹性波在边界处未完全消散又反射回来,从而影响到模型内部响应的大小和分布。
但总体来看,利用本书方法计算得到的结果与模型试验实测结果符合得比较好。
图6-2 数值计算观察点图6-3 竖向应力的计算与试验结果比较图6-4 竖向位移的计算与试验结果比较2.公路结构性质对动力响应的影响分析公路结构层性质对其动力响应的影响对路面、路基结构设计与维护有重要意义。
面层是路面结构中的主要承重部分,承受了大部分由车辆荷载引起的动附加应力。
本小节以图6-2所示的典型层状公路结构为例,研究面层模量与厚度对公路结构动应力、动位移的影响规律。
图6-5 不同面层厚度下竖向应力分布图6-6 不同面层厚度下竖向位移分布图6-5和图6-6分别给出了不同面层厚度下基层顶面竖向动应力及竖向动位移的分布规律,图中的坐标原点对应于双轮荷载圆心连线的中心点。
车辆荷载作用下路基动力响应的研究
车辆荷载作用下路基动力响应的研究摘要:以中铁国际川铁公司尼日利亚分公司在尼日利亚卡诺州中标的公路改造扩展项目为背景,通过开展大量的颗粒级配试验、重度试验以及马歇尔试验等一系列土工试验,获得了沥青混凝土路面的最优配合比。
同时,基于试验结果,利用有限元计算软件MIDAS/GTS建立三维数值分析模型,施加不同轴重下的车辆荷载,分析了车辆荷载作用下路基的动力响应,得出:1)、动应力沿深度方向迅速衰减;2)、竖向加速度随着路基深度的增加,峰值急剧减小,充分说明较深处的土体所受的动荷载振动比较小,土体扰动程度没有浅层路基土体大。
关键词:车辆;试验;路基;动应力;加速度;引言高速公路的建设和使用,为汽车快速、高效、安全、舒适地运行提供了良好的条件,标志着世界公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代【1~3】。
随着世界经济建设和交通运输事业的发展,车流量、行车速度和载重量的不断增加,交通荷载对路基路面的受力变形特性的影响也越来越大,车辆与道路相互作用的动力学研究已发展成一个新的科学分支。
路基路面设计理论由过去的静态体系发展为动态体系己成为必然趋势【4】。
在这种大背景下,研究交通荷载作用下风积沙路基的动力响应问题具有一定的现实意义。
因此,本文将以中铁国际川铁公司尼日利亚分公司在尼日利亚卡诺州中标的公路改造扩展项目为项目背景,结合现场实测资料,利用有限元软件MIDAS/GTS建立数值分析模型,施加车辆荷载,研究动力作用下路基的动力响应。
瞬态动力学分析方法瞬态动力分析亦称时间历程分析,是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。
可以用瞬态动力分析确定结构在稳态荷载、瞬态动荷载和简谐荷载的随意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力及内力,其基本方程如下。
道路结构其实是一个非常复杂的体系,它由很多土层构成,不同土层又有不同的参数和物理性质,其对动荷载的响应除了与本身性质有关之外,还与交通荷载作用的特点和方式有很大关系。
桥梁在车辆作用下空间动力响应的研究
桥梁在车辆作用下空间动力响应的研究摘要:随着国民经济的不断发展,区域间的经济文化交流得到了加强,公路桥梁作为经济往来的重要载体,承担着车辆安全的重任。
同时,随着车辆轴重的加重及数量的增加,对桥梁的参数要求随之增加。
本文主要就桥梁在车辆作用下空间动力响应进行分析与探究。
关键词:公路桥梁;空间响应;动力响应结构优化设计在结构中应用广泛,特别是动力分析与动力优化在结构研究设计中更具有重要意义。
优化过程中,优化效率在很大程度上取决于灵敏度分析的计算效率和精度。
