飞机荷载作用下非均匀道基动力响应分析

针对山区机场道基沿跑道方向挖填交替的特点,通过沿跑道横向Fourier变换,提出适用于飞机移动荷载作用下山区机场跑道动力响应分析的半解析有限单元法,导出相应的有限元列式,编制有限元分析程序,通过算例验证方法及程序的正确性。分析单轮荷载移动速度、机场道面结构形式以及挖填交替非均匀道基形式对道基土体动应力的影响。结果表明：道基土体动应力路径呈蛋形,各动应力分量的峰值小于单轮静压力的2%;随着荷载移动速度加快,土体动应力路径逆时针偏转,动应力峰值和影响深度明显增加;与刚性道面结构相比,柔性道面结构下土体动应力沿跑道纵向和横向衰减快,但动应力峰值和影响深度更大;挖填交替界面附近土体动应力集中,集中系数达约1.4。     

多轮组车辆荷载下公路地基的附加动应力

基于移动集中点荷载作用下的地基附加动应力的理论解,采用数值积分方法计算了移动圆形均布荷载下地基的附加动应力。将交通荷载简化为移动的均布圆形荷载,对比分析了荷载作用半径、荷载移动速度对地基附加动应力的影响规律。分析结果表明:浅层地基和深层地基中的附加动应力分布规律有所差异;荷载移动速度对地基中各应力分量的影响规律与地基深度密切相关;地基中的附加应力分布曲线具有良好的归一化规律。在单个轮轴荷载计算方法的基础上,采用叠加法对多轮组车辆荷载作用下的地基附加动应力进行了研究。计算结果表明:应力的叠加效应和荷载移动速度效应对深层地基的影响较浅层地基更为显著;多轮组车辆荷载作用下,应力路径形式变得更为复杂。     

飞机移动荷载下层状路基应力路径特性研究

为研究飞机移动荷载作用下跑道地基受力特性及土体单元经历的应力路径,采用积分变换和传递矩阵法推导了层状地基各应力分量的半解析解,将道路面层-基层-地基视作多层跑道结构体系,将飞机荷载考虑为作用于跑道上的多个移动轮载的叠加,分析了不同移动轮组荷载组合形式下地基内部土单元的偏应力大小、主应力方向的变化规律,揭示了偏应力路径的基本特性;进一步探讨了跑道不同功能区土单元应力路径的差异性,发现不同功能区域土单元应力路径曲线有显著差异,呈现为全心形-上半心形及下半心形的形态,并开展动态空心扭剪试验观察了三种应力路径下土体累计变形的差异性,从而揭示了跑道差异沉降产生的内在机理。     

飞机移动荷载作用下跑道地基响应范围变化规律

针对目前机场场道工程设计中未考虑飞机移动荷载特性、道面结构及地基土特性与土基影响深度之间关系的状况,基于国际平整度指数IRI的飞机移动荷载计算理论和层状弹性体系理论,构建了考虑道面结构—土基—飞机移动荷载的动力分析模型。系统分析了不同道面结构和不同机型在土基顶面产生的最大附加动应力分布规律,获得了飞机移动过程中最大附加动应力横向影响范围及随深度的变化规律。研究结果为机场场道工程设计及优化提供了理论依据和参考。     

飞机稳态转弯滑行时起落架侧向荷载研究

为分析飞机的轮轴构型对飞机转弯滑行时侧向荷载分布的影响,利用速度瞬心法,将单个多轮起落架简化为整体性轮胎,计算B737-800、B767-400ER、B777-300ER三种机型稳态转弯滑行时对沥青道面的总侧向荷载,在相同的转弯半径与前轮操作角下,将总侧向荷载有效分配到各个轮胎。研究结果表明：滑行速度和前轮操作角均对低速转弯时轮胎的侧向荷载有影响,且随着速度和前轮操作角的增加其影响越来越显著|三种机型主起落架轮胎最大侧向荷载均出现于靠近转弯中心的内侧轮胎,起落架构型的改变并没有改变轮胎最大侧向荷载的位置|飞机滑行重量增大对转弯侧向荷载的影响可以通过改变飞机起落架的构型来减轻,三轴双轮起落架构型更能有效分担飞机转弯滑行时的侧向荷载。     

