杨瑞峰[1]2004年在《高速公路路面功率谱调查测量的研究》文中认为为实现国民经济的持续发展,政府逐年加大干线公路的投资。自1988年沈大、沪嘉高速公路通车,实现了我国大陆高速公路零的突破。十年后,1998年的实际投资高达2188亿元人民币,当年高速公路总里程达到6258km。截止2001年底,据交通部统计,我国高速公路总里程已跃居世界第二,达到19,000km。汽车行驶时,路面的不平会激起汽车的振动。当这种振动达到一定程度时,将使乘客感到不舒服和疲劳,或使运载的货物损坏。同时,路面激起的动载会缩短汽车的寿命,车轮与路面之间的动载的波动还影响它们的附着效果,因而也关系到汽车的主动安全性。提高汽车的行驶速度是提高运输效率的重要途径,但这会使汽车的振动加剧。若同时还要满足上述舒适性、可靠性和主动安全性的要求就得采取有效的措施:一方面要改善路面质量,减少的振动的来源;另一方面要求汽车对路面不平 有良好的隔振特性。车辆工程仅考虑路面不平度对车辆的激励,所以把与路面对车辆激励的各种情况均计入不平度,并按不平度对路面分级。而我国以公路等级来表明汽车使用条件,公路等级和路面不平度之间没有直接关系;在车辆运行中,路面不平激起车辆振动和路面动载荷,它所造成的损坏是该费用中的重要组成部分。同时,不平度是道路维修诊断技术(Present Serviceability Index,缩写为PSI)的重要参数,车辆营运道路的路面不平度也是试验场道路设计和试验规范制订的重要依据。为此,应用长春汽车研究所生产QY-Z1型双迹真实路形计,选取具有代表性的京津塘高速公路、京石高速公路、公路交通试验场、海南试验场的典型路段,进行了路面纵剖面的测量,调研收集了海南高速公路、沈大高速公路的路面谱资料,按照ISO/DIS 8608 路面纵剖面 — 测量数据报告方法进行数据分析,路面不平度用路形图、方差累积曲线、功率谱密度和国际平整度指数表示。通过外时钟数据采集、数据积分、数据预处理(高通数字滤波、去斜率、去均值)、谐量分析和统计分析,得出各路段路形图及方差累积曲线、位移功率谱密度及国际平整度指数,对高等级路面的宏观
王晅[2]2006年在《随机荷载作用下柔性路面结构及路基动力响应研究》文中指出随着公路交通车辆向大型、重型化的发展，超载超限现象非常突出。利用静力法或拟静力法设计的高速公路路面越来越难以满足服务要求，对车辆与路基路面结构相互动力作用机理的深入研究势在必行。本文以柔性路基路面为研究对象，将车辆和路基路面视为协调统一系统，针对目前高速公路重型车辆与路面之间相互动力作用研究中的一些热点和难点问题(如路面表面状况的描述和表达、随机动态荷载的描述和确定、路基路面动态响应的获取)进行了较为深入的理论分析和试验研究，主要研究内容如下：1．从车辆振动的随机激励源—路面的表面特性入手，利用频域分析法对路面不平度的随机功率谱密度函数(PSD)进行了推导，着重分析了高速公路路面不平度PSD的特点和规律，认为在路面随机不平度激励下产生的车辆动荷载为时空都在变化的随机荷载。在此基础上，考虑轮胎阻尼作用，采用四分之一车辆动力分析模型，编制Matlab程序对行驶于不平整路面上的车辆随机动荷载进行了数值模拟，在时域内给出了动力车辆模型在任意车速下的随机动荷载时程曲线，并探讨了车辆随机动荷载与路面激振频率、车速、路面波长、路面标准波数谱密度之间的关系，明确了车辆对路面随机激励输入的特性和规律。2．针对柔性路基路面的基本物理力学特性，在现有研究成果的基础上，借助层状体系理论，采用传递函数矩阵法，通过Fourier积分变换和Laplace积分变换，推导并给出了多层粘弹性体系在移动简谐冲击荷载作用下动力方程的解析解。