水泥混凝土道面结构在多轮荷载作用下的响应分析

为研究多轮荷载作用下对道面结构的响应,以ABAQUS分析软件为基础,采用多层结构的线弹性材料,建立了9块水泥混凝土面层板的"软弱地基-道面结构-飞机轮载相互作用"三维有限元模拟模型,建模过程中考虑了纵向横向接缝的传荷能力,为大型飞机轮载作用下的道面结构体系及其力学响应研究提供了先进、可靠的分析平台。     

飞机着陆数值仿真及机场道面动载特性研究

为研究飞机着陆滑跑过程民用机场道面动荷载特性,以Boeing737-800机型为例,基于动力学仿真软件VI-Aircraft,建立了机身、起落架及轮胎三维数值仿真模型,根据某机场道面实测平整度数据创建道面仿真模型,形成了一套考虑气动力变化特性的飞机着陆冲击仿真方法,并通过相关起落架系统落震试验以及飞机-地面运动学理论解析两方面验证了仿真方法的可靠性。此外,系统讨论了各类着陆状态参数对道面动载特性的影响,明确了不同着陆状态参数影响下道面动载系数量化取值范围,揭示了各着陆状态参数对道面动载响应的影响规律及影响机理。研究结果表明：随着陆质量、接地速度及滚转角增大,道面动载响应显著增强;随着陆航向速度增大,道面动载响应明显减小;而随俯仰角增大,道面动载响应整体呈现波动减小的趋势。飞机着陆过程中道面动载系数敏感性因素从大到小依次为：航向速度、着陆质量、接地速度、滚转角与俯仰角,充分考虑各着陆状态参数影响,一般情况下道面动载系数D_IM分布区间为1.18～1.80。研究成果可进一步拓展用于飞机着陆跑道桥的分析研究。     

飞机滑行作用下水泥混凝土道面板动响应分析

摘 要：研究了飞机滑行作用下机场水泥混凝土道面板动响应问题。将道面结构视为粘弹性层状地基上单块四边自由的矩形板,采用半解析法,建立力学模型和计算方法。飞机滑行作用在道面板上的荷载是由自身重量和滑行产生的升力决定的;并计算了飞机滑行作用下道面板的响应。采用在道面内部钻孔安装位移传器的方法,对H-6飞机以不同滑行速度通过道面板时,道面板产生的动挠度进行了实测。计算结果与实测结果对比表明,两者误差在3%以内。说明本文所建立的计算方法是正确的。该方法可用来进行机场水泥混凝土道面板在飞机滑行作用下动响应的计算。     

冲击荷载下橡胶混凝土道面应变响应研究

为阐明冲击荷载作用下橡胶混凝土道面的应变响应，基于光纤光栅应变计和重型落锤式弯沉仪(heavy weight deflectometer, HWD),设计了一种道面冲击应变响应的测试方法。通过该方法，对比分析了冲击荷载下橡胶混凝土道面与普通混凝土道面的应变响应差异，并通过监测不同尺寸的橡胶混凝土道面，研究道面板尺寸对应变响应的影响。试验结果表明：相较于普通混凝土道面，橡胶颗粒的加入改变了冲击荷载下道面的应变响应分布，使混凝土道面板中的水平应变均减小，而板边、板角的水平纵向应变增加；并且随着板长增加，橡胶混凝土道面板中、板边、板角处最不利应变响应方向的应变逐渐增加，其中板角处纵向应变增加最快，即道面板长增加将使橡胶混凝土道面冲击荷载下的最不利位置和方向从板边横向转移至板角纵向，因此在大尺寸橡胶混凝土道面设计与建造中，板角应变也应被考虑。     

考虑非一致不平整激励的机场跑道平整度评价方法研究

机场跑道平整度对飞机滑跑的动力响应有较大影响，考虑非一致不平整激励的机场跑道平整度评价方法，使跑道平整度评价结果更符合飞机实际动力响应，避免飞机在平整度评价良好的跑道起降时产生强烈的动力响应，降低不安全事故的发生概率，对机场的安全高效运行有深刻意义。通过三维谐波叠加法建立非一致不平整激励跑道模型，以A320飞机为原型建立Adams飞机地面运动模型，并与实测数据对比验证模型准确性，分析道面非一致不平整激励对飞机滑行时动力响应的影响，算例表明，考虑非一致激励后飞机竖向加速度增加12.39%～24.16%,使人体舒适度下降1～2个等级。综合考虑飞机的竖向振动和侧倾转动，提出了驾驶舱综合振动总值作为平整度评价指标，算例表明，a_v比相同情况下的驾驶舱竖向加速度加权均方根增大可达41.46%,且较于国际平整度指数(international roughness index, IRI)评价方法更符合实际情况，故驾驶舱综合振动总值能更准确地评价机场跑道平整度。     

