随机不平度激励下公路路面交通荷载特性数值分析.pdf

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1、重庆建筑ChongqingArchitecturedoi：10．3969／j．issn．1671-9107．2012．04．030随机不平度激励下公路路面交通荷载特性数值分析NumericalAnalysisofHighwayRoadTmfficLoadCharacteristicsBasedonRandomSurfaceRoughness陈德奇(长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410075)摘要：将路面不平度作为激励输入给交通车辆，引入功率谱密度函数PSD，采用数值分析方法，模拟了随机不平度激励下重栽交通车辆随机荷栽的产生机理。根据

2、模拟结果阐明了路面结构的损伤破坏与路面表面特性及车辆栽重、车速之间的依附关系，为公路动态随机交通荷栽图谱的建立及路基路面结构的设计提供了依据和参考关键词：路面不平度：随机交通荷栽；数值模拟中图分类号：U416．2文献标识码：A文章编号：1671—9107(2012)04-0030—05Abstra~：Theauthorsimulatesallexperimenttoobservethemechanismofheavy-loadedtransportationvehicles，giventhesurfaceroughnessandPower

3、SpectralDensityO'sD)．Thefinalresultobtainedfromnumericalanalysisdemonstratesthatthedamageofroadstructure，characteristicsofroads~ace，ca~ngcapacityofvehiclesandspeedofvehiclesarelinkedwitheachother．TheauthorhopesthatthisoutcomeCanprovidereferencefortheestablish-meritofroadd

4、ynamicrandomtrafficloadmapandthedesignofroadstructure．Keywords：madroughness；therandomtrafic1oad；Numerica1Simulation文献及测试试验研究表明．行驶于路面的车辆对路面结悬架刚度；K【为轮胎刚度；C。为悬架阻尼；C为轮胎阻尼：Z。为簧构产生的交通荷载为随机荷载。其分布规律与路面不平度密载垂直位移；ZI为非簧载垂直位移，u为路面不平度激励刚。所切相关。而与车辆本身结构的振动相关性不大⋯15]。故在不考用的路面不平度激励为标准路面谱密度

5、函数(PSD)，部分为虑交通荷载的纵向及横向作用、只考虑垂向作用时．可认为随不平度实测资料【同I卸。车辆模型参数采用某典型国产重型满载机交通荷载仅是路面不平度的函数．即将路面不平度作为输时的车辆参数，如表1所示。入项输入给交通车辆产生随机交通荷载．随机交通荷载再作用于路面结构，引起路基路面结构层的动力响应．从而产生动力变形及位移。而路面不平度亦为随机分布，无法用确定的表达式来描述它，只有通过实测和计算机处理方法产生。如果没有实测的理想数据．通过计算机模拟一个路面不平整度随机函数．使其功率谱密度与所要求的路面功率谱密度相一致。问题就可以获得

6、解决．依据所有路面结构类型的功率谱密度即可建立路面功率谱16H81。本文g1入国际标准路面功率谱PSD(PowerSpectralDensity)，并借助实测资料，采用数值方法，分析路面不平度作用下重载车辆交通随机荷载的产生机理及其特性，从而为随机交通荷载谱的建立提供依据。1数值模拟方法不平整路面u1．1数值模拟基本参数为探究普遍意义上的车辆动荷载变化规律．故引入两自图1两自由度四分之一车辆模型由度的四分之一平面车辆模型进行求解。模型如图1所示。图表1某国产重型汽车车辆模型参数(满载)中M为簧载质量。即车身部分质量，包括所有车身弹簧悬架的

7、汽车部件．将其视为完全刚体来处理．如车架、车身、货箱等，模型中忽略了人的影响；M为非簧载质量，即轮胎质量；Ks为注：g(重量加速度)=9．8m／s2。收稿日期：2012—01—13为便于比较．取几种标准路面谱密度【4l(分别属于A、B、C作者简介：陈德奇(1971一)，男，主要从事建设工程质量安全监管三级路面)和车速状态进行模拟，见表2。研究。2012．NO．4第11卷总第102期随机不平度激励下公路路面交通荷载特性数值分析道桥工程31表2路面参数及车辆状态新建路的最大动载超载率为17．1％．而旧路的最大动载超载率为35．7％．这进一步说

8、明路面表面状况与车辆动载之间关系密切。1510—至1．2数值模拟程序潞。ji＼杰fV：由于MATLAB开发平台具有强大的数值分析及数值计算慧一s能力．故本文借助于该平台二次开发了随机动载计算程