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基于谱元法的道路结构动态模量智能反演研究
| 论文题名： | 基于谱元法的道路结构动态模量智能反演研究 |
| 关键词： | 道路工程;谱元法;模量反演;差分进化算法;落锤式弯沉仪 |
| 摘要： | 目前，利用弯沉对路面结构进行动态模量反演时存在静力分析理论与实际情况相悖，部分反演算法适用性较窄、动力反算耗时长等问题，降低了模量反演的可靠性、便捷性。因此，本文基于动力解析理论，借助谱元法建立了冲击荷载作用下路面结构的动力响应轴对称模型，以此为基础构建了反演动态模量的差分进化算法，并结合现场试验对算法进行了应用验证。本文的主要研究内容和结论如下： (1)利用Laplace、Hankel积分变换和Helmholtz位移势函数，并结合谱元法基本原理建立了轴对称条件下冲击荷载作用的各向同性路面结构动力响应计算模型，确定了积分逆变换过程中两个待定参数值。通过与两种典型路面结构有限元计算结果比较验证了所建立的动力响应模型计算结果的正确性、高效性，分析了各结构层模量和厚度对弯沉结果的影响程度，其中厚度变化对弯沉结果的影响最大。并通过弯沉敏感性分析确定了面层模量对荷载作用中心处弯沉影响大，路基模量对远处弯沉影响大，而结构层厚度对离荷载作用位置约0.3m处弯沉的影响最大。 (2)通过引入轴对称条件下的Buchwald位移势函数，建立了冲击荷载作用下的横观各向同性路面结构动力响应谱元计算模型，并分别与文献和有限元结果进行对比，验证了所建立动力响应计算的正确性、有效性。同时针对各结构层不同横观各向同性系数对弯沉结果的影响进行了分析，面层、基层和底基层的系数变化仅影响弯沉峰值，而路基系数的变化会影响峰值和弯沉曲线恢复阶段，且各结构层系数在小于1.0时对弯沉影响较大，在大于1.0时对弯沉影响较小。 (3)根据弯沉敏感性分析结果，将各测点弯沉峰值与荷载中心处弯沉曲线发展、恢复阶段中间时刻弯沉的相对误差平方和作为目标函数，以此建立反演道路结构动态模量的差分进化算法。通过将50次平行模量反演结果视为正态分布对算法的稳健性进行了分析，在95%置信度下反演模量的最大相对误差为1.57%，其中路基模量结果的稳定性最好、误差最小。同时通过分析算法中参数对模量反演结果的影响确定了初始参数的取值，并将算法与Evercalc比较，验证了算法的有效性。 (4)在足尺试验路进行加速加载测试，利用差分进化算法对FWD弯沉数据进行动态模量反算，通过对比加载前后各结构层模量的变化情况发现：由于路面施工时压实度未达设计要求，导致面层、基层模量的增加。采用冲击回波对比了试验路三种结构沥青层的动态模量结果，采用乘幂回归模型建立了反算动态模量与冲击回波动态模量的相关性，相关系数R为0.9092，其相关性较好。 |
| 作者： | 汤跃文 |
| 专业： | 交通运输 |
| 导师： | 杨博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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