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原文传递行车荷载下路面结构响应分析

论文题名：	行车荷载下路面结构响应分析
关键词：	公路路面;路面结构;柔性路面;移动荷载;有限元分析
摘要：	目前，世界各国在柔性路面设计中一般采用静荷载方法。静载反映的仅是车辆驻停于路面时的一种状态，而实际路面承受的是车辆移动荷载的反复作用。路表平整状况、行车速度及车辆本身的参数都会对行车荷载产生影响，行车荷载的变化又会影响到路面结构的应力、应变状态，静载方法对这些都无法进行描述。本文对移动荷载下路面结构响应进行了研究，以期为完善路面设计提供参考。针对目前路面检测正在朝着模拟真实行车特点的方向发展。为了弄清行车荷载下路表弯沉响应规律，为路面检测提供理论依据，论文首先从动态平衡微分方程出发，利用广义Duhamel积分和积分变换方法，求解了移动荷载下弹性层状体系的表面弯沉，并且编制了相应的Laplace与Hankel积分逆变换程序，得出了单个移动荷载及单轴单轮荷载下的弯沉变化规律。使用线性叠加方法即可得到多轴多轮情况解。理论方法求解路面结构内部应力时正指数项容易溢出，且只能求解横向无穷大问题，很难将道路边界及荷载形状变化考虑在内。论文接着利用三维动态有限元和显式积分技术，对均布移动荷载下路面结构内部应力进行了分析。通过在有限元程序中加入子程序实现了荷载移动，通过网格有规则的细分和时间步长短来控制不同时间荷载处于不同的位置。对路面结构内部应力研究时，以面层剪应力和基层、底基层层底拉应力为主要研究对象，分析了各结构层模量变化、层间接触状态和轴载组合对它们的影响规律。路面不平整客观存在，考虑到其对车路动载及路面响应必然带来影响，论文对行驶在平整路面上的汽车突然遇到路面局部不平整时的附加动载和路面响应进行了分析。将汽车简单化为弹簧阻尼模型，将路面局部不平整简化为半正弦曲线，对附加动载进行了公式推导，得到了行车速度、不平整波长和轴重等因素对附加动载的影响规律。将得到的附加动载施加于动态有限元模型，得到了这种附加动载下表面弯沉和内部应力的变化特点。前面模型都是以完好无缺陷路面结构为分析对象，但裂缝作为沥青路面最主要的破坏形式，广泛存在于路表和路面内部。因此，论文最后用三维动态有限元技术并结合断裂力学方法对行车荷载下含横向裂缝路面结构进行了分析。通过对移动荷载与静载两种加载模式下的应力强度因子对比分析，发现了两者的差异。然后重点讨论了底基层、基层、面层的反射裂缝和自上而下的表面裂缝在移动荷载下的Ⅰ型、Ⅱ型应力强度因子变化规律，同时还考虑了各结构层模量变化对裂缝尖端的影响。
作者：	单景松
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄晓明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文