收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

随机荷载作用下沥青路面力学响应理论求解与监测方法研究

马宪永  
【摘要】:沥青路面在重复的交通荷载和复杂的自然环境作用下,其服役水平逐渐下降。由于路面结构是一个典型的“黑箱”,工程中常用的后评估手段,如宏观表面调查、外部无损检测技术等,无法获得路面内部实际受力状态,无法实时准确的评价路面使用状况。借鉴结构健康监测理论和应用,通过分析埋设在服役道路内部的传感器数据,进行路面结构健康监测,为路面性能评估提供了有效方法。但是由于交通荷载的随机特性,造成路面内部力学响应复杂随机,是典型的非确定性问题,因此有必要开展随机荷载作用下沥青路面力学响应理论求解与监测方法研究,构建沥青路面健康监测系统理论和方法框架,包括:开发可内嵌于监测系统且便于实时计算的沥青路面力学模型;提出随机荷载输入感知与力学响应输出处理方法;研究融合监测信息与力学模型的沥青路面模量反算与性能评估方法。主要工作包括以下几点:首先,推导任意非均布移动荷载作用下多层体系解析解。借助Galilean和Fourier变换方法,基于直角坐标系下拉梅方程,推导简单形状移动荷载作用下弹性多层体系解析解;根据弹性-黏弹性对应原理,推导简单形状移动荷载作用下黏弹性多层体系解析解;基于叠加原理,从而表达任意复杂形状非均布移动荷载作用下的弹性/黏弹性多层体系解析解;此外,提出两种解析解数值计算方法,即可以计算单点任意时刻力学响应的Gauss积分法和可以同时计算某一深度平面力学响应分布的IFFT法;通过对比有限元法,结果表明解析解的准确性和高效性,故适用于后续随机荷载作用下沥青路面力学行为分析和沥青路面健康监测研究。其次,研究随机荷载作用下沥青路面力学行为。在黏弹性多层体系解析解表达式中,引入随机荷载变量(接地压力、移动速度、横向偏移、沥青层温度),构建非确定性力学模型,并提出响应面方法来计算随机移动荷载作用下沥青路面内部力学响应和使用性能的概率分布;以黏弹性三层体系为算例,对比Monte-Carlo模拟,验证响应面方法计算结果,结果表明响应面方法的准确性和高效性;此外,通过公路和机场多种轮组荷载作用下沥青路面力学响应概率分布计算,分析随机荷载变量的统计参数及概率分布形式、多种轮组荷载比例、轮组形式尺寸对力学响应和使用性能概率分布的影响。由此,开发了可内嵌于监测系统且便于实时计算的随机荷载作用下沥青路面力学模型。再次,提出沥青路面随机荷载输入感知与力学响应输出处理方法。考虑沥青混合料的粒料堆积不均匀特性,通过随机骨料堆积的四点弯曲梁有限元模型(夹杂不同尺寸、封装材料的光纤光栅应变传感元件)模拟分析,探讨传感元件与沥青混合料的协同变形特性,从而优化传感器的材料尺寸;以重庆江北机场联络道无线监测和北京首都机场联络道有线监测为例,优化可识别随机荷载输入信息的传感器布设方案,探讨横向偏移判定传感器的合理布设间距,提出荷载移动速度感知方法;应用移动平均滤波、小波压缩和函数型数据分析方法,分别实现监测数据的过滤提取、监测数据的压缩和力学响应关键信息的提取;此外,结合监测数据和理论解析解,从时频域角度,证明速度而非频率,是关联沥青面层黏弹性模量的有效参数。而后,研究融合监测信息与力学模型的沥青路面模量反算方法。推导移动荷载作用下弹性双层体系力学响应与模量之间的理论关系,并构建双层体系模量反算流程,提出基于沥青路面内部应力应变监测信息的模量反算方法,并通过北京首都机场联络道监测数据,反算并验证此方法的有效性;以弹性双层体系力学响应与模量之间的理论关系为框架,初步提出弹性多层体系解耦反算流程,将反算方法推广至多层体系;推导移动荷载作用下弹性多层体系力学响应与模量之间的理论关系,并初步构建多层体系耦合反算流程;相比落锤式弯沉仪反算方法,此方法绝对收敛,且施加荷载为真实交通荷载,可对路面模量进行实时评估,而不影响交通。最后,研究基于监测信息的沥青路面力学模型更新及性能评估方法。融合模量反算结果和随机荷载输入信息,并构造Kalman滤波器,实现路面模量参数识别及衰减程度评价,以实时更新力学模型;融合沥青路面更新的力学模型和随机荷载输入信息,重构全场力学响应随机分布,提出沥青路面确定性疲劳和车辙累积损伤量实时计算方法;针对荷载随机特性和模量衰减因素,提出不确定性短期使用性能预测策略和预测流程,并给出算例;此外,综合全部研究内容,初步提出沥青路面健康监测系统理论和方法框架。此研究属于结构健康监测在道路工程领域的拓展应用,促进道路工程的多学科交叉发展。研究中涉及的力学响应理论求解和监测方法,对沥青路面力学行为研究和使用性能评估有一定的指导意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 李聪;朱杰兵;汪斌;蒋昱州;曾平;;顺层边坡不同开挖锚固过程力学响应模型试验[J];地下空间与工程学报;2017年01期
2 郭晶晶;;不同弹性地基板的力学响应分析[J];交通科技;2015年02期
3 胡婷婷;刘忠;;群桩横向非线性力学响应的三维有限元数值模拟[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2009年02期
4 袁谱;王端宜;;沥青路面力学响应变异性的蒙特卡罗模拟分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年02期
5 弋明涛;尹华杰;;池火与喷射火联合作用下液化气储罐的热及力学响应规律研究进展[J];内蒙古石油化工;2007年02期
6 吕惠卿;张湘伟;张荣辉;;破损水泥混凝土路面加铺沥青混凝土路面的力学响应分析[J];中外公路;2010年03期
7 肖兴强;艾长发;邱延峻;;考虑横坡的沥青路面力学响应有限元分析[J];交通运输工程与信息学报;2008年01期
