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市寸辆二力裁分析琶赫僻壤右图轮胎刚度与动荷系数的关系 动荷载

发布时间:2019-07-26 17:36 来源:未知 编辑:admin

  市寸辆二力裁分析琶赫僻壤右图轮胎刚度与动荷系数的关系 动荷载对路面使用寿命的影响本文利用动荷系数来评价车辆作用于路面的动荷载把车辆静载与动荷系数的乘积视为车辆动载 以此分析车辆动荷载对路面结构的影响。动荷系数的大小可由图 确定。本文仅对行驶质量评定等级为优、良时的高速公路和 级公路进行研究时车速统一

  市寸辆二力裁分析琶赫僻壤右图轮胎刚度与动荷系数的关系 动荷载对路面使用寿命的影响本文利用动荷系数来评价车辆作用于路面的动荷载把车辆静载与动荷系数的乘积视为车辆动载 以此分析车辆动荷载对路面结构的影响。动荷系数的大小可由图 确定。本文仅对行驶质量评定等级为优、良时的高速公路和 级公路进行研究时车速统一取为 。对行驶质量评定等级为中、次、差的公路进行研究时车速统一取为 得到各动荷系数的值如表 所示 第一章车辆动载分析表 动荷系数 评定等级优良由次差动荷系数“《公路水泥混凝土路面设计规范》 中规定路面结构设计以 的单轴一双轮组荷载作为标准轴载。以标准轴载与动荷系数的乘积作为动态标准轴载 见表 评定等级优良中次差动态标准轴载“《公路水泥混凝土路面设计规范》【 中以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态并按式 进行标准轴载换算 的单轴一双轮组标准轴载的作用次数——单轴一单轮、单轴一双轮组、双轴一双轮组或三轴一双轮组轴型 级轴载的总重 ——各类轴型级轴载的作用次数 点——轴一轮型系数 单轴一双轮组时 计算双轴一双轮组时 计算三轴一双轮组时 。——标准轴载累计作用次数设计基准期 ——交通量年平均增长率 玎——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数 按规范取值。把前述车辆动态标准轴载 见表 作为被换算轴载 代入式 可得到动态标准轴载的换算作用次数与标准轴载作用次数的比值 如表 所示。表 动态标准轴载换算作用次数与标准轴载作用次数的比值 中的各计算参数一定时则可得到相应的动念标准轴载累计换算作用次数与标准轴载累计作用次数的比值 如表 所示。表 动态标准轴载累计换算作用次数与标准轴载累计作用次数的比值 说明车辆动载对路面的损坏作用比静载要大得多。当高速公路或一级公路的行驶质量评定等级为优时 车辆动载对路面的作用相当于静载的 当行驶质量评定等级为良时车辆动载对路面的作用增加至静载的 倍。当行驶质量评定等级为中、次 倍。因此路面的平整性对路面结构的影响非常明显 平整性越差的路面 损坏越快。当以车辆静载设计期内的累计标准轴载作用次数为控制指标时 利用式 可反算得出车辆动载作用下路面的使用寿命 其中高速公路和一级公路的设计寿命为和 交通量年平均增长率为见表 。第一辛下辆动栽分析表 累计轴次一定时车辆动载作用下路面的使用寿命 可以看出在车辆动载的作用下 路面结构的使用寿命大大缩短。当高速公路或一级公路的行驶质量评定等级为优时 动载下的路面使用寿命仅为设计寿命 当行驶质量评定等级为良时 动载下的路面使用寿命仅为设计寿命的 。当行驶质量评定等级为中、次 。如果要达到原有使用寿命则必须改善路面结构 增加结构层厚度 减少路面平整度。 降低车轮动载荷的方法考虑减小对路面疲劳损伤量 减轻车辆通过路面时对路面造成的损伤破坏 以及乘坐的舒适性 从理论上给出几种降低车轮动载荷的方法。 汽车行驶在不平路面时 通过减小车速以降低车轮动载荷。