基于安全性的路桥过渡段车辆路面动力响应研究.pdf

长安大学
硕士学位论文
基于安全性的路桥过渡段车辆-路面动力响应研究
姓名:敬伟
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:郑木莲
20100604
摘要路桥过渡段差异沉降的存在会降低道路的行车速度,同时也直接影响行车的舒适性与安全性,成为影响道路正常运营的关键技术难题之一。论文对路桥过渡段的差异沉降及其动力响应进行系统分析,基于行车安全性提出路桥过渡段差异沉降的控制标准,并对路桥过渡段路面结构的动力响应进行分析,从而对于及时提出路桥过渡段的养护维修对策,并合理设计路桥过渡段路面结构提供理论依据。论文建立人车路垂向振动系统,运用/,分析五自由度车辆模型通过路桥过渡段时承受的动力响应,得到车辆速度、载重、路面结构及搭板长度等参数对车辆承受振动的影响规律。提出采用动荷载系数作为评价路桥过渡段车辆承受动载的评价指标,并计算得出行驶车辆作用于路桥过渡段时的附加动荷载和动荷载系数,基于行车安全性提出路桥过渡段差异沉降的控制标准。建立路桥过渡段三维有限元模型,将行车荷载视作冲击荷载,进行路面结构动态响应分析,对路桥过渡段路面在动荷载和静荷载作用下的不同响应进行对比分析,根据计算结果引入沥青路面动载弯沉修正系数、动载基层底拉应力修正系数、动载路基顶面压应变修正系数,以充分考虑动载对路桥过渡段路面结构的影响。关键词:路桥过渡段、差异沉降控制标准、行车安全性、动力响应、动荷载系数、动载修正系数
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第一章绪论问题的提出随着我国国民经济的快速发展,公路修建里程不断增加,道路等级不断提高,截至年底,,桥梁、涵洞、通道等公路构造物所占的比重也越来越大。据不完全统计,对于高速公路,仅通道与涵洞平均每公里有座之多,个别线路甚至达座。但从目前已投入使用的高等级公路,特别是高速公路的营运情况来看,存在一些不尽如人意之处,尤其是在这些构造物台背回填处普遍存在桥头跳车的现象。所谓桥头跳车,是由于公路桥头及伸缩缝磐芬处的差异沉降或伸缩缝破坏而使路面纵坡出现台阶引起车辆通过时产生跳跃的现象。桥头跳车是目前公路建设中的通病之一,严重影响行车舒适性和安全性,降低车辆的行驶速度和道路的通行能力。同时,车辆通过路桥过渡段时产生不利的动荷载,从而加速了桥台、支座、伸缩缝及路面结构等的损坏。因此,桥头跳车是道路交通安全的重要隐患之一,损害高等级公路建设的社会效益和经济效益,成为高速公路建设和运营中桥头跳车现象带来的危害具体体现在以下几个方面:孕谐蛋踩ê褪媸识鹊挠跋臁S捎谔档拇嬖谑钩盗静坏貌唤档统邓伲构路的使用功能和通行能力受到很大影响。跳车使司机和乘客感到颠簸不适,心情不快易疲劳,所载货物易损坏;严重跳车会造成翻车、追尾等交通事故,威胁人、车和物的安全,造成生命、财产的损失。磐凡钜斐两凳沟贸盗就ü藕峁刮锸保寤骱稍兀渌胶痛怪背击力会对路面、路基和桥梁结构物产生进一步的损坏,从而增加养护维修费用和管理的难度,并降低公路使用性能。磐诽刀猿盗舅鸷艽螅黾映盗镜恼穸泳缁⒙痔ツニ鸷托谐档油耗,缩短车辆的使用年限,增加运输成本。据有关资料分析,汽车每经过一座桥台时,因跳车紧急制动所增加油耗浪费将大大增加。在美国每年因桥头跳车而花费的养护、修理费用高达一亿美元以上。我国每年也要花费大量的人力、物力和财力来处理桥头跳车。桥头跳车已成为阻碍高速公路正常运营的关键问题,为延长道路使用寿命,提高道路服务水平,有必要对路桥过渡段的差异迫切需要解决的世界性难题。长安大学硕士论文
国内外研究现状沉降及其动力响应进行分析研究,提出桥头跳车的量化指标与评价标准,从而有利于减少桥头跳车的发生并及时提出养护维修对策,这对提高道路行车安全性和我国高速公路的使用品质具有重要意义。同我国现行路面设计规范中采用静荷载不同的是,路桥过渡段桥头跳车是一个典型的动荷载作用问题。关于动荷载的研究目前主要包括两个方面的内容,一方面是路面结构由于桥台和路面之间的差异沉降所导致的车辆动荷载作用下的振动问题;另一方面是路面结构在动荷载作用下的动力响应问题。前者关系到行车安全性、乘坐舒适性及路面动荷载相关设计参数的确定,后者则对路面的结构设计、无损检测、动参数的研究及揭示路面结构损伤机理具有重要的意义。车辆经过路桥过渡段时由于路桥过渡段的差异沉降引起附加动荷载,桥头路面在附加动荷载作用下,变形来不及扩展到被冲击路面的全部体积上,路面会产生相当大的局部应力,造成过渡段路面的局部破坏,同时在车辆动荷载的作用下可能造成台后填土的滑动或坍塌。实际上,车辆与路面是一个相互作用的过程,路面的不平整引起车辆的振动,车辆又对路面加以动力荷载。车辆与道路之间相互作用的研究已经受到人们的重视,但是道路