车辆正常通行下道路弯沉与承载能力检测新技术研究

发布时间：2017-09-22 05:34

  本文关键词：车辆正常通行下道路弯沉与承载能力检测新技术研究

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【摘要】：弯沉是反映道路整体变形的重要参数,是工程质量控制与道路维护评价的依据。道路弯沉的检测技术从最初的贝克曼梁技术,历经自动弯沉技术、落锤弯沉技术到目前最先进的激光弯沉技术;但贝克曼梁技术工作效率低,自动弯沉技术和落锤弯沉技术安全可靠性差,激光弯沉技术价格昂贵且检测效果仍待验证。为此本文提出在车辆正常通行状态下进行道路弯沉与承载能力检测评估的新方法,通过将智能传感器布置在既不影响车辆正常通行又能有效反映道路变形特征的位置采集数据,并结合车路耦合系统的理论研究、数值模拟以及建立的相关分析模型,最终实现了道路承载能力评估。本文在河北省交通科学基金资助下,完成的主要工作与成果如下:1、利用ANSYS仿真生成A、B、C、D级道路对应的不平整度,结合车辆动力学方程建立车辆仿真模型,最后代入A、B、C、D级道路的不平整度,算出相应工况下的车辆随机荷载。2、基于修正的双参数地基理论,利用ANSYS生成道路结构模型,再将生成的车辆随机荷载作用在已建好的道路结构模型上,实现了车-路耦合响应模型的分析。3、基于已建的车-路耦合响应模型,分别探讨车辆轴载、行车速度、道路结构层模量和道路结构层厚度对路表弯沉的影响规律,再通过丰富的有限元模型计算和回归分析建立A、B、C、D级道路的路表弯沉计算公式,最后建立了基于路表弯沉的基顶当量回弹模量的分析模型,并结合道路承载能力的分级标准实现道路承载能力评估。4、通过HTML和JAVASCRIPT平台研制了基于道路弯沉的道路承载力评估分析软件,应用该软件只要输入实测的路表弯沉值即可给出道路承载能力的评估指标。5、将研究成果应用于某新建道路检测,对实测的加速度信号经滤波和积分处理得到实测的路表弯沉,将路表弯沉值等信息输入分析软件,得到基顶当量回弹模量的实测值为240.93179 MPa,模量指数为0.93006,基顶当量回弹模量的实测值与设计值较为接近,误差7%左右。该工程实例验证了本文分析模型的可靠性和有效性。
【关键词】：不平整度 车—路耦合响应模型 路表弯沉 基顶当量回弹模量 道路承载能力
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景和意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 本文研究的主要内容14-16
• 第二章 车辆通行下道路承载能力评估的理论分析16-25
• 2.1 道路不平整度理论16-19
• 2.1.1 路面不平整度及其功率谱密度16-17
• 2.1.2 路面不平整度求解17-19
• 2.2 车辆振动模型及方程19-20
• 2.3 沥青路面的方程求解20-22
• 2.4 车路耦合系统振动方程的求解22
• 2.5 承载能力评估指标22-24
• 2.5.1 当量厚度转换22
• 2.5.2 基顶回弹模量计算[71]22-23
• 2.5.3 承载能力评估23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 沥青路面的路表弯沉及承载能力研究25-69
• 3.1 基于随机荷载的沥青路面有限元方程25-27
• 3.1.1 [M]求解25-26
• 3.1.2 [C]求解26-27
• 3.2 基于随机荷载的沥青路面有限元模型27-28
• 3.3 A级平整度路表弯沉值影响因素与计算公式28-38
• 3.3.1 面层厚度对路表弯沉值的影响28
• 3.3.2 面层模量对路表弯沉值的影响28-29
• 3.3.3 路基模量对路表弯沉值的影响29-30
• 3.3.4 汽车轴载对路表弯沉值的影响30
• 3.3.5 行车速度对路表弯沉值的影响30-31
• 3.3.6 路表弯沉值公式的计算31-37
• 3.3.7 基顶当量回弹模量公式的计算37-38
• 3.4 B级平整度路表弯沉值影响因素与计算公式38-48
• 3.4.1 面层厚度对路表弯沉值的影响38
• 3.4.2 面层模量对路表弯沉值的影响38-39
• 3.4.3 路基模量对路表弯沉值的影响39-40
• 3.4.4 汽车轴载对路表弯沉值的影响40
• 3.4.5 行车速度对路表弯沉值的影响40-41
• 3.4.6 路表弯沉值公式的计算41-47
• 3.4.7 基顶当量回弹模量公式的计算47-48
• 3.5 C级平整度路表弯沉值影响因素与计算公式48-58
• 3.5.1 面层厚度对路表弯沉值的影响48
• 3.5.2 面层模量对路表弯沉值的影响48-49
• 3.5.3 路基模量对路表弯沉值的影响49-50
• 3.5.4 汽车轴载对路表弯沉值的影响50
• 3.5.5 行车速度对路表弯沉值的影响50-51
• 3.5.6 路表弯沉值公式的计算51-57
• 3.5.7 基顶当量回弹模量公式的计算57-58
• 3.6 D级平整度路表弯沉值影响因素与计算公式58-67
• 3.6.1 面层厚度对路表弯沉值的影响58
• 3.6.2 面层模量对路表弯沉值的影响58-59
• 3.6.3 路基模量对路表弯沉值的影响59-60
• 3.6.4 汽车轴载对路表弯沉值的影响60
• 3.6.5 行车速度对路表弯沉值的影响60-61
• 3.6.6 路表弯沉值公式的计算61-67
• 3.6.7 基顶当量回弹模量公式的计算67
• 3.7 基于路表弯沉的沥青路面承载能力67-68
• 3.8 本章小结68-69
• 第四章 软件编写及实例测试69-80
• 4.1 编程语言简介69
• 4.2 分析软件主界面69-71
• 4.3 基顶当量模量设计值算法编写71-75
• 4.4 基顶当量模量实测值算法编写75-76
• 4.5 承载能力评估算法编写76-77
• 4.6 实例测试77-79
• 4.7 本章小结79-80
• 第五章 结论与展望80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-87
• 附录A87-88
• 附录B88-91
• 附录C91-92
• 附录D92-95
• 附录E95-96
• 附录F96-99
• 附录G99-100
• 附录H100-103
• 作者简介103

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本文编号：899088