交通荷载作用下沥青路面的动力响应分析

论文摘要

随着我国经济的快速发展及科学技术的进步,沥青路面得到越来越广泛的应用。近年来,沥青路面已经成为我国高等级公路路面结构的主要形式之一。但随之而来的,是车辆增多、超载和超速等问题的日益严重和突出,沥青路面早期损害也越来越严重。另外,车辆在行驶过程中由于路面不平整而产生振动,其对路面、路基的作用随时间和路表特性而变化,是一个典型的动力荷载。因此,路面设计理论由静态体系发展成为动态体系已成为今后发展的必然趋势。针对上述问题,本文选取一种典型的沥青混凝土路面结构建立模型,应用三维动力有限元的基本方法,结合ANSYS有限元程序分析交通荷载作用下沥青路面的动力响应,得到了不同加载方式下,不同荷载、不同车速对沥青路面结构的动态应力、应变及位移的影响规律。本文所做的主要工作如下:(1)将研究的沥青路面模型简化为三维模型,将平整路面上的交通荷载简化为移动的恒定荷载形式,利用ANSYS建模并进行瞬态动力响应分析;(2)将不平整路面上的交通荷载简化为移动的简谐荷载和移动的振动荷载两种不同的荷载形式,利用ANSYS建模并进行瞬态动力响应分析;(3)分析不同工况条件下,如车辆载重、行车速度等对路面结构的动力响应规律。并经过分析比较得到高速公路在交通荷载作用下,不同深度范围内路面结构的动应力、应变以及位移的衰减规律。本文通过这些分析得出几个结论,对今后沥青路面工程中的设计、施工和管理工作都将有一定的指导意义和参考价值。其中,利用振动理论知识在假定沥青路面是一个已知波形面的基础上设计了一种比较真实的振动荷载,从而得到一种新的荷载形式,是本文的创新之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 沥青路面结构分析理论基础
• 2.1 弹塑性本构模型
• 2.1.1 弹性阶段
• 2.1.2 弹塑性阶段
• 2.2 弹塑性空间轴对称问题的基本方程
• 2.3 交通荷载的特性和计算模型的简化
• 2.3.1 交通荷载的特性
• 2.3.2 交通荷载的简化
• 第三章 沥青路面结构的有限元分析和ANSYS的应用
• 3.1 有限元法理论和方法
• 3.1.1 有限元法概述
• 3.1.2 有限元法分析的基本过程
• 3.2 动力分析简介
• 3.2.1 结构的动力学方程
• 3.2.2 系统的动力响应
• 3.3 ANSYS动力有限元分析
• 3.3.1 ANSYS软件概述
• 3.3.2 瞬态动力学分析
• 3.3.3 沥青路面结构单元介绍
• 第四章 平整路面结构动力响应
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 沥青路面结构层材料的本构模型
• 4.1.2 沥青路面结构计算参数
• 4.1.3 有限元模型的建立
• 4.2 移动恒定荷载作用下的路面结构分析
• 4.2.1 数值计算结果
• 4.2.2 轮载对路面结构的影响分析
• 4.3 小结
• 第五章 不平整路面结构的动力响应
• 5.1 不平整路面上的车辆振动力学分析
• 5.2 振动荷载作用下路面结构的力学响应
• 5.2.1 模型节点的选取
• 5.2.2 结构应力分析
• 5.3 不同工况对路面结构的影响
• 5.3.1 数值计算结果比较
• 5.3.2 轮载和速度对等效应力的影响
• 5.3.3 轮载和速度对竖向位移的影响
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