考虑到解析的实际困难，提出基于ANSYS的粘弹性动力有限元数值法作为对多层体系动力响应进行求解的新途径。3．根据柔性路基路面多层粘弹性体系假设，建立了柔性路基路面结构叁维动力有限元模型，成功地将ANSYS大型有限元分析软件应用于车辆与路基路面相互动力作用的研究中，模拟并探讨了路基路面结构在单轮组车辆荷载(包括考虑车辆侧向力和切向力的叁向荷载)作用下的动态响应(主要包括动位移、动正应力、动剪应力、动应变等)及其影响因素，阐明了柔性路基路面在车辆动荷载作用下的疲劳损伤破坏规律和机理。4．成功地在常(德)张(家界)新建高速公路上进行了重型车辆荷载作用下柔性路基路面各结构层动态响应的试验研究。考察了车辆载重、车速、车道因素对路基路面的动态响应规律的影响，分析了动态响应的频谱特性和功率谱特性，并与路面不平度激励特性进行了比照，研究表明路面激励、车辆振动、荷载输入、路基路面动态响应具有相互依存的因果关系。通过二次回归正交法，建立了路基路面动态响应与车速、动荷载、荷载二次效应及车速荷载交互作用的数学模型，确立了各因素对路面结构服务能力下降及损伤破坏的影响强度。5．建立反映实际试验车辆特性的二分之一动力卡车模型，采用正规型方法对所建车辆模型的动力方程进行了求解。通过在ANSYS叁维模型中输入四轮组荷载模拟路基路面动态响应，将数值模拟结果与现场实测值(动应变及动应力)进行了对比研究，数值解与实测值比较吻合，说明本文所建立粘弹性叁维有限元模型合理可信。
黄永强[3]2010年在《高速公路路基沉降及路面动力特性研究》文中认为针对已运营高速公路路基路面结构出现的病害问题,论文结合湖南省交通科技项目“高速公路路基沉降及其对路面的影响”研究课题,以典型红砂岩地区高速公路红砂岩粗粒土路基填料的长期变形和交通荷载作用下路基路面结构的动力响应等难点和热点问题(如土石混填路基的沉降预测、路基的长期沉降变形、交通动荷载的描述和确定、动荷载的激励特性、典型支承条件下的路基路面结构动态响应)为研究对象,采用理论分析、室内试验、现场试验和数值计算等方法进行了深入研究。主要研究内容如下：1.对湖南省境内已运营高速公路的病害情况进行了大量的、深入细致的调研工作,其中重点调查了临长、潭耒、耒宜叁条高速公路,并仔细查阅了设计文件和施工原始记录资料。调查研究表明红砂岩粗粒土路基路面结构病害的产生与运营时间及交通量密切相关,路基路面病害的产生有两个主要原因,一是交通动荷载长期反复的作用,二是红砂岩粗粒土路基填料在荷载长期作用下的流变变形。2.由流变引发的路基沉降特别是不均匀沉降的准确预测是防止路基病害发生的有效手段,而实测的沉降值则是各种影响因素综合作用下的真实值,故利用沉降实测数据来推算路基的沉降量具有很重要的意义。在对多种沉降预测方法比照的基础上,重点分析了灰色GM(1,1)模型和神经网络法。3.引入考虑流变作用的Burgers流变模型,采用FLAC计算程序,对土石混填路基的长期沉降进行了预测计算,并通过与实测资料的对比验证了模型的合理性。4.针对交通荷载作用引起的路基路面结构病害问题,从使车辆产生随机振动的激励-路面不平度入手,利用频域分析法对路面的输入谱矩阵进行了推导,总结了高速公路路面不平度PSD的特点和规律。在此基础上,分析与评价了各种车辆振动模型,并采用传递函数矩阵法,通过Fourier积分变换和Laplace积分变换,推导了多层粘弹性体系在移动简谐冲击荷载作用下动力方程的解析解。5.针对车辆随机荷载确定及测试难题,选择典型土石混填路基试验段,成功地进行了现场车辆随机载荷的试验。试验揭示了不同载重、不同车速、不同行车路线条件下车辆动态荷载的激励特性、作用规律及其影响因素,阐明了路面结构特性与荷载激励之间的耦合关系。6.利用施工期埋设于路基及基层中的动力测试元件,在现场成功地进行了车辆随机荷载作用下路基路面结构动态响应的试验研究,考察了车辆载重、车速、车道因素对路基路面的动态响应规律的影响,分析了动态响应的频谱特性和功率谱特性,并与路面不平度激励特性进行了比照,研究表明路面激励、车辆振动、荷载输入、路基路面动态响应具有相互依存的因果关系。(7)通过建立柔性路面的叁维有限元数值仿真,分析了土石混填路基条件下路面结构在车辆动态荷载作用下的动态响应,并进行了数值解与实测值的对比研究。