基于飞机竖向加速度的道面不平度限值标准研究EI北大核心CSCD

对于机场道面的平整性,目前国内外相关标准仅做了一般性规定,而未根据不同部位的重要性加以区分;实际上相同的不平整程度在飞机的不同滑行状态下导致的颠簸效果有很大的差别。针对这一问题,采用飞机整机模型建立飞机-道面振动方程,基于该振动方程构建了不均匀变形道面的Simulink仿真评价系统;以飞机竖向加速度0.4g作为评价标准,利用上述仿真评价系统求解在不同平整程度道面上的振动响应,选取飞机滑行时的三个代表速度分别为0.2v_0、0.5v_0和0.8v_0。分析结果表明:0.2v_0、0.5v_0和0.8v_0三种代表速度在3 m最不利波长条件下,其最大允许变形波幅分别为0.05 m、0.027 m和0.023 m;该结论可以为分析道面不同部位平整程度提供重要依据。     

基于飞机竖向加速度的道面不平度限值标准研究

对于机场道面的平整性,目前国内外相关标准仅做了一般性规定,而未根据不同部位的重要性加以区分;实际上相同的不平整程度在飞机的不同滑行状态下导致的颠簸效果有很大的差别。针对这一问题,采用飞机整机模型建立飞机-道面振动方程,基于该振动方程构建了不均匀变形道面的Simulink仿真评价系统;以飞机竖向加速度0.4g作为评价标准,利用上述仿真评价系统求解在不同平整程度道面上的振动响应,选取飞机滑行时的三个代表速度分别为0.2v_0、0.5v_0和0.8v_0。分析结果表明:0.2v_0、0.5v_0和0.8v_0三种代表速度在3 m最不利波长条件下,其最大允许变形波幅分别为0.05 m、0.027 m和0.023 m;该结论可以为分析道面不同部位平整程度提供重要依据。     

飞机-跑道耦合作用下刚性跑道振动响应研究

基于飞机-跑道耦合分析,建立了飞机主起落架四自由度模型,得出飞机在不同平整度道面激励下的随机荷载;建立了考虑接缝的跑道三维有限元模型,将前述飞机动荷载作用于跑道,研究了飞机随机荷载作用下跑道结构的振动响应,分析了跑道各结构层及土基不同深度处跑道振动响应的变化规律,面层中心动位移、振动响应、跑道远端振动响应随跑道土基强度变化规律。结果表明:在跑道整个宽度范围内,面层中心处振动基频与道面远端振动基频基本一致,振幅呈“W形”变化;同一位置沿跑道深度方向,振动基频不变,仅振幅逐渐变小,该飞机荷载作用下,振幅衰减集中于土基3 m~11 m范围内,面层至土基3 m深度处的衰减仅为10%左右;土基强度对场道动位移峰值、振动基频影响较大,动位移峰值与土基动模量呈乘幂关系;当土基动模量由90 MPa增加至240 MPa时,跑道振动基频呈线性增大趋势,但土基模量增加至240 MPa后,随动模量增大,振动基频增加放缓。     

机场环氧沥青混凝土加铺复合道面荷载应力分析

为了探究环氧沥青混凝土加铺层这种机场道面修建技术,分析复合道面结构参数对荷载应力的影响,利用ANSYS建立了机场复合道面三维有限元模型,计算荷载为SU-27飞机荷载,选取了环氧沥青加铺层顶面荷载应力、底面对应接缝处应力、底面对应接缝处弯沉值以及旧道面板最大拉应力为考察指标,分别计算了各结构参数对荷载应力的影响,并利用正交设计分析了各结构参数对荷载应力影响的显著性。结果表明:加铺层厚度、加铺层模量、基础模量与考察指标都显著相关,应作为机场环氧沥青加铺层设计的主要分析指标,因此,在设计环氧沥青加铺层时要选取合理的加铺厚度,并对基础进行必要的检测,采取相应的技术措施进行处理。     

移动荷载作用下渗流-应力耦合沥青路面动力响应

水与荷载的耦合作用是沥青路面早期破坏的主要原因之一。采用有限元数值分析方法,在弹塑性假设下利用ABAQUS软件,建立降雨入渗条件下的渗流-应力耦合沥青路面三维有限元模型,给出了材料参数、边界条件和荷载作用形式,实现了均布竖向移动荷载作用下的数值模拟,得到了耦合作用下沥青路面三向应力、竖向沉降、孔隙水压力等的空间分布情况,并与无水状态下应力场模型进行了对比分析,结果表明,渗流-应力耦合作用下,沥青路面各结构层内三向应力动力响应特性较无水状态时不同,使得沥青路面受力状态不利从而更易产生结构性损坏。     

