基于车-路耦合的沉管隧道车辆动力荷载建模与分析

基于沉管隧道路面结构和车辆动力特性及路面不平顺激励下的车路随机脱离现象,通过构建合理的车辆-路面耦合动力系统模型和移动坐标系,采用特征节点接触力矩阵和连接刚度矩阵的局部修正方法,实现车-路随机脱离问题的求解,从而建立了沉管隧道车-路耦合状态下车辆动力荷载计算数学模型和理论解。研究结果具有良好的普遍性和易拓展性,其模块的计算功能可方便地推广应用于其他三维刚-弹耦合分析的复杂动力学问题,对实际工程具有良好的应用价值。参数敏感性分析和实例应用验证了成果在沉管隧道车辆动力荷载计算的适用性和鲁棒性。

模量不均匀路基上的沥青路面动力响应研究

为研究路基模量的不均匀对沥青路面动力响应的影响规律,首先采用便携式落锤弯沉仪(简称PFWD)对亚—雪公路路基模量分布进行现场测试,分析并总结路基模量的空间不均匀分布特征;进而考虑汽车车体的运动、轮胎的黏弹效应、沥青路面的黏弹性能以及路基模量的不均匀特性,基于D'Alembert原理和黏弹性薄板振动理论,建立了重载汽车-路面-不均匀模量路基耦合动力学模型,并分析了路基不均匀特性、行车速度和后轴轴重对沥青路面动力响应的影响。计算结果表明,路基模量的不均匀性对路面动应变的影响显著。当汽车行驶通过路基不均匀模量区时,后轴产生的基层底应变幅值约为前轴的2倍;当后轴轴载由100k N增加至180k N,基层底应变幅值由62με增加到109με;随着行车速度从5km/h增加至80km/h,基层底部的拉应变幅值增加1.3倍,并逐渐趋于稳定;特别当路基不均匀模量幅值从40MPa降低到0、不均匀模量弦长由1m增加至4m,基层层底拉应变幅的增幅分别可达26%和23%。