由式 可见车轮随机动载功率谱的大小决定着方差的大小 功率谱密度数值大 方差也随之增大 反之亦减小。为了减小方差 可以使车速和路面不平度都变小 车轮动载变小 从而使方差减小。汽车行驶不同等级路面时通过改变车速来使车轮动载荷在稳定的范围内变化 即尽量使方差保持不变 当路面等级变差时 减小车速 路面等级变好时 可以适当提高车速 以此保证车轮随机动载可保持在一定的允许范围内。 减小轮胎刚度可以降低汽车车轮动载荷。轮胎充气压力决定了轮胎刚度 如果采用一种自动充气式轮胎 根掘不同路面情况 适时充放气 改变轮胎刚度 可以控制车轮动载荷变化在期望范围内。 根掘路况调整悬挂刚度和阻尼 降低车轮动载荷。例如汽车可以采用可调刚度和阻尼的悬架结构等。以上方法根据不同影响因素与车轮动载荷的内在关系 在理论分析基础上得出 为降低汽车车轮动载荷提供理论依据。 本章小结本章简要介绍了虚拟激励法的基本原理 建立了车辆二自由度模型 应用虚拟激励法将路面不平度随机激励用虚拟激励代替 定义车辆动载指标 得到了具体的车辆动荷载计算公式。定义了动荷系数 得出了车速、平整度与动荷系数之问第 辆动孰分析的关系。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 并得到了动荷系数的计算公式。 利用 与路面功率谱密度的关系 得出了动荷系数与 及车速的关系式。动荷系数随 的增大和车速的提高而增大。 引入 与连续平整度仪测定的标准差盯的关系 得到了动荷系数与 以及车速的关系式。动荷系数随 的增大和车速的提高而增大。 结合路面行驶质量评价标准。导出了水泥混凝土路面的动荷系数简化计算式 并分析了车速和路面平整度对车辆动荷载的影响。车速的提高和平整度的降低都将导致车辆动荷效应的增加。 用动荷系数表示车辆动载 对动载进行轴载换算 分析了车辆动载对路面使用寿命的影响 即在车辆动载的作用下 路面结构的使用寿命急剧缩短。 分析了车辆参数对车辆动荷载的影响 并由此提出减小路面动载的具体措施。第叫章功簌 分析第四章动载作用下路面响应分析动力载荷作用下路面响应是车辆一路面相互作用研究的主要方面之一。只有正确地认识动力载荷作用下路面的响应 才能为路面设计工作者提供一个可信的参考 尽可能降低路面的设计寿命与实际使用寿命的偏差。路面按其结构可以分为三种类型 刚性路面 混凝土路面 、柔性路面 沥青路面 、和复合式路面 各种路面也有相应的力学模型 这是路面分析的基础。刚性路面在高等级公路中占有很大的比重 并且对其在动力载荷作用下响应的研究分析工作又相对不足 因此 本文将以此作为研究的内容。一般情况下 车辆以一定速度行驶在刚性路面上 施加给路面的作用可以分解为水平和垂直两个方向的荷载。水平方向的荷载衰减较快 对道路的破坏影响很小 故文中不予以考虑 而车辆下方的路面在竖向荷载作用下会发生变形。如果路面的板底变形过大或累积沉降量过大 就会造成道路破坏 从而使运营期『日 的维修工作量增大 影响公路的使用。路面弯沉量不仅与行车荷载的大小有关 还与路基路面材料的力学性质有关。道路的破坏是行车荷载和路面结构体系动力相互作用的结果 减小单次荷载作用下路面的弯沉量和振荡次数 可以减小循环荷载作用下路基的残余变形及路面的疲劳破坏 从而提高道路的使用寿命 】。因此有必要研究行车荷载作甩下路面结构体系动力响应的特点。 传统的水泥混凝土路面设计理论和力学模型水泥混凝土路面是由不同结构层次组成的复合结构 从上到下依次为 面层、基层、挚层、路基 如图 所示。各结构层在整个体系中具有不同的功能 发挥着各自的作用 从而满足行车使用要求。路面结构除了为行车提供舒适性和安全性以外 其主要功能是承受汽车荷载及环境影响 并将荷载自上而下扩散到地基。