8 巩水利,张建勋,裴怡;焊接接头的动态力学响应研究[J];物理测试;2000年05期
9 王润唐;蔡良才;许巍;周少辉;;装配式铝道面板结构力学响应分析[J];空军工程大学学报(自然科学版);2018年03期
10 孙杰;;两种均布荷载作用下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析[J];建材技术与应用;2017年02期
11 陈吉清;杜天亚;兰凤崇;马正伟;;汽车碰撞中乘员腹部损伤机理及生物力学响应研究进展[J];汽车工程学报;2015年02期
12 杨杰;文弋;邱日祥;;聚碳酸酯冲击力学响应规律及防暴性能研究[J];兵器材料科学与工程;2014年05期
13 兰凤崇;蔡志华;陈吉清;马正伟;;汽车碰撞中胸-腹部的生物力学响应与损伤评价[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年12期
14 范杰;王长德;管光华;崔巍;;渠道非恒定流水力学响应研究[J];水科学进展;2006年01期
15 侯广进,康忠波,杨芳,熊伦;非线性振子系统对外界作用的热力学响应[J];华中师范大学学报(自然科学版);2000年03期
16 普毅;黎建敏;徐才坚;姚聪;;粒料基层顶面等效模量计算与混凝土路面力学响应的有限元验证[J];公路交通科技(应用技术版);2019年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何玉龙;王志华;树学峰;张培文;刘英志;王海任;侯祥龙;;新型折纸结构的运动特征及力学响应[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(下)[C];2018年
2 杨林德;徐日庆;;基坑开挖力学响应和预报参数的边界效应[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1996年
3 李洪斌;;水泥稳定铁尾矿砂基层路面在环境和荷载作用下的力学响应分析[A];中国公路学会养护与管理分会第七届学术年会论文集[C];2017年
4 李翔宇;杨名山;谭宇;;非光滑欧拉梁动静力学响应:建模与分析[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(下)[C];2018年
5 杨建军;郑健龙;;苏通大桥钢桥面铺装方案设计及轮载力学响应分析[A];中国公路学会2007年学术年会论文集(下)[C];2007年
6 王怀玺;方向;李裕春;吴家祥;任俊凯;宋佳星;;环境温度对铝-聚四氟乙烯反应材料准静压力学响应的影响[A];OSEC首届兵器工程大会论文集[C];2017年
7 韩勇;向永;代晓淦;韩敦信;何碧;;STEVEN试验中模拟材料D-90031力学响应的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
8 岑海鹏;宫赫;;生理载荷下骨细胞的生物力学响应数值分析[A];第十二届全国生物力学学术会议暨第十四届全国生物流变学学术会议会议论文摘要汇编[C];2018年
9 陈琼;王青花;张祺;厚美瑛;;直剪混合颗粒固体的力学响应研究[A];2014颗粒材料计算力学会议论文集[C];2014年
10 王晓光;侯春娟;;刹车时水平力对沥青路面的力学响应分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马宪永;随机荷载作用下沥青路面力学响应理论求解与监测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
2 杜天亚;汽车乘员胸廓包覆肝脏的碰撞生物力学响应与损伤评价研究[D];华南理工大学;2018年
3 贾西文;三维正交机织复合材料准静态/低周疲劳多尺度力学响应与损伤分析[D];东华大学;2013年
4 尹益辉;热能沉积作用下板的力学响应与失效的若干问题[D];中国工程物理研究院;2001年
5 刘明;锦屏一级水电站左岸边坡大规模开挖的地质—力学响应研究[D];成都理工大学;2014年
6 曹卫锋;车辆动载作用下长大上坡沥青路面力学响应研究[D];长安大学;2014年
7 刘运芳;层状陶瓷材料多晶微结构模拟与力学响应[D];西北工业大学;2016年
8 张正;基于减基法的结构力学响应的快速计算方法研究[D];湖南大学;2012年
9 蔡志华;汽车碰撞中胸部生物力学响应与损伤评估研究[D];华南理工大学;2013年
10 管延华;强度衰减路基稳定性及其路面结构力学响应研究[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梅林健;重载动态荷载作用下低矮路堤及沥青路面力学响应研究[D];河北工业大学;2017年
2 张化涛;沥青混凝土桥面铺装层在温度和动载作用下的力学响应分析[D];长安大学;2019年
3 杜文彬;透水沥青混合料组成设计及应用研究[D];北京交通大学;2019年
4 邓敬良;大跨度钢箱梁悬索桥温度所致力学响应的数值分析[D];华南理工大学;2019年
5 马洁;RDX基PBX力学响应机制的分子动态学研究[D];西南石油大学;2018年
6 周宏源;基于钻进力学响应量的地下隐伏病害定量识别方法研究[D];北京市市政工程研究院;2019年
7 吴迪;拉扭载荷作用下环形点阵结构力学响应的试验研究[D];吉林大学;2018年
8 张戈;环境荷载下多桩式海上风机整体结构的力学响应[D];昆明理工大学;2018年
9 邓小朋;试样温度和几何对脑组织生物力学响应的影响研究[D];湖南大学;2018年
10 孙兆军;储层力学响应对二氧化碳地质储存的影响研究[D];吉林大学;2017年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978