移动条形荷载作用下弹性层状介质动应力解析解

采用Fourier积分变换与递推矩阵方法,依据平面问题的弹性动力微分方程、边界条件与层间连续条件,推导得到不同形式移动条形荷载作用下弹性层状介质动应力解析解。对不同移动速度和不同荷载形式作用下弹性4层介质动应力分布规律进行了算例分析,结果表明:竖向或水平条形荷载单独作用下,移动速度对动应力的影响随着荷载移动速度越来越接近结构层最小剪切波速而不断增大,相关应力向量各分量随着深度增加而呈现为各自不同的变化特征;实际行车条件对应的移动竖向和水平条形荷载共同作用下,移动速度对动应力的影响和动应力竖向分布规律皆比移动竖向或水平条形荷载单独作用更为复杂。移动条形荷载作用下弹性层状介质动应力解析解可为各类型交通工具作用下层状介质动力响应特性分析提供理论支持。     

飞机荷载引起的层状地基附加应力及对下穿#br# 隧道的影响范围研究

目前,国内外下穿机场飞行区的隧道工程案例较少,对于机场飞行区下穿隧道工程的相关设计理论比较欠缺。鉴于此依托穗莞深城际铁路SHZ-9标盾构隧道下穿越深圳宝安国际机场工程,利用布辛奈斯克解和弹性层状理论,推导了飞机荷载作用下土体任意深度处的附加应力公式;基于推导的公式利用Matlab分析了空客A380、波音B-747、B-777三种飞机荷载产生的附加应力值规律,确定了三种大飞机最大竖向应力作用点位置;通过分析三种类型大飞机在附加应力最大值点沿不同方向的变化规律,得到了三种大飞机荷载在不同覆土深度下对飞行区盾构隧道影响范围的计算公式,具有重要的工程指导意义。     

列车交通荷载作用下地基土单元体的应力路径

为研究列车交通荷载作用下地基内部动应力特征以及土体单元经历的应力路径,基于2.5维有限元数值方法建立轨道-路堤-地基耦合分析模型,其中轨道在轮轴荷载作用下的弯曲变形用欧拉梁来描述,而列车荷载被简化为作用于轨道上的单个或多个移动轮轴荷载,通过基于半解析的方法推导得到了地基中的动应力解答。剖析列车轮轴荷载作用过程中地基内部土单元体经历的应力路径和其中的主应力轴旋转现象;发现当列车速度低于地基剪切波速时,不同速度的荷载作用下不同地基深度处的土单元应力路径曲线形状都很相似;而当荷载速度增大到接近或者超过地基剪切波速时,土单元应力路径曲线和应力分布均发生很大改变。分析结果为研究交通荷载作用下软土的动力特性及地基长期附加沉降提供了基础。     

水泥土桩复合地基荷载传递及变形的原位试验研究

为了获得桩长、置换率等对水泥土桩复合地基荷载传递及变形的定量影响,在5组4桩群桩和5组9桩群桩复合地基的桩体内埋设应变计,在桩间土体内埋设深层沉降标,实测到4桩群桩和9桩群桩复合地基中桩体轴力分布、桩侧摩阻力分布和桩间土变形分布。发现置换率相同时,承台板宽度大,水泥土桩的荷载临界深度也大,桩侧摩阻力分布深度下移。承台板宽从1.0m增加到1.5m时,荷载临界深度由14倍桩长增加到18倍桩长。变形影响深度约为承台板宽度的(1.8～2.5)倍。最大摩阻力出现在承台下1.5m处,该处的竖向偏应力最大,桩体容易在这里破坏。增加桩长能有效减少沉降。荷载水平达到70%以后,变形影响深度下移不再明显。     

基于解析层元法的成层半平面地基移动荷载动力响应研究

解析层元法具有较高的计算效率和数值稳定性,为此基于解析层元法研究移动荷载作用下层状各向同性地基的平面应变动力响应问题。假定研究坐标系随移动荷载同步移动,移动荷载相对于移动坐标系处于相对静止状态,从而将移动荷载作用下的动力问题转化为准静态问题。结合移动坐标系下的控制方程和傅里叶变换方法,推导出单层有限厚度和半空间土体在傅里叶变换域内的解析层元。根据有限层法原理组装各土层的解析层元得到总刚度矩阵,再结合边界条件求解总刚度矩阵方程在积分变换域内的解。然后,利用傅里叶积分逆变换将变换域内的解答转换为物理域内的解。最后,通过算例验证本文理论的正确性,并分析荷载移动速度、荷载作用深度、成层性及地基加固厚度与加固效果等对成层地基动力响应的影响。研究表明:地基的竖向位移和竖向应力随荷载移动速度的提高而不断增大,当移动速度接近土体的剪切波速时,地基竖向位移和竖向应力均迅速增加;移动荷载作用下地基的成层性对土体的竖向位移有较大的影响,且主要受地基表层土体性质的影响;表层土体的加固对减小地基沉降有显著效果,随着加固效果的增加,地表沉降的减小量逐渐降低。     