陈洪兴[4]2008年在《基于路面平整度时域模型的沥青路面车辙计算方法研究》文中研究说明沥青路面作为我国高等级路面的主要结构形式,随着交通量和轴载的不断增加,交通渠化程度的提高,车辙问题日益严重,已经成为沥青路面早期破坏主要的一种病害形式。车辙的产生会严重影响行车舒适性和安全性,并降低了道路的使用寿命。如何准确地对现有路面结构进行车辙预估和计算具有十分重要的现实意义。本文以国家自然基金项目“基于行车动力作用的沥青路面车辙计算与预估方法研究”为依托,主要研究内容包括:沥青路面车辙产生的机理及各影响因素对车辙产生趋势的影响;路面平整度与车辙的相互关系;路面不平度仿真方法的研究;各等级路面动荷载模型的研究;有限元车辙计算的实现。在充分借鉴现有研究成果的基础上,指出行车动荷载作用和沥青混合料的粘弹塑性力学特性是车辙产生的主要原因。而路面平整度是车辆振动的主要原因之一,直接影响行车动荷载的大小,从而影响沥青路面车辙的产生。通过对重庆地区高等级沥青路面的平整度测试,建立路面平整度的频域模型和时域模型。通过理论公式推导,得出了基于国际平整度指数IRI的路面不平度仿真方法,并对实测路面进行不平度仿真,得到实际路面的不平度。通过CAE仿真软件ADAMS建立整车模型进行车路耦合作用,计算得到车辆行驶在路面上产生的随机动荷载离散值,在此基础上,充分考虑路面的实际受力和车辆的间歇时间影响,建立不同等级路面的典型动荷载模型。结合动力有限元理论和沥青混合料的粘弹性理论,运用大型有限元软件ANSYS,建立路面结构的二维有限元模型,考虑材料的非线性和动荷载模型,对邯长高速公路试验路段的路面结构进行车辙的有限元计算,并与实测结果比较表明:通过建立路面时域模型,考虑车—路耦合作用计算得到荷载模型,进行车辙有限元计算方法合理可行。
张栋[5]2011年在《基于路面实测值建立沥青路面平整度数学模型》文中研究表明沥青路面因具有表面平整、行车舒适等诸多优点,被广泛应用到高速公路建设中。但是,随着交通量的不断增长,车辆的渠化行驶以及超载的加剧,使得沥青路面产生车辙、推移、拥抱等主要损坏形式。这不仅影响行车速度和危及行车安全,而且大大降低了高等级道路的使用性能。路面的使用性能的变差则主要表现在路面平整度变差。而作为路面使用性能评价的重要指标之一,路面平整度的好坏将影响到到诸多方面。在研究的过程中,能否将路面平整度相关问题转化成数学问题,对路面平整性的随机情况进行总结、分析,寻找其规律性,建立相关的数学模型,则是研究路面平整度有关问题的关键所在。本文则主要探寻研究平整度的可行的数学方法,建立较为精确平整度数学模型,从而为后期研究车路耦合模型,研究路面性能打下基础。本文在一开始概述了平整度的相关知识,借助国际平整度指数给出表征平整度的评价指标间的相关关系,使得各个指标间可以通过数学方式相互转化。然后,本文用正弦函数表征路面波,得出关于路面平整度标准差与路面波形参数的表达式。对于路面平整度和路面波形参数的两个参数,假定其中一个,通过拉格朗日插值,回归分析等数学手段,得出另外两个参数的相关关系的表达式,建立起路面平整度的数学模型。此外,由于课题组曾对重庆市周边高速公路进行过路面平整度指标的实测,通过在论文中所提出处理数据的数学方法,可以将平整度指标数据进行优化处理,然后可以借助之前所得的相关关系,可得到表征路面状态的一组数据。