地基—路面結(jié)構(gòu)體系的靜動(dòng)力特性研究.pdf

1、近年來(lái)隨著國(guó)家投資政策向基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)傾斜，全國(guó)公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭的建設(shè)得到迅猛發(fā)展，與此對(duì)應(yīng)基于地基—路面結(jié)構(gòu)體系靜動(dòng)力特性的研究也越來(lái)越引起相關(guān)科研工作者的重視。過(guò)去人們對(duì)地基—路面結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算，應(yīng)用最多的是以較粗略、較簡(jiǎn)單的Winkler模型為基礎(chǔ)的計(jì)算方法。隨著公路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，公路上各種重型車(chē)、特種車(chē)輛的猛增，車(chē)流密度增大，路面上各種車(chē)載等不確定因素的增加，使問(wèn)題研究起來(lái)比較復(fù)雜，目前的研究成果還不能完全滿足實(shí)際的需要。

2、 本文在分析研究國(guó)內(nèi)外有關(guān)地基-路面結(jié)構(gòu)體系分析方法及其研究狀況的基礎(chǔ)上，分別利用解析法(用重富里葉級(jí)數(shù)分析)、數(shù)值法(有限元-無(wú)限元耦合法)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜、動(dòng)力特性分析，特別是建立了隨機(jī)有限元-無(wú)限元耦合模型，給出了地基-路面結(jié)構(gòu)體系在隨機(jī)移動(dòng)荷載作用下的隨機(jī)分析計(jì)算方法及計(jì)算程序。其主要工作如下： (1)提出地基—路面結(jié)構(gòu)體系解析分析理論和方法.把重富里葉級(jí)數(shù)法推廣到分析基于彈性地基上薄板，中厚板，復(fù)合材料路面板結(jié)構(gòu)

3、在各種邊界條件下靜力、振動(dòng)和屈曲問(wèn)題。特別是振動(dòng)和屈曲問(wèn)題用了獨(dú)創(chuàng)的解法，把此問(wèn)題轉(zhuǎn)換成矩陣的廣義特征值問(wèn)題，使計(jì)算極大簡(jiǎn)化。更重要的是能方便的解各種彈性支承問(wèn)題，例如，點(diǎn)支承、變系數(shù)曲線支承和非勻質(zhì)地基等。同時(shí)還把重富里葉級(jí)數(shù)解法應(yīng)用到除矩形路面薄板以外的路面厚矩形板、路面復(fù)合材料矩形板、正交各向異性矩形路面板、各向異性矩形路面板以及各向異性平行四邊形路面板等。 重富立葉級(jí)數(shù)解法使用不多的原因是級(jí)數(shù)收斂慢，以前的作者或只作理論

4、推導(dǎo)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成單富立葉級(jí)數(shù)解，這樣就沒(méi)有多大的使用價(jià)值?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)已經(jīng)很普及，并且性能已極大的提高，重富立葉級(jí)數(shù)收斂慢的問(wèn)題已不再是問(wèn)題，況且還采取了加快級(jí)數(shù)收斂的方法，使得重富立葉級(jí)數(shù)解能達(dá)到足夠的精度。 (2)提出了基于分區(qū)廣義變分原理建立的解決路面板與基礎(chǔ)相互作用中的接觸與脫離問(wèn)題的分析方法，從板—地基接觸系統(tǒng)的分區(qū)廣義勢(shì)能泛函出發(fā)，通過(guò)建立和分析板單元區(qū)，地基單元區(qū)和連接板—地基的接觸單元區(qū)的勢(shì)能泛函，給出求解基礎(chǔ)—路

5、面結(jié)構(gòu)體系受任意移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題的分區(qū)廣義協(xié)調(diào)元法。求解了地基-路面結(jié)構(gòu)體系在任意移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。利用紐馬克(Newmark)法經(jīng)MATLAB編程疊代數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證了文中方法分析地基-路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題是有效的。 (3)提出了彈性半空間體模式地基的靜、動(dòng)力特性的數(shù)值法計(jì)算方法.建立有限元-無(wú)限元耦合模型，給出了計(jì)算基于彈性地基上路面結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力特性的計(jì)算方法和計(jì)算程序。解決了以前單用有限元方法很難解決

6、實(shí)際邊界問(wèn)題的難題，有利于工程實(shí)際的應(yīng)用。 (4)提出了彈性半空間模式地基上地基—路面結(jié)構(gòu)體系的靜、動(dòng)力特性的數(shù)值法計(jì)算方法。路面板采用四節(jié)點(diǎn)矩形板單元有限元模型、板下基礎(chǔ)利用三維8節(jié)點(diǎn)六面體模型，無(wú)限元區(qū)采取三維8結(jié)點(diǎn)單向空問(wèn)無(wú)限元模型和7結(jié)點(diǎn)五面體雙向無(wú)限元模型，板—地接觸處采用接觸元模型，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，建立體系的運(yùn)動(dòng)方程并對(duì)其靜、動(dòng)力特性進(jìn)行分析。求解了彈性半空間體上矩形薄、厚板受任意移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。利用

7、Wilson-θ法經(jīng)MATLAB編程計(jì)算出不同瞬時(shí)、移動(dòng)動(dòng)荷載作用在不同位置時(shí)地基—路面結(jié)構(gòu)體系上各點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)值。通過(guò)數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證了的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題是有效的。 (5)本文提出了基于彈性半空間體地基—路面結(jié)構(gòu)體系的隨機(jī)響應(yīng)分析模式，同時(shí)考慮材料參數(shù)的隨機(jī)性和車(chē)輛荷載的隨機(jī)性，給出了隨機(jī)有限元分析方法，完成了計(jì)算程序的設(shè)計(jì)。 利用隨機(jī)空間實(shí)體隨機(jī)有限元—無(wú)限元耦合法對(duì)路面結(jié)構(gòu)體系在移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了研究。為路面結(jié)