路面結構動力學

內容概要

我國現(xiàn)行的《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50--2006)仍然以靜力學為基礎，雖然計入了材料疲勞特性以及現(xiàn)場情況和室內試驗條件的差異，但是力學控制指標仍然由靜態(tài)計算得到，與路面的真實受力狀況具有較大的偏差。隨著我國高等級道路的不斷建設，路面出現(xiàn)了大量的早期病害，引起工程界和學術界的重視，并有學者開始采用結構動力學原理分析路面結構的響應，以更加準確地得到路面的受力狀態(tài)。為了使我國的瀝青路面設計參數(shù)更能反映路面結構的實際工作狀況并與國際接軌，許多科研單位系統(tǒng)地開展材料動態(tài)性能的研究和動態(tài)參數(shù)試驗研究，以便在瀝青路面的設計中，逐漸用動態(tài)參數(shù)取代靜態(tài)參數(shù)。    路面結構動力學是從動力學的角度探討路面結構動態(tài)響應，是多學科多專業(yè)交叉的研究領域。以靜力學為依據(jù)的設計方法不能全面反映路面受力特性，越來越多的學者采用動力學方法對路面結構進行研究和設計，路面材料和結構的動態(tài)性能研究受到道路工程師和學者關注。本書主要介紹路面結構動力學的相關基本理論知識和應用狀況，主要包括路面材料動態(tài)參數(shù)、路面結構分析、路面動態(tài)檢測、路面結構疲勞斷裂特性、車輛與路面間的相互作用等方面。本書編寫時結合了作者及研究團隊的近期科研成果及研究進展，旨在幫助讀者學習路面結構動力學的相關基本概念，掌握相關檢測分析技術理論，為新建道路路面結構設計、已有道路運營狀態(tài)評估提供分析方法和手段。    本書可以作為交通運輸工程和道路與鐵道工程研究生課程用書，也可作為相關專業(yè)課程的參考用書。同時本書可作公路、城市道路、鐵道、機場等部門從事科研和設計的工作人員參考用書。

書籍目錄

1　緒論  1．1　路面材料動態(tài)參數(shù)  1．2　路面結構分析  1．3　路面動態(tài)檢測  1．4　路面結構疲勞斷裂特性  1．5　車輛與路面問的相互作用  1．6　小結  參考文獻2　結構動力學基礎理論　2．1　結構動力學原理  　2．1．1　達朗貝爾原理　  2．1．2　虛功原理  　2．1．3　拉格朗日方程  2．2　單自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)的振動    2．2．1　單自由度系統(tǒng)的振動    2．2．2　兩自由度系統(tǒng)的振動    2．2．3　多自由度系統(tǒng)的振動  2．3　常用工程結構振動求解方法    2．3．1　能量法    2．3．2　瑞利法  2．4　小結  參考文獻3　瀝青路面材料動態(tài)參數(shù)4　動載作用下瀝青混凝土路面力學響應5　動載作用下剛性路面力學響應6　路面結構動力學檢測的原理與方法7　動載作用下路面結構疲勞斷裂行為8　大跨徑鋼橋橋面鋪裝動力響應參考文獻

章節(jié)摘錄

　　路面結構承載能力，是路面在達到預定的損壞狀況之前能承受的行車荷載的作用次數(shù)，或者還能使用的年數(shù)。路面結構承載能力的測定，分破損類和無破損類兩種。前者從路面各結構層內鉆芯取樣，通過試驗確定其各項計算參數(shù)，然后和設計標準相比較，估算其結構承載能力；后者通過對路面結構表面在荷載作用下產生的無破損彎沉的測定，估算路面的結構承載能力?！　澇磷鳛榉从陈访娼Y構強度力學指標，是路面各結構層厚度和剛度、溫度和濕度、交通狀況及路面齡期等的綜合反映。對于一定的路面結構而言，彎沉值的大小主要取決于作用荷載的性質，即荷載大小、荷載作用時間和加載過程等?！　÷访娼Y構力學認為路面結構破壞的根本原因是由于過度的應力或應變，而不是由撓度造成的，僅靠彎沉值來評價道路的結構承載力并不能完全反映真實情況。理想的承載力評價應以應力、應變?yōu)榛A，評價的關鍵是確定路面的各層彈性模量。無論是通過彈性層狀體系理論電算程序，還是諾謨圖計算應變，都必須獲知各層的模量和厚度。厚度可以通過探地雷達無損檢測獲得，而模量必須通過一定的技術途徑才能獲得。基于FWD彎沉檢測數(shù)據(jù)的路面結構層模量反演是：FWD應用領域的核心技術?！　τ谝欢ǖ穆访娼Y構，由彈性層狀體系理論可方便地計算出已知荷載作用下的路表彎沉盆，且該彎沉盆與路面結構參數(shù)存在某種對應關系，通過實測的彎沉盆，在理論分析的基礎上編制連續(xù)迭代計算程序計算對應的理論彎沉值，并通過連續(xù)迭代不斷修正，直到理論彎沉與實際彎沉之差滿足精度要求，此時的各層模量值即為所評定的路面各層彈性模量。6.4.3.3 水泥路面板底脫空識別　　大量的試驗和觀測表明，運營中的水泥路面基礎局部脫空現(xiàn)象是大量存在的。阿林頓（Arlington）試驗結果表明，即使基礎很平整，且板頂與板底間無溫差時，面板和地基也不是完全接觸的。AASHO道路試驗結果也表明，在混凝土路面的縫邊板角處，由于唧泥所引起的混凝土板下基礎脫空狀況是大量存在的?！　‖F(xiàn)在，對路面狀況和質量的檢測進入了連續(xù)、無破損、計算機應用的新階段，針對結構內部脫空的檢測也出現(xiàn)了一些新的技術手段，如雷達測損技術、超聲波路面探傷技術，F(xiàn)WD檢測技術等。其中運用FWD對剛性路面板下脫空研究較多，取得了一定的成果。下面介紹幾種基于FWD的板底脫空識別方法?！　。?）FWD彎沉盆曲線包含了許多關于基層脫空情況的信息。因為均勻支承的混凝土路面板在落錘荷載作用下的彎沉隨荷載作用點與彎沉傳感器距離的增大而減小，若離荷載較遠位置的彎沉值比較近位置的彎沉值大，彎沉盆出現(xiàn)較明顯的異常圖形信號，則說明可能存在脫空現(xiàn)象。與板角板縫處相比，板中基層最不易出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。一旦板角彎沉值與板中彎沉值之比明顯大于理論值，則可能出現(xiàn)板角脫空。　?。?）由FWI）實測板角處荷載一彎沉關系圖進行脫空狀況評定的方法。此方法要測定三級荷載水平下的板角彎沉，以建立每一試驗點的荷載一彎沉關系，如果測位無脫空，則圖中曲線將在坐標原點附近（距離原點0.05mm以內）與彎沉軸相交，而當荷載一彎沉曲線過彎沉軸，交點在離坐標原點較遠處時，則說明板下存在脫空。通常越偏離原點，脫空情況越嚴重。

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