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重型车辆与刚性路面结构的动力相互作用理论分析和试验研究

作　者: 张军
导　师: 邹银生；王贻荪
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 重型车辆刚性路面结构动力相互作用移动荷载动挠度动应变有限单元法数值计算
分类号: U412
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

随着交通运输业的迅速发展和汽车工业的更新换代，作为基础设施的高速公路路面承载能力越来越难以满足使用要求，现行路面设计规范由于对车辆荷载采用过于简化的假设，导致无法正确反映路面受力和变形性状。本文试图从研究车辆动力荷载开始，对重型车辆与刚性路面结构的动力相互作用进行较为深入的理论分析和试验研究。1、采用四分之一车辆模型，将车轮承重体系视为具有质量、刚度和阻尼的单自由度系统，考虑车辆的竖向振动，对路面不平整引起的车辆动力轮载的大小和分布进行了数值计算，分析了车辆轮重、行车速度、路面平整度、车轮承重体系刚度和阻尼等因素对车辆动力轮载的大小和分布的影响。2、建立了重型车辆与刚性路面结构动力相互作用模型，并应用积分变换法和有限单元法进行求解，分别得到了移动荷载作用下粘弹性Vlasov路基上刚性路面板动挠度的精确解和刚性路面板动力反应的数值解。3、应用有限单元法进行了重型车辆与刚性路面结构的动力相互作用仿真分析，采用拟时间法将时间变量用位置变量替代，解决了模拟车辆移动的问题，并采用Newmark-β法求解，得到了(?)刚性路面板的动挠度、动应变等动力反应量值。4、利用美国明尼苏达州Mn/ROAD试验设施进行了刚性路面动力反应的试验研究。选择了三个刚性路面研究断面，通过采集两种重量的卡车以不同速度通过时，刚性路面板不同位置和不同深度部位处动应变计、缩缝传力杆钢筋应变计的应变时域变化曲线和路基顶面动土压力计的土压力时域变化曲线，获得了刚性路面板顶面和底面的纵向和横向动应变特征、缩缝传力杆动应变特征和路基顶面动土压力特征以及影响刚性路面板动应变特征的参数等测试数据，为本文的分析研究提供了重要的基础。5、通过输入Mn/ROAD试验条件参数，采用自编程序进行计算，计算结果与试验结果吻合良好，从而对本文提出的计算方法进行了验证。采用数值分析方法研究了车辆轴重、行车速度、路面厚度、路基刚度等因素对刚性路面板动挠度和动应变的影响。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-19
  1． 1 课题研究背景  10-12
  1． 2 国内外研究现状及文献综述  12-17
  1． 3 本文研究的主要内容  17-19
第2章重型车辆动力荷载的确定方法  19-31
  2． 1 重型车辆动力轮载作用特征  19-21
  2． 2 重型车辆计算模型的建立  21-22
  2． 3 根据路面表面形状确定重型车辆动力轮载  22-24
    2． 3． 1 路面不平整引起车辆竖向振动方程的建立和求解  23-24
    2． 3． 2 数值分析程序设计  24
  2． 4 重型车辆动力轮载影响因素分析  24-30
    2． 4． 1 计算参数选取  25
    2． 4． 2 计算结果分析  25-30
  2． 5 本章小结  30-31
第3章重型车辆与刚性路面结构的动力相互作用理论分析  31-60
  3． 1 重型车辆与刚性路面结构的动力相互作用模型  31-32
  3． 2 Vlasov地基模型和地基刚度矩阵的建立  32-35
    3． 2． 1 Vlasov地基模型  32-33
    3． 2． 2 Vlasov地基刚度矩阵的建立  33-35
  3． 3 粘弹性Vlasov地基上的无限大板在移动荷载作用下的力学分析  35-39
    3． 3． 1 粘弹性Vlasov地基上的无限大板振动方程的建立  35-38
    3． 3． 2 积分变换法求解粘弹性Vlasov地基上的无限大板振动微分方程  38-39
  3． 4 粘弹性Vlasov路基上刚性路面板动力反应的有限元仿真分析  39-54
    3． 4． 1 仿真分析基本原理  39-47
    3． 4． 2 有限元法程序设计  47-54
  3． 5 刚性路面缩缝传力杆的动力反应分析  54-56
    3． 5． 1 刚性路面缩缝传力杆的受力特征  54
    3． 5． 2 缩缝传力杆的刚性路面动力反应分析  54-56
  3． 6 连续配筋路面板的动力反应分析  56-58
    3． 6． 1 连续配筋混凝土路面动力控制方程的建立  56-57
    3． 6． 2 连续配筋路面板的刚度矩阵建立  57-58
    3． 6． 3 连续配筋路面板的动力反应分析  58
  3． 7 本章小结  58-60
第4章刚性路面结构动力反应的试验研究  60-77
  4． 1 Mn/ROAD试验设施简介  60-61
  4． 2 试验工作内容  61-62
  4． 3 试验研究条件  62-66
  4． 4 试验研究结果  66-75
  4． 5 试验研究结论  75-76
  4． 6 本章小结  76-77
第5章重型车辆与刚性路面结构动力相互作用的数值分析  77-85
  5． 1 计算方法的验证  77-78
  5． 2 刚性路面动力反应的数值分析  78-83
  5． 3 结论  83-85
结论与展望  85-88
  结论  85-87
  展望  87-88
参考文献  88-97
致谢  97-98
附录A (攻读博士学位其间发表论文目录)  98-99
附录B  99-102

重型车辆与刚性路面结构的动力相互作用理论分析和试验研究

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