隧道进出口暗冰区限速研究

发布时间：2017-07-28 11:19

  本文关键词：隧道进出口暗冰区限速研究

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【摘要】：近年来,我国公路隧道建设取得了巨大成就,隧道通车里程和隧道群数量增长快速。同时,隧道交通安全越来越突出,由于自然环境和运营条件影响,隧道进出口暗冰区的交通安全问题正受到越来越多的关注,其中隧道进出口的限速更是关注的焦点。本文基于车辆行驶安全稳定性和道路能否长期使用两方面的因素共同确定隧道进出口暗冰区路段的限速值。本文研究内容主要有如下几个方面:本文首先对暗冰的形成机理和易发区做了研究,然后选取秦岭山区高速公路隧道进出口段路面作为研究对象,并结合前期收集和查阅的隧道内外气象资料,分析隧道进出口段对暗冰的形成有何影响,并基于隧道进出口段暗冰区路面温度和风速变化特性和其与暗冰形成之间的关系确定隧道进出口过渡段长度,此过渡段长度为抗暗冰的重点区域,也是后续进行模型仿真和有限元受力分析的范围。其次,依据对隧道进出口段路面温度特性的研究,并基于车-路耦合关系的基础上,进一步分析隧道进出口暗冰区段车辆速度与行驶稳定性之间的关系,并在此基础上建立车-路耦合模型,基于稳定性评价标准制定基于交通行驶安全的车辆限速值。然后在此基础上,进一步研究车辆在不同速度下对道路产生的应力有何不同,找出不同车速与道路应力之间的关系,建立车速与道路疲劳应力之间的关系,为后文基于道路长期使用确定限速值提供依据。首先运用接触单元理论,推导得到接触面上的的压力分布原理。其次,因为路面的不平度和车速不但会影响车辆振动特性值,而且也会影响车轮对路面的随机荷载,使车轮载荷有一定幅度的变化。所以通过运用有限元原理与接触单元理论,分析得出车辆速度变化对路面疲劳应力的影响。最后,通过对隧道进出口暗冰区道路进行有限元分析,得出不同速度与道路受力之间的关系,道路受力主要考虑了道路摩阻力与空气阻力。接着通过对第二章中隧道进出口暗冰区路面温度变化特性分析的基础上,建立隧道进出口暗冰区段路面的有限元模型。通过不同的受力模型,研究不同车速下,隧道进出口暗冰区路段暗冰冰层与路面受到的应力、应变的变化,并将其与暗冰冰层和参照沥青路面的极限破坏拉应变、极限破坏剪应变进行对比分析,得出暗冰破坏、道路有疲劳损坏趋势时汽车的速度值,并根据道路受损情况和第三章中基于行车安全确定的限速值,确定最终的隧道进出口暗冰区路段的限速值。因为模型建立的过程中考虑了其他隧道的共性特征,所以此限速值具有普遍适用性,而不单单局限于第二章中温度研究所选定的隧道。
【关键词】：隧道进出口路面温度 行车稳定性 有限元受力分析 限速
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U491.4;U458
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.1.1 公路隧道的发展概况10-12
• 1.1.2 我国公路隧道的特点12
• 1.1.3 公路隧道安全状况分析12-13
• 1.2 隧道进出口段环境13
• 1.3 问题的提出13-14
• 1.4 国内外研究现状14-16
• 1.4.1 国外研究现状14-15
• 1.4.2 国内研究现状15-16
• 1.5 研究内容与研究方法16-20
• 1.5.1 研究内容16
• 1.5.2 研究方法16-18
• 1.5.3 技术路线18-20
• 第二章 暗冰形成机理与隧道过渡段长度确定20-36
• 2.1 暗冰20-21
• 2.1.1 暗冰形成原因20
• 2.1.2 暗冰易发区20-21
• 2.1.3 防止措施21
• 2.2 隧道进出口段温度变化21-30
• 2.2.1 季节变化的影响22-27
• 2.2.2 洞内风速对隧道进出口段路面温度的影响27-30
• 2.3 隧道进出口过渡段长度的确定30-33
• 2.3.1 基于温度纵向变化的过渡段长度确定30-32
• 2.3.2 基于温度梯度纵向变化的过渡段长度确定32-33
• 2.4 结论33-36
• 第三章 基于车-路耦合分析确定隧道进出口暗冰区段限速值36-46
• 3.1 车速与交通安全的关系36-37
• 3.2 车辆行驶稳定性影响分析及相关参数的确定37-40
• 3.2.1 车辆行驶稳定性37-38
• 3.2.2 车辆行驶稳定性的影响因素38
• 3.2.3 车辆隧道进出口暗冰区抗侧滑稳定性分析38-39
• 3.2.4 车辆安全行驶的相关特征参数39-40
• 3.3 车辆行驶运动方程的建立40-41
• 3.4 基于安全速度仿真系统的安全速度判定41-45
• 3.5 结论45-46
• 第四章 车速与路面疲劳应力的关系46-54
• 4.1 接触单元理论46-50
• 4.2 车轮轮载与路面及车速相互关系50-53
• 4.2.1 车轮随机动载方差的分析50-52
• 4.2.2 车速对路面疲劳应力的影响52-53
• 4.3 结论53-54
• 第五章 基于路面长期使用确定限速值54-62
• 5.1 暗冰区道路有限元分析54-57
• 5.1.1 轴载的选择54-55
• 5.1.2 汽车速度与阻力的关系55-56
• 5.1.3 道路受力分析56-57
• 5.2 ANSYS模拟暗冰路面受力分析57-61
• 5.2.1 有限元单元的选择57
• 5.2.2 模型的建立57
• 5.2.3 边界条件57
• 5.2.4 加载57-58
• 5.2.5 计算结果的输出58-61
• 5.3 结论61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 主要结论62
• 6.2 后续研究工作展望62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-72
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果72

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本文编号：583789