车辆正常通行下道路弯沉与承载能力检测新技术研究

作     者：刘小兰 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张献民

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：不平整度 车—路耦合响应模型 路表弯沉 基顶当量回弹模量 道路承载能力 

摘      要：弯沉是反映道路整体变形的重要参数,是工程质量控制与道路维护评价的依据。道路弯沉的检测技术从最初的贝克曼梁技术,历经自动弯沉技术、落锤弯沉技术到目前最先进的激光弯沉技术;但贝克曼梁技术工作效率低,自动弯沉技术和落锤弯沉技术安全可靠性差,激光弯沉技术价格昂贵且检测效果仍待验证。为此本文提出在车辆正常通行状态下进行道路弯沉与承载能力检测评估的新方法,通过将智能传感器布置在既不影响车辆正常通行又能有效反映道路变形特征的位置采集数据,并结合车路耦合系统的理论研究、数值模拟以及建立的相关分析模型,最终实现了道路承载能力评估。本文在河北省交通科学基金资助下,完成的主要工作与成果如下:1、利用ANSYS仿真生成A、B、C、D级道路对应的不平整度,结合车辆动力学方程建立车辆仿真模型,最后代入A、B、C、D级道路的不平整度,算出相应工况下的车辆随机荷载。2、基于修正的双参数地基理论,利用ANSYS生成道路结构模型,再将生成的车辆随机荷载作用在已建好的道路结构模型上,实现了车-路耦合响应模型的分析。3、基于已建的车-路耦合响应模型,分别探讨车辆轴载、行车速度、道路结构层模量和道路结构层厚度对路表弯沉的影响规律,再通过丰富的有限元模型计算和回归分析建立A、B、C、D级道路的路表弯沉计算公式,最后建立了基于路表弯沉的基顶当量回弹模量的分析模型,并结合道路承载能力的分级标准实现道路承载能力评估。4、通过HTML和JAVASCRIPT平台研制了基于道路弯沉的道路承载力评估分析软件,应用该软件只要输入实测的路表弯沉值即可给出道路承载能力的评估指标。5、将研究成果应用于某新建道路检测,对实测的加速度信号经滤波和积分处理得到实测的路表弯沉,将路表弯沉值等信息输入分析软件,得到基顶当量回弹模量的实测值为240.93179 MPa,模量指数为0.93006,基顶当量回弹模量的实测值与设计值较为接近,误差7%左右。该工程实例验证了本文分析模型的可靠性和有效性。