地基—路面結(jié)構(gòu)體系的靜動力特性研究.pdf

1、近年來隨著國家投資政策向基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)傾斜，全國公路、機場、碼頭的建設(shè)得到迅猛發(fā)展，與此對應基于地基—路面結(jié)構(gòu)體系靜動力特性的研究也越來越引起相關(guān)科研工作者的重視。過去人們對地基—路面結(jié)構(gòu)體系的計算，應用最多的是以較粗略、較簡單的Winkler模型為基礎(chǔ)的計算方法。隨著公路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，公路上各種重型車、特種車輛的猛增，車流密度增大，路面上各種車載等不確定因素的增加，使問題研究起來比較復雜，目前的研究成果還不能完全滿足實際的需要。

2、 本文在分析研究國內(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(用重富里葉級數(shù)分析)、數(shù)值法(有限元-無限元耦合法)，對路面結(jié)構(gòu)進行了靜、動力特性分析，特別是建立了隨機有限元-無限元耦合模型，給出了地基-路面結(jié)構(gòu)體系在隨機移動荷載作用下的隨機分析計算方法及計算程序。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.把重富里葉級數(shù)法推廣到分析基于彈性地基上薄板，中厚板，復合材料路面板結(jié)構(gòu)

3、在各種邊界條件下靜力、振動和屈曲問題。特別是振動和屈曲問題用了獨創(chuàng)的解法，把此問題轉(zhuǎn)換成矩陣的廣義特征值問題，使計算極大簡化。更重要的是能方便的解各種彈性支承問題，例如，點支承、變系數(shù)曲線支承和非勻質(zhì)地基等。同時還把重富里葉級數(shù)解法應用到除矩形路面薄板以外的路面厚矩形板、路面復合材料矩形板、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。 重富立葉級數(shù)解法使用不多的原因是級數(shù)收斂慢，以前的作者或只作理論

4、推導或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成單富立葉級數(shù)解，這樣就沒有多大的使用價值?，F(xiàn)在計算機已經(jīng)很普及，并且性能已極大的提高，重富立葉級數(shù)收斂慢的問題已不再是問題，況且還采取了加快級數(shù)收斂的方法，使得重富立葉級數(shù)解能達到足夠的精度。 (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題的分析方法，從板—地基接觸系統(tǒng)的分區(qū)廣義勢能泛函出發(fā)，通過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)的勢能泛函，給出求解基礎(chǔ)—路

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

6、實際邊界問題的難題，有利于工程實際的應用。 (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、動力特性的數(shù)值法計算方法。路面板采用四節(jié)點矩形板單元有限元模型、板下基礎(chǔ)利用三維8節(jié)點六面體模型，無限元區(qū)采取三維8結(jié)點單向空問無限元模型和7結(jié)點五面體雙向無限元模型，板—地接觸處采用接觸元模型，根據(jù)達朗貝爾原理，建立體系的運動方程并對其靜、動力特性進行分析。求解了彈性半空間體上矩形薄、厚板受任意移動荷載作用下的動力響應問題。利用

7、Wilson-θ法經(jīng)MATLAB編程計算出不同瞬時、移動動荷載作用在不同位置時地基—路面結(jié)構(gòu)體系上各點的動力響應值。通過數(shù)值計算驗證了的動力響應問題是有效的。 (5)本文提出了基于彈性半空間體地基—路面結(jié)構(gòu)體系的隨機響應分析模式，同時考慮材料參數(shù)的隨機性和車輛荷載的隨機性，給出了隨機有限元分析方法，完成了計算程序的設(shè)計。 利用隨機空間實體隨機有限元—無限元耦合法對路面結(jié)構(gòu)體系在移動荷載作用下的動力響應進行了研究。為路面結(jié)