灵敏度分析的目的就是要找出对所关心的响应影响最敏感的参数。
在桥梁结构动力响应中,通过推导结构动力方程的一般表达式,提出动力响应问题,介绍求解动力响应问题的普遍方法,整体刚度矩阵质量矩阵的形式,以及刚度矩阵和质量矩阵对设计变量的导数矩阵求法。
1车辆荷载作用下桥梁动力响应优化设计1.1动力优化设计结构动力设计是动力分析的反问题或逆问题,它的求解要比正问题困难和复杂得多。
故在早期的动力设计中,限于当时结构设计水平,不得不采用经验、类比或试凑的方法。
显然,这些方法由于缺乏理论分析和计算结果的指导,使得设计结果带有较大的盲目性。
结构动力学设计要求工程结构具有良好的振动特性,避免出现振动故障,例如要求不出现有害的共振和过度振动等。
在设计时需采用必要的振动控制措施,才能保证结构良好的动力学性能。
振动问题不同于静强度问题,静强度设计主要取决于材料性能及工艺性能,而动强度则是由更多的因素决定的。
因而,结构动力学设计的设计指标和设计措施都有待于进一步明确和逐步形成。
结构动力特性优化设计包括结构的固有频率、振型、阻尼和刚度与质量分布等诸多方面。
其中以结构固有频率为目标或约束的优化设计是研究中涉及最早的课题,也是迄今成果相对较多的方面。
一般用于此类问题的优化方法包括:分布参数法、准则法和数学规划法。
1.2桥梁动力响应分析方法结构动力学设计的主要基础之一是结构动力学分析。
目前工程上广泛采用的有限单元法包括以下主要组成部分:1.2.1建立结构有限元模型结构有限元模型是结构动力学设计的对象。
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摘
要 : 合 河 北 某 高速 公 路 建设 项 目, 结 通过 车辆 荷 栽 对 公路 路 基 动 力 响应 的现 场 试 验 , 究 研
了车 辆 荷 载 对 路 基 的动 力 响应 ; 析 了 车辆 工 况 、 面 结构 、 隙 水 压 力对 路 基 动 力 响 应 的影 响 , 分 路 孔
变化情况 。测试原 件 的埋设 与 路基 施工 同步 进行 ,
需
可以减小 由于仪器 埋设导致 的路基 填料压实 度不够
带 来的误差 。并在 A 断面路基 中用钻 机 打孔 , 检 用
波 器在钻孔 中 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0m 五个 不 同 . 、. 、 . 、 . 、. 的深 度进行测 试 , 到不 同位置动态 位移 ( 得 仪器 的具
O
1 O
2 0
3 O
4O
5 O
时 间/0O ) (.1 s
体 布置 方案 见 图 1 。为 了研 究 不 同 的车 辆荷 载 和 ) 行车 速度 对 路基 动 力 响应 的 影 响 , 验 时分 别让 2 试 和2 车 辆行 驶 过 两 个 试 验 断 面 。 中 , J 车 的 0t 其 2t , J
过 A断 面时各 测试点 的动应 力变化 曲线 。
设计时 , 合考 虑路面形 式 、 堤填高 等多种 因素选 综 路 取 A、 B两 个实验 断 面 。其 中 A 断 面路 堤 填高 4 5 .
m, B断 面路 堤 填高 2 0 m。在路 基 中布设 动 土压 .
力 盒和孔 隙水压计 , 试 动 土压 力 和孔 隙水 压 力 的 测
摇
峰值 , 而在 4 0 5 0 m 处 则 没 有 明显 的峰 值 , . 、. 动应 力 已经很 小了。 由此 可知 , 辆荷 载所 引起 的路 基 车
U l 0 2 0 3 0 4 0 5 0
动应 力有 一个 作 用 范 围 , 路 面 以 下 2 5 m 深 度 在 .