刚性桩复合地基与复合桩基工作性状对比试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构的复合地基与复合桩基载荷试验,分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩身轴力和侧摩阻分布及桩土荷载分担比,研究了工作荷载下复合地基与复合桩基的工作性状。与复合桩基相比,得出复合地基总沉降大、差异沉降小、桩端平面以下沉降小、桩上段存在负摩阻、桩间土荷载分担比大、桩荷载分担比小的试验结果;复合地基可以更好地调动浅层地基土承载力,而复合桩基则能更好地调动深层地基土承载力,所得结论可为进一步理论研究及工程设计提供有益参考。     

飞机动荷载作用下场道地基沉降

地基沉降问题是软土地基上修建跑道的关键问题,上海浦东机场对修建在软土地基上的跑道进行了长期道面沉降观测。通过对浦东机场两条跑道道面沉降观测资料的分析,提出了采用通航以来跑道横断面上10 m线测点与30 m线测点之间的差异沉降近似确定飞机动载沉降的方法,并分析了飞机动载沉降在时间及空间上的变化规律。认为动载沉降在通航初期2～3年增加较大、之后增加缓慢,动载沉降占总沉降的份额随着时间的延续不断增大,一跑道通航10年后,该份额平均约为10%左右。截止2009年4月,浦东机场一、二跑道以均匀沉降为主,差异沉降较小。     

上覆弹性板双层地基在移动荷载作用下的动力响应

 用Fourier变换及逆变换对移动荷载作用下路基路面系统的动力响应问题进行研究。考虑路基路面相互作用,假设一条形移动荷载作用在路面板的表面,地基以地下水位面为分界面分为双层,水位面以上为单相弹性土层,以下为饱和土层。考虑地基土层厚度有限,利用Lame对位移场的分解理论,引入势函数,并运用Fourier变换分别对弹性土层和饱和土层进行分析。在Fourier变换域内,结合边界条件,联立路面板、弹性土层和饱和土层的运动方程,得到土体竖向位移、应力和饱和土层内孔隙水压力的表达式;同时利用离散Fourier逆变换得到数值计算结果。计算结果表明,荷载速度、频率,饱和土层的渗透系数对地表竖向位移的影响很大;弹性土层厚度对竖向位移的影响依赖于荷载速度;弹性土层厚度以及弹性土层和饱和土层的相对刚度比对孔隙水压力有非常明显的影响。     

粉质粘土路基冲击压实动力响应数值模拟研究

依托实际工程,应用有限差分软件FLAC 3D分层建立高速公路粉质粘土路段路基模型;通过在路基模型顶面施加1次动力荷载和施加不同次数动力荷载,对路基模型的动力响应进行数值模拟分析,研究了冲击作用下动应力、竖向位移沿深度和径向距离的变化规律。结果表明:冲击轮冲击路基表面破坏土体结构,从而使路基土体密实,冲击碾压加固路基效果显著;土体中加固区近似为椭球体,其剖面为椭圆形;土体中动应力、竖向位移沿径向的衰减速度大于竖向的衰减速度,径向的影响宽度小于竖向影响深度;当冲击压路机保持正常的工作速度12 km·h^-1,路基填筑高度为1 m时,冲击碾压次数宜在20次左右。     

公路软基工后沉降研究进展

公路建成通车后,软基土受到的附加应力水平随即发生改变,除原来填土路堤静荷载作用外,还受行车动荷载的作用。因此,软基工后沉降应包含静荷载作用和动荷载作用两方面的贡献,这也是导致实际软基工后沉降量通常要大于仅根据静力学理论分析预测的软基工后沉降量的原因所在。在综合国内外学者对公路软基工后沉降方面研究成果的基础上,对比分析路基土在路堤静荷载作用和行车动荷载作用下的不同力学行为特征,探讨路堤静荷载作用与行车动荷载作用在公路软基工后沉降的不同贡献,总结当前公路软基工后沉降研究存在的主要问题,提出公路软基工后沉降的6个组成分量及研究发展趋势。     

上海重载道路路基工作区深度的计算分析

简单介绍了路基工作区的概念及路基应力计算方法。采用弹性层状体系理论,运用计算程序,以上海2种典型道路结构为例,分别计算了单轴、三轴轴型在不同轴载工况下路基竖向附加应力分布情况,并进行路基工作区深度比较。最后提出通过路面结构调整来控制工作区深度。这对重载道路路基病害的防治具有一定的参考价值。