由于扩散的作用 路面结构中的应力自上而下逐渐减小 因此 各个结构层的强度和刚度也随之降低。向层基层垫层路皋图 水泥混凝土路面结构图 设计理论建立完善的路面设计方法必须根据路面体系破坏的力学特性 正确地选择力学强度理论。通过对路面使用情况的调查 可以看到路面损坏的表面现象多种多样 但一般可以归纳为两种类型 一种可称为非进展性的 它通过养护维修 可以恢复路面原来的使用品质而趋向于稳定 另一种可称为进展的 一般是由于强度不足而引起的结构损坏 如不进行补强改建 它将导致最终的破坏。路面设计的主要任务是保证不致产生第二种类型的结构破坏。在车辆荷载与其它自然环境的影响下 路面的结构破坏乃是一种很复杂和多样化的现象 它取决于路面材料的结构组成、性能和温度、湿度等自然条件 以及荷载的作用特征、时间及力学分析 才能查明路面结构性破坏的真正物理过程 并正确地选定路基路面破坏的极限标准 选用与之相适应的力学强度理论和材料强度指标。在材料力学中 对复杂力状态下结构物的破坏验算 提出了各种强度理论 最大拉应力理论 又称为第一强度理论 在这一理论中 认为材料在某一点处的破裂 起始于最大拉应力到达某一极限值印。如三向受应力的某一物体单元 它总是通过规定其三个应力田 而被完全确定的。在最大拉应力理论中是用最大应力田或最小应力田作用衡量强度的准则。如果盯 经受压应力则认为最大主应力盯 达到材料受简单拉伸时的屈服点应力印 或最小主应力田达到受简单压缩时的屈服点应力印 某一受力物体单元便丌始屈服即屈服点和条件为 实验证明基本受拉作用下的脆性材料比较符合于这一理论。三向受压的单元物体 可以经受比简单压缩时屈服应力大得多的压缩主应力。因此 从实用观点来看 对脆性材料 可以采用拉应力理论。在现行的刚性路面设计中 即采用了板底的最大拉应力作为强度验算的根据 并采用了小梁试件的抗弯拉强度作为对比标准。 最大拉应变理论 又称第二强度理论 在这一理论中 认为延性材料在最大应变 等于简单拉伸中的屈服点应变时或在最小应变 缩短 等于简单压缩中的屈服点应变开始屈服。近年来 英荷壳牌法对柔性路面面层采用了底面拉延应变作为验算的极限标准。对路面验算采用最大应变理论也是有毛病的。例如 如果使一块板在双向承受相等的拉伸力 则最大应变理论指出 屈服时的拉应力将较简单拉伸时的应力为高 因为在任一方向的伸长必被另一方向的拉伸第 分析所减小所以得此结果。然而 如采用水泥混凝土板或低温时的沥青混凝土板作双向受拉试验 似乎并不符合这一理论。 最大剪应力理论 又称第三强度理论 在这一理论中 认为当材料的最大剪应力等于简单试验中屈服点的最大剪应力时丌始屈服 即认为结构的破坏是由于材料的一部分相对另一部分产生剪切的滑移所致。当柔性路面的面层在垂直的水平力的共同作用下 或是土基过分湿软时出现的破坏状态 可以认为是由于形成剪切滑移面而最后导致表面的膨胀和隆起。但如果采用这一理论 在确定路面材料的抗剪强度指标时 仍遇到较大困难。对属于脆性破裂的材料 不论从破坏的特征来看 或是从极限应力值来看 最大剪应力理论是不适合的。 莫尔强度理论 在这一理论中 并不简单地假设材料的破坏是由某一因素 例如应力、应变或比能 达到了其极限值引起的 它是以各种应力状态下材料的破坏试验结果为依掘而建立起束的带有一定经验的强度理论。在本理论中 可以运用库伦定律中粘结力和摩阻角作为材料的强度指标 由此建立的验算方法称为莫尔 库伦强度理论。这对主要由剪切滑移引起破坏的路面面层、基层或土基的强度验算 都是可以适用的。目前这一理论仍广泛地为路面设计方法的研究者们所采用。 静力学模型和计算理论路面结构对于作用荷载的反应 是路面结构设计的基本依据。水泥混凝土路面是多层结构 面层板被接缝划分为有限尺寸矩形板。进行荷载作用下的挠度和应力分析时 路面结构被模型为弹性地基板或弹性多层体系。