10 5
20 0
20 5
3o 0
时 t ( .1s  ̄/OO )
()A 断 面 a
()B断 面 b
图 3 2 大 车 在 4 n h速 度行 驶 时 的 0t 0r / a
图 1 仪器 布 置 ( 位 : 单 m)
路 基 动 应 力 时程 曲线
H i h公 Au 与 o i e g wa s路 tm tv plc t n y o 汽 运 i s Ap ia o
中国现 行公路 路基设计 理念 均是 基 于静 力学理 论, 这与实 际情况 有 出入 , 别 是在 低 路堤 情 况下 。 特 车辆荷载是 一种动 力 荷 载 , 其 对路 基 的作 用 仅用 将 静力 近似替代 显 然存 在 不 足 。因此 , 路基 设 计 理论
速 度为 4 、O 8 、2 m/ ;0t O 6 、 0 1 0k h 2 大车 的速度为 2 、 0
图 2 2t 车 在 4 m/ 小 0k h速 度 行 驶 时 的
路 基 动 应 力 时程 曲线
7 0 6 O 5 0
/ 一\ O 孔 动 隙 土 水 压 压 力 3 j 2 1 力 盒 . 0 计
目 幅
4 0
3 0 2 O
1 O O O
5 0
10 0
得 出了相关结论 , 可供 同类工程设计参考 。
关键词 : 公路 ;车 辆荷 栽 ;路基 ; 场试 验 ; 应 力 现 动 中 图分 类 号 : 1 . U4 6 1 文 献标 志码 : A 文章 编 号 :6 1 6 8 2 1 ) 2 0 9 0 1 7 —2 6 (0 0 0 —0 7 - 3
总 第 1 7期 3
Hi h y g wa s& Au o tv plc to s tmo i e Ap ia in
公 路 与 汽 运
7 9
车辆 荷载 对公 路 路基 动 力 响应 的现 场试 验 研 究
王 国 昀
( 北锐 驰 交通 工 程 咨询 有 限公 司 , 北 石 家庄 河 河 005) 5 0 1
进行 相关 研究 具有现 实意义 。
2 试 验 结 果 分 析
2 1 车辆 工况 的影响 .
1 动 力 响应 试 验 方 案
路 基 的动力 响 应与 很 多 因素有 关 , 进 行试 验 在
试 验 考 虑不 同车辆 载重 对 路基 动应 力 的影 响 。 图 2 3为 2t 、 小车 和 2 大车 以 4 m/ 的速度 通 0t 0k h
4 、0k h O 6 m/ 。为 了研究 不 同 的路 面 结 构 对 路 基 动 力 响应 的影响 , 尚未铺 设 路 面 和路 面铺 设 完 成后 在Βιβλιοθήκη 分别 进行 2次实 验 。
由单 纯的静力 学方法 向包含 动力学方 法发展 已成必
然 。因而针对 车辆荷 载对公 路路基 的动力作 用问题
8 0
第 2期
21 0 0年 3月
从 图 2 3 知 :0t 车所 产 生 的动 应力 明显 、可 2 大
大于 2t 小车产生 的动应力 ; 论 大车 还是 小 车 , 无 路
基 中的动应 力均 随着深 度 的增 加 而 减小 ; 路 面 以 在
下 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5m 处 均 出 现较 为 明显 的 . 、. 、 . 、 . 、 .
内 , 产生 的附加 动应 力 较为 明显 。一般 概念 上将 所
时 间/oO ) ( .ls
填 土高度低 于 2 5m 的路 堤称 为低 路堤 , . 由于降低 了路 堤填土高度 , 减小 了对 地基 的附加压 力 , 车辆 而
荷载 对路 基 的动载 激励 影 响 的深度 也 是 2 5m, . 在 进行低 路堤设计 时应充 分考虑 动载的影 响。 2t 车动应力 出现 了两 次峰值 ,0t 车 出现 小 2 大 了三 次峰值 。这是 因为试 验的小 车为前后 两排轮 的 载客汽 车 , 两个 车轴所承担 的重量 比较均匀 , 以两 所 次峰值差 值不大 ; 大车为三 个车轴 的货 车 , 两个车 后 轴所承受 的重量 比前 面 的车 轴大 , 以后 两 次 峰值 所 比第 一 次的大 。在 动应 力 时 程方 面 , 着深 度 的增 随 加, 峰值 出现 的 时间越 迟 。这 是 由 于土 体 的阻 尼作 用 , 基深处 相对 于浅 层对 路 面 动荷 载激 励 的影 响 路