在处理平整度指标数据之前,提出了借助测量学中的中误差概念对其进行预处理,将数据优化。然后,在处理数据的过程中提出了一个置信误差的概念将路面波化分为多段,并验证了论文提出的分段方法对比传统方法的优越性。最后通过合理的分段下平整度标准差的均值,计算出较为准确的波长值和振幅值,得出试验路段的正弦函数表达式,借助Matlab绘制出路面波正弦函数图为以后计算路面波形函数以及后期的理论研究奠定了良好的理论基础和实践基础。
秦旻[6]2010年在《基于平整度的沥青路面使用寿命预估研究》文中研究说明路面不平度是车辆产生动载的主要原因。车辆接受路面的不平度激励,产生不同于静载的动态荷载,并以这种变化的荷载作用于路面上,使路面产生相应的响应,加速路面平整度的衰减,平整度变差又将使得车轮对路面产生的附加动荷载增大,因此路面不平度与汽车动荷载之间存在耦合作用。本文正是基于这种耦合关系,从能综合反映路面使用性能的平整度参数出发,通过室内试验、理论分析和模型计算,研究不平整路面引起的动荷载作用及考虑动荷载作用的高等级公路沥青路面平整度的变化规律；计算在不同使用时间路面各点的动荷载和永久变形,由此确定路面在不同使用期的平整度；参照路面使用期末的临界平整度状态或永久变形极限值,确定路面的剩余使用寿命,为路面的运营管理和优化决策提供依据。主要研究成果如下：(1)根据M.W.Sayers理论和路面不平度实测结果,建立了模拟路面不平度的正弦波路面模型；推导了路面不平度时间域与空间域、幅值域与频率域间转化关系,建立了路面功率谱与路面状态参数(波长和幅值)、路面功率谱与标准差间的关系函数,揭示了“速度V是联系路面不平度空间域与时间域关系的重要参量”和“路面不平度的标准差与路面状态参数间存在着定量关系”。(2)建立了车辆-不平度路面耦合系统模型,对路面不平度引起的车辆动荷载进行了分析和求解,系统研究了路面状态参数(波长和幅值)、速度、载重及胎压等因素对车辆动荷载的影响规律。结果表明,车辆动荷载随着路面波形幅值的增加而增大,与不平整路面的波长和汽车行驶速度的耦合作用相关；空车动载对路面的破坏作用不容忽视；轮胎气压的超高也会导致路面损伤的加剧。(3)建立了基于修正Burgers模型的能反映路面受车辆重复荷载效应的沥青混合料本构模型；提出了采用叁轴重复加载蠕变试验来研究沥青混合料高温抗变形能力的试验方法,推荐了完整的试件制备方法、试验设备要求以及试验边界条件、温度条件和荷载条件等试验参数,并通过室内试验系统研究了偏应力水平及温度条件对沥青混合料流变规律的影响。(4)采用Levenberg-Marguardt非线性最小二乘法和样条插值对叁轴重复加载永久变形试验结果进行了插值和拟合,得到了高精度的回归结果,建立了不同工况下分片“循环次数一偏应力一永久变形量”叁维曲面,实现了因试验数据不足而对其余试验条件下永久变形规律的预测。(5)提出了基于迭加原理的,考虑车辆荷载、路面材料特性及温度条件等因素的沥青路面永久变形预估方法,并给出了力学分析与永久变形模型相结合的沥青路面永久变形预估流程及步骤,可为今后沥青路面永久变形预估方面的研究及沥青路面的设计提供参考。(6)建立了基于平整度指标进行沥青路面使用性能及剩余使用寿命预估的新方法。以綦江-万盛高速公路K15-K6路段为例,计算了不平整路面引起的行车动荷载及考虑动荷载作用的路面结构层内各亚层的偏应力值,同时考虑叁轴重复加载试验不同试验条件下沥青混合料的材料特性,分析了年各代表温度区间内的标准轴载作用次数,最终建立了綦江-万盛高速公路沥青路面的平整度预测及寿命预估模型,较为准确地预测了沥青混凝土路面剩余使用寿命,可为路面管理的科学决策提供依据。
