基于道路振动频率快速检测道面承载能力的研究
道路在长期的使用过程中,因受到车辆荷载等因素的作用,其结构的力学性能会产生一定程度的下降,保证道路的良好使用性能不仅在于延长其寿命更保证了行车的安全性.因此,对道路进行承载能力监测评估越来越受到有关部门的重视.目前,国内外普遍采用贝克曼梁和落锤式弯沉仪来进行道面承载能力检测.贝克曼梁测得的是路面静态弯沉,不能反映路面结构真实的工作状态,且测试效率低下;落锤式弯沉仪通过重锤冲击来模拟行车单轮荷载,不能够代表真实的行车荷载,且测试过程中需要停车采样,这不仅对于繁忙的公路交通带来很大的经济影响,同时也造成了安全隐患.因此,在不断交的情况下对道面承载能力进行监测评估成为一个研究的新方向.本文在国家超级计算机天津中心(NSCC)的大力支持下,通过有限元仿真和理论分析相结合的方法,提出通过对道路进行动态测试的理论和技术途径来评价道面承载能力的方法.该方法简便快捷,造价低廉,且可以在车辆正常行驶情况下对道路进行评估.具体内容如下:1、综合考虑路面不平度等级、车速和车型的影响建立车-路耦合动力分析模型,模拟得到车辆正常行驶情况下对路面产生的动态随机荷载.2、基于弹性层状理论,应用有限元软件生成了符合实际的三维道路结构有限元模型.综合考虑道路的振动特性,确立动模量指数作为道面承载能力评价指标.3、通过大量的有限元模拟计算,分析了车速、车辆后轴载、路面不平度和道路结构层参数对道路基频及土基影响深度的影响规律,分别建立道路基频、土基影响深度与其各自主要影响因素的计算公式,进而得到基于道路基频的基顶当量回弹模量分析模型.根据此模型,结合道面承载能力分级标准实现道面承载能力检测.4、考虑到真实道路结构中土基的不均匀性,本文建立了含软弱下卧层的双层土基模型.分析了软弱下卧层的厚度和模量对道路基频及土基影响深度的影响规律,并进行了回归分析,得到一般规律.5、对河北省某新建沥青混凝土道面进行了现场试验,试验数据取得良好的效果,验证了此方法的可行性.
- 作者：
- 程少锋
- 学位授予单位：
- 中国民航大学
- 专业名称：
- 道路与铁道工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 张献民
- 中图分类号：
- U418.6
- 关键词：
- 道面承载能力；有限元；动态测试；基频；影响深度
- Pavement bearing capacity； Finite element； Dynamic testing； Fundamental Frequency； Influence depth