均匀热环境下四边固支矩形PCB薄板的自由振动

表面贴装形式中PCB板可简化为四边固支矩形薄板。基于刚性板的小挠度理论,推导了热载下四边固支矩形PCB薄板的自由振动微分方程。从微分方程中得出,热载下的PCB薄板等效于面内受均布张力的薄板,进而通过结构力学方法将热载下四边固支薄板振动问题转换为受面内均布张力固支薄板振动问题。利用虚位移理论,得出了温度沿厚度均匀线性变化的热载下四边固支矩形PCB薄板固有频率和自由振动的挠度值的计算方法。讨论了热载下温度、薄板的几何尺寸对矩形PCB薄板自由振动固有频率的影响。结论可为矩形PCB薄板在热载下的振动分析以及固有频率计算提供方法上的参考。     

铁路钢桥环氧沥青柔性保护层在特种活载作用下的力学响应

随着铁路钢桥跨径的增大,铁路采用柔性保护层的研究受到重视。从铁路钢桥桥面系的结构组成及荷载传递特点出发,建立高速列车-轨道-环氧沥青柔性保护层-桥梁耦合体系有限元模型。通过典型铁路钢桥面系算例分析可见,保护层竖向位移、横向拉应力、纵向拉应力及钢板与保护层间剪应力峰值均出现在ZK特种活载中心作用于距横隔板1/4跨处(定义两横隔板之间距离为一跨);最大竖向位移发生在荷载作用的中心区域;最大横向拉应力出现在轨枕两侧以及纵肋上方对应的区域;钢板和保护层间最大纵向剪应力分布在荷载下方轨枕对应的保护层区域。此外,通过室内试验,验证环氧沥青柔性防水保护体系的抗拉和抗剪切强度满足理论分析结果和规范的要求。列车荷载作用下环氧沥青柔性防水保护层的力学响应及其分布规律,可为同类铁路钢桥桥面系保护层设计提供理论依据。     

真空管道双层衬砌结构力学特性研究北大核心CSCD

为了保证真空管道运输系统的密封性能,提出了盾构管片与二次衬砌组合的真空管道结构。基于双层衬砌数值仿真模型,以上海淤泥质粘土为模拟地层,分别分析了复合式衬砌结构和叠合式衬砌结构真空管道的内力分布。在与常规盾构隧道内力对比的基础上,分析了复合式和叠合式两种结构形式的真空管道内力分布差异、压差荷载引起的轴力增量及层间接触压力等力学特性,探讨了压差荷载、竖向荷载、结构形式等因素对双层衬砌结构内力的影响规律。结果表明:双层衬砌结构的真空管道在压差荷载作用下对衬砌的弯矩无影响,但会引起轴力增量;当竖向荷载较小时,压差荷载会使真空管道双层衬砌结构产生脱离区,脱离区随着竖向荷载的减小逐渐发展扩大;复合式真空管道的管片、二衬的弯矩量值大于叠合式真空管道;在较大的荷载条件下,复合式真空管道横断面轴力分布不均匀比叠合式真空管道更加凸显。     

铁路钢轨受力分析模型比较研究

为了更准确地分析钢轨应力和列车荷载作用下的受力特性,该文将钢轨看作三维实体,并考虑扣件支承面积的影响,将其视为均布弹簧,建立了更接近实际的力学模型,分析了钢轨在竖向力作用下的应力和位移,并对枕上应力进行了求解,将结果与传统的点支承梁简化模型进行比较,指出了两者之间的相似之处和差异性;同时指出,三维实体方式建模更有利于指导钢轨和轨枕的细部设计。     