王新明[7]2000年在《路面表面特性与汽车动载研究》文中研究指明本文从时域和频域的角度对高速公路路面表面特性进行了研究。时域分析采用四分之一车辆模型，以路面行车方向实测不平度为系统输入，数值模拟了车辆在不同车速下对路面的逐点动载作用力，为路面长期性能研究建立路面性能模型提供了依据。频域分析采用柯立—杜开法对路面长期性能的十六个测试路段路面位移功率谱分行车道和超车道进行了分级、对比，并对同一路段不同时间的测试结果进行了比较分析。
张禄[8]2015年在《大型营运客车用户关联试验场可靠性理论分析及试验研究》文中认为近年来,由大型营运客车引发的交通事故屡见不鲜,事故的主要原因之一是关键零部件的疲劳破坏。试验场可靠性试验是快速和系统考核车辆关键零部件疲劳特性及整车可靠性的有效手段,因此,开展大型营运客车试验场可靠性试验研究具有重要的意义。本文从大型营运客车零部件可靠性分析与疲劳寿命预测、载荷采集处理及分析、用户目标载荷谱建立及用户目标道路与试验场可靠性道路关联性分析等几方面开展了研究工作。基于疲劳损伤与强度退化的耦合性,建立了一种基于强度退化的疲劳累积损伤模型,结合两级和叁级疲劳加载试验数据,验证了所建立的模型；推导了一种考虑初始不确定性的基于一维布朗运动随机微分方程的时变模型,结合应力-强度干涉模型,提出了一种考虑实际使用过程中不确定性的时变可靠性及其灵敏度的计算方法和时变可靠性设计方法。通过对某客运企业大型营运客车用户实际运行信息的调查,根据客车实际运行的GPS数据,运用动态聚类分析法构建了用户运行速度工况；依据构建的用户道路工况及规定的试验场工况要求,制定了用于大型营运客车载荷采集的试验方案,采集了大型营运客车用户道路和试验场可靠性道路载荷。通过对用户道路和试验场可靠性道路载荷的处理、统计及分析,研究了用户道路、试验场可靠性道路上轴头各向加速度、质心各向加速度最大值及均方根等之间的相关性；采用雨流计数和零均值转化处理得到了试验场可靠性道路各路段上大型营运客车的载荷谱；回归得到了用户道路上大型营运客车零均值载荷谱分布特性及分布系数。回归了路面行驶质量指数随使用年份的关系,结合路面行驶质量指数与国际平整度指标、路面平整度指数与功率谱密度的关系,推导并回归了路面功率谱密度随使用年份变化的特性；建立并验证车辆行驶动力学模型,以此得到不同使用年份用户运行速度工况下的载荷,提出了一种考虑年份变化的用户目标载荷谱构建方法。建立了基于加速度的疲劳累积伪损伤计算模型,采用Habich疲劳外延特性对Miner疲劳累积损伤进行修正,提出了一种等相对损伤的用户目标道路和试验场可靠性道路疲劳关联模型；对比了等载荷谱关联模型、等损伤关联模型及等相对损伤关联模型的匹配结果,计算得到了等损伤关联模型和等相对损伤关联模型下试验场可靠性道路的试验循环次数、试验总里程及综合强化系数。
肖遥[9]2012年在《基于耦合方法的公路简支梁桥车桥耦合振动》文中研究表明简支梁桥是我国高速公路中应用最为广泛的一种桥型。这类桥梁具有重量轻、自振频率高的特点，在重载、高速车辆下容易导致车桥之间较大的动力相互作用。这一作用不仅会影响桥梁的承载能力，还会影响车辆行使的舒适程度。因此本文着重研究了高速公路简支梁桥的车桥耦合振动，对车桥耦合振动的研究方法、影响因素等等作了进一步的讨论与分析，并通过算例给出了高速公路简直梁桥冲击系数的参考值。主要工作与结果如下。(1)介绍了本文的研究背景及研究意义，并对基于耦合以及基于迭代的两类车桥耦合振动问题的研究方法进行了回顾。(2)考虑多种车辆模型，采用耦合方法推导及建立了车桥耦合振动的微分方程，并采用模态迭加法缩减了此微分方程的自由度，在车桥耦合振动的分析中引入了路面不平顺以更加充分的模拟实际情况，并采取基于时程的数值方法求解了车桥耦合振动微分方程。