车辆动荷载下沥青路面力学响应分析.pdfVIP

第26卷第6期 华 东 交 通 大 学 学 报 V01．26 No．6 2OO9年 l2月 JournalofEastChinaJiaotoa~gUniversity Dec．，2009 文章编号：1005—0523(2OO91O6一(1021—05 车辆动荷载下沥青路面力学响应分析 袁美俊 ，纪小平2，邢钦玉 ，张 波2 (1．江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212006；2．长安大学公路学院，陕西 西安 710054； 3．路桥华东工程有限公司，上海 200135) 摘要：为了分析路面结构在行车动荷载作用下的力学响应 ，建立了单 自由度 l／4车辆模型和以正弦曲线模拟路面不平整度 的模型。通过将不同路面状况和行车速度的组合，分析车辆在各情形下所产生的动荷载，发现路面传给车辆的激励振动频 率接近车辆自身振动频率时，车辆对路面产生的动荷载值最大。采用ANSYS静态和瞬态三维有限元方法，计算车辆在静态 以及不同速度、不同路面状况下沥青路面面层层底水平拉应变和面层内最大压应变，总体来看采用静态荷载进行路面结构 设计是偏安全的。 关 键 词：移动荷载；沥青路面；三维有限元；车速 中图分类号：15416．01 文献标识码：A 国外研究人员通过试验场的测量，得出移动荷载对路面造成的应力、应变要比静态荷载作用下减小 50％以上…1，可见动荷载作用下，沥青路面结构的应力应变大小及变化规律同静载作用时有很大区别。国 内很多学者考虑到路面不平整度和车速等因素造成车辆不同程度的振动，车辆振动时对路面产生附加动 荷载，从而路面的受力就有大于静载的情况出现。有学者怀疑采用静态荷载作为路面设计荷载的安全性， 所谓动荷载是指荷载的大小、方向、作用点随时间变化，不能够仅仅通过动荷载与静态荷载值的大小比较 得出路面在何种状态下不利。考虑最不利动荷载不仅要考虑其值的大小，也要考虑其作用点的移动。本 文将通过最不利动荷载与静荷载对路面产生的力学响应的比较，来确定路面在何种条件下是不利的。 1 路面不平整度的模拟 模拟车辆振动激励的路面不平整度模型有很多，其中以路面平整度数据建立正弦波路面表面模型_2] 比较常用。假设路面纵剖面表面高程沿路线纵向距离 的函数为f()，取路面为正弦波形表面，则表面 高程函数．厂(t)=口·sin(加·t)式中，口一振幅，一角频率，=2v·7t／2，一速度，一波长。 根据 《公路沥青路面设计规范》中对路面平整度的要求，本文选取 口=0．006m，实际情况中，路面的不 平整度是随机的，很难确定波长。在研究中主要考虑汽车可能产生共振的最不利情况，故拟定波长范围为 2～30m。 2 车轮动载分析 汽车是一个复杂的多自由度振动系统，要描述汽车的实际振动性状是一个很复杂的问题。采用单 自 由度车辆振动模型来计算和分析车辆的振动水平，如图l所示。单 自由度系统受迫振动的运动微分方程： 』lf· (t)+c·／,／(t)+k-／,／(t)：0。各量之间满足以下关系，(t)=Y(t)一Y(t)，Y(t)=f(t)，f()=口· sin(1t7·)=口·sin(加 ·口·t)。 对车辆的振动方程进行求解[引，可得到 (t)=( ／w·口)Rd·口·sin( ··t一 ) 设 (t)为车辆振动产生的动荷载，则 Fd(t)=c· (t)+k·u(f)。最终确定： Fd(t)=( ／w·)Rd·Ⅱ{c·sin(tc，··t一 一 ·k·cos( ·口·t一 )} 收稿 日期 ：2009—08—20 作者简介：袁美俊(1983一)，男，山西翼城人 ，硕士，助教，研究方向为路面工程。 22 华 东 交 通 大 学 学 报 2009年 其中：Rd=1／{(1一(W ／w·))+(2 ·( ／w·))}， =c／2M ·钾 ，W=(klM)”一。 、 m一模拟车辆的各部位质量 七一车架体系的刚度 ／N·m c一车架体系的阻尼／N·s·nl Y(t)一车架体系在垂直方向上位移