前者又可按地基假设的不同再分为 地基板弹性半空 地基板和地基板等 】。弹性地基板理论的研究中挠度和应力的解析解主要局限于无限大板的情况。虽然弹性地基板理论在混凝土路面中得到广泛的应用 但现在出现了采用弹性多层体系理论的倾向 以使水泥混凝土路面可以采用同一种计算理论和设计参数 尽管弹性多层体系理论无法考虑混凝土板存在接缝的情况。根据上面的分析 不难看出 在我国目前的路面设计理论中 主要是以静力模型为主。为此 为了和后面将要分析的动力模型的计算作比较 我们先采用弹性地基板以及弹性多层体系模型作为典型的计算模型 计算出在静力作用下的板底的挠度。 力学模型和计算理论水泥混凝土路面进行应力分析时 按不同的假设简化为各种力学模型 采用不同的计算理论 大致可以分为 弹性地基板理论和弹性层状体系理论。 弹性地基板理论第 辛功载仃用下路面响脚分析这种理论把刚度大的水泥混凝土面层看作是支承于弹性地基上的小挠度弹性板。采用弹性地基板模型分析荷载应力时 对于面层板通常作如下假设 、板为具有弹性常数 的等厚弹性体、作用于板上的荷载 其施压面的最小边长或直径大于板厚时 可以近似地忽略竖向压缩应变和剪应变的影响 而利用薄板弯曲理论进行计算分析 而当施压面尺寸小于板厚时 需采用厚板理论计算或者依据厚板理论对薄板理论的计算结果进行修正。 、弹性地基仅在接触面处对板作用有竖向反力 即地基和板之间无摩阻力 同时 在荷载作用下 板同地基的接触保持完全连续 板的挠度即为地基顶面的挠度。在建立接触面处地基顶面挠度同地基反力之『日 的关系时 通常对地基采用以下三种不同的模型 地基模型地基如同由许多紧密排列而互不关联的线性弹簧所组成 地基顶面任一点的挠度仅同作用于该点的压力成正比 而与其它点上的压力无关。此压力同挠度的比例系数 称作地基反应模量 这种地基模型有时也称作稠密液体地基模型。 、弹性半空间地基模型 地基看作是均质的半无限连续介质。地基顶面任一点的挠度不仅同作用于该点的压力 也同顶面其它点的压力有关。这种地基模型有时也称作弹性半无限或弹性固体地基模型 采用弹性模量 和泊松比 来表征其弹性性质。 、巴斯特纳克 地基模型假设 地基的弹簧单元之间存在一定程度的剪切阻压作用 类似于弹簧顶部与不可压缩的梁或板单元组成的剪切层相联结 层内各单元间由于横向剪切而变形。此模型采用地基反应模量 为零时 此模型即为 地基模型 增大时便可通过增加横向联系来调整地基的反应 使之超近于半空间地基。因而这是一介于 地基和半空间地基之间的过渡模型。 地基模犁 弹性’ 空间地基模掣 ‘地基模犁第四幸动拽竹用下路面响肿分析 弹性地基板在承受局部荷载作用时的挠度和应力分析 可以采用解析法或数值法。前者可以得到较精确的解。而后者则为近似解。但可考虑较复杂荷载状况、边界条件或材料性质。’ 弹性层状体系理论水泥混凝土路面结构可看作是 个表面承受圆形均布荷载的弹性多层体系 如图 所示。 弹性多层体系模型的基本假设为、各层材料为无重量、均质、各向同性的线弹性体 以弹性模量 和泊松比胁表征其弹性性质 、除最下层外 各层在水平向均为无限大的等厚度层岛 而最下层则为均质半无限体 、上下两层的接触面可假定为完全光滑 即层面间无摩阻力 可以相对滑移 接触面上的竖向位移和法向应力连续 或者 上下两层的接触面假定为完全结合 层面间的各项位移和应力完全连续 、作用在路面结构表面的荷载为轴对称的 按轴对称为各结构层的位移和应力值。此理论应用于水泥混凝土路面结构时 难于考虑接缝边界条件 因此它主要应用于沥青路面。 弹性地基板—— 变换解上述方程 可得到轴对称荷载作用下

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