运用FORTRAN独立编写了车桥耦合振动的建模以及求解程序。(3)研究了一跨度40m的简支梁桥的车桥耦合振动，并与已有文献的结果进行了对比验证了分析程序的准确性。在此基础上对车辆模型、行车速度、地面粗糙度等影响参数进行了分析，得到了不同工况下的冲击系数，并与规范值进行了比较。结果表明：(a)半车模型和四分之一车模型两种车辆模型对车桥系统响应的影响很微小；(b)车辆的行驶速度会影响桥梁的响应，存在一个临界车速使得桥梁的响应达到最大值；(c)路面不平顺会影响车桥系统的响应，此响应随着路面等级的提高而减弱。(4)研究了不同行车序列对于桥梁响应的影响，结果表明(a)分析了行车间距与桥梁跨径的比值对于桥梁响应的影响，桥梁的响应最初随着此比值的增大而减小，并在此比值达到一定值后停止变化。(b)桥梁的动力响应会开始随着车辆序列中车数的增加而增加，而后则达到一个临界状态稳定下来。
盛灿花[10]2005年在《路面平整度特性研究》文中进行了进一步梳理随着公路交通的不断发展,路面平整度受到越来越广泛的关注。平整的路面能为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行车环境,同时减少车辆对路面的损坏,提高路面的使用性能,延长路面的使用寿命。不平整的路面不仅影响乘车的舒适性,降低行车速度,加速车辆零部件的损坏,增加车辆的运营费用,而且导致车辆振动,激发车辆产生动态作用力,引起路面的应力、应变响应,反过来又增加路表面的不平整度,加剧路面的破损。 本文从介绍平整度的描述方法入手,首先推导了国际平整度指数与路面功率谱密度的基本关系。然后运用四分之一车辆模型,通过求解其运动方程,导出了车辆动荷载的功率谱形式,定义了动荷系数并提出了动荷系数的计算公式。利用国际平整度指数与路面功率谱密度的关系,进一步导出了动荷系数与国际平整度指数及车速的关系式。在引入国际平整度指数与连续平整度仪测定的标准差的关系后,还得到了动荷系数与标准差及车速的关系式。然后,结合路面行驶质量评价标准,分别提出了沥青路面和水泥混凝土路面的动荷系数简化计算公式。以此为基础,本文用动荷系数表示车辆动载,对动载进行轴载换算,从而分析了车辆动载对路面使用寿命的影响;并且选取沥青路面和水泥混凝土路面典型结构,针对路面设计规范中的设计指标和验算指标,通过程序计算,详细分析了车辆动载对路面结构应力和位移的影响。最后,采用国际平整度指数和路面现时服务能力指数两个常用指标分别描述路面的平整度和使用性能,通过理论分析,把两个指标都转换成路面功率谱密度的函数,从而导出了二者的换算关系。
参考文献：
[1]. 高速公路路面功率谱调查测量的研究[D]. 杨瑞峰. 吉林大学. 2004
[2]. 随机荷载作用下柔性路面结构及路基动力响应研究[D]. 王晅. 中南大学. 2006
[3]. 高速公路路基沉降及路面动力特性研究[D]. 黄永强. 中南大学. 2010
[4]. 基于路面平整度时域模型的沥青路面车辙计算方法研究[D]. 陈洪兴. 重庆交通大学. 2008
[5]. 基于路面实测值建立沥青路面平整度数学模型[D]. 张栋. 重庆交通大学. 2011
[6]. 基于平整度的沥青路面使用寿命预估研究[D]. 秦旻. 重庆交通大学. 2010
[7]. 路面表面特性与汽车动载研究[D]. 王新明. 长安大学. 2000
[8]. 大型营运客车用户关联试验场可靠性理论分析及试验研究[D]. 张禄. 中国农业大学. 2015
[9]. 基于耦合方法的公路简支梁桥车桥耦合振动[D]. 肖遥. 湖南大学. 2012
[10]. 路面平整度特性研究[D]. 盛灿花. 湖南大学. 2005