竖向力-温度荷载-扭矩加载路径下单桩承载变形研究

正常服役过程能量桩受复杂的力学行为，目前针对多向荷载作用下能量桩的承载变形特性研究相对较少。为探讨能量桩在竖向力、温度荷载和扭矩共同作用下的承载特性，依次施加桩顶竖向力、温度荷载和桩顶扭矩，通过考虑温度荷载对桩侧摩阻力及边界条件的影响，基于荷载传递法及边界元法构建了桩身位移控制方程，提出竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下的能量桩承载变形特性的分析方法，通过与已有试验和ABAQUS有限元结果进行对比，均具有比较好的吻合度。研究表明，温度荷载会改变单桩的荷载传递特征，影响桩身轴力和桩侧摩阻力分布。竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下，温度变化引起的附加荷载会导致单桩抗扭承载力降低。进一步的参数分析表明，增大竖向荷载会使桩侧极限环向摩阻力减小，导致能量桩单桩抗扭能力降低26.2%(75%P_u,P_u为竖向极限荷载)；随着长径比的增加，桩身承载力逐渐增大，可选取合适的长径比抵消温度荷载带来的影响；随着温度增量的增大，桩身变形量逐渐增大，其中桩身0.6L以上部分变形较大，因此作为能量桩使用的工程桩基需要对地基上部进行加固。     

非均布荷载作用下震后地下拱结构抗动载能力评估

为评估非均布荷载作用下震后地下防护结构的抗动载能力,针对震前震后三种结构型式,给出了动荷载动力系数的确定方法,推导出了非均布荷载作用下地下拱形结构的弯矩和拱脚推力的计算公式。针对工程实例,计算了不同损伤型式的拱结构承受非均布动载时的结构内力,从而给出了非均布荷载作用下震后结构的抗动载能力评估方法。研究表明:抗弯设计条件下震后拱结构抗非均布动载能力将降低约13%,而在抗剪设计条件下由于裂缝的穿透震后拱结构抗非均布动载能力将降低50%以上。     

软土地层中竖向分级堆载对桩基影响

软土层铁路桥梁桩顶有竖向荷载作用时容易产生竖向沉降与横向侧移,最终可能影响行车安全。因此,研究竖向受荷桩基力学性状对滨海桩基工程具有重大意义。设计竖向堆载的钢套箱模型及加载方案,在可门港填海工程地区进行大尺寸、大比例的桥桩现场竖向堆载试验。结果表明,承台在上部荷载的作用下,桩身的轴力随着上部荷载的增加,呈现出逐渐增长的趋势,四桩承台中的两个桩桩身靠近桩顶的位置由于承台的"套箍"作用,迎土侧受压,使得其产生负弯矩。可为可门港地区填海造陆工程设计和施工提供一定参考。     

三维风场各分量对定日镜动态响应的影响研究

针对定日镜抗风设计过程中仅考虑纵向风而忽略竖向风和横向风对结构响应的问题,提出利用不同方向上的脉动风压功率谱和AR模型进行三维脉动风场的时程模拟,并将平均风荷载和脉动风荷载共同作用在建立的定日镜有限元模型上,通过对5种典型位置状态下定日镜的动力特性和风致动态响应分析得到风场各分量荷载对结构的影响。研究结果表明:在定日镜前5阶自振频率范围内,竖向和横向脉动风可能会引起结构的共振响应;定日镜在工作位置时的位移风振系数较小,可以仅考虑纵向和竖向风对其动态响应的影响;定日镜在避险停放位置时的位移风振系数较大,需同时考虑纵向、竖向和横向风对其动态响应的影响。     

复杂移动轮胎力作用下沥青路面黏弹性力学行为模拟研究

对复杂移动轮胎力作用下的沥青路面黏弹性有限元建模进行了分析与探讨,在此基础上对路面的黏弹性力学行为进行了仿真,并分析了轮组形式和轴组形式对路面响应的影响。研究表明,在移动轮胎力作用下的路面有限元模型中,沥青混合料的蠕变法则宜采用应变硬化率关系式;在轮胎力反复作用下,路面内部的应力分布趋于均匀,中面层承受较大的Tresca应力;在轮胎工作状态相同的条件下,单轮组对路面永久变形的贡献与双轮组同等重要,双轴组对路面的破坏效应比单轴组更加显著。     

高温下张弦梁结构力学特征解析解

在实腹钢梁或钢桁架下部张拉预应力高强钢索形成预应力张弦梁结构,然而钢索的预应力对温度变化敏感,因此火灾是危及张弦梁结构安全性的重要灾害,求解高温下结构的力学特征解析解是进一步研究其火灾安全性能的理论基础。考虑高温下钢材材性的衰减、非线性热应变以及几何形变的耦合,建立张弦梁结构高温下梁单元与索单元建立基本平衡微分方程,分别推导出在均布荷载作用下张弦梁结构在均匀温度场及非均匀温度场中,结构跨中挠度、预应力索水平张力和撑杆轴力的解析解;并且基于张弦梁结构力学特征解析解,对比分析了张弦梁结构热力耦合数值分析模型的可靠性,可为后继设计张弦梁受火试验方案及研究其受火破坏机理提供参考。