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1、重慶建筑ChongqingArchitecturedoi：10．3969／j．issn．1671-9107．2012．04．030隨機(jī)不平度激勵下公路路面交通荷載特性數(shù)值分析NumericalAnalysisofHighwayRoadTmfficLoadCharacteristicsBasedonRandomSurfaceRoughness陳德奇(長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院湖南長沙410075)摘要：將路面不平度作為激勵輸入給交通車輛，引入功率譜密度函數(shù)PSD，采用數(shù)值分析方法，模擬了隨機(jī)不平度激勵下重栽交通車輛隨機(jī)荷栽的產(chǎn)生機(jī)理。根據(jù)
2、模擬結(jié)果闡明了路面結(jié)構(gòu)的損傷破壞與路面表面特性及車輛栽重、車速之間的依附關(guān)系，為公路動態(tài)隨機(jī)交通荷栽圖譜的建立及路基路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和參考關(guān)鍵詞：路面不平度：隨機(jī)交通荷栽；數(shù)值模擬中圖分類號：U416．2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671—9107(2012)04-0030—05Abstra~：Theauthorsimulatesallexperimenttoobservethemechanismofheavy-loadedtransportationvehicles，giventhesurfaceroughnessandPower
3、SpectralDensityO'sD)．Thefinalresultobtainedfromnumericalanalysisdemonstratesthatthedamageofroadstructure，characteristicsofroads~ace，ca~ngcapacityofvehiclesandspeedofvehiclesarelinkedwitheachother．TheauthorhopesthatthisoutcomeCanprovidereferencefortheestablish-meritofroadd
4、ynamicrandomtrafficloadmapandthedesignofroadstructure．Keywords：madroughness；therandomtrafic1oad；Numerica1Simulation文獻(xiàn)及測試試驗(yàn)研究表明．行駛于路面的車輛對路面結(jié)懸架剛度；K【為輪胎剛度；C。為懸架阻尼；C為輪胎阻尼：Z。為簧構(gòu)產(chǎn)生的交通荷載為隨機(jī)荷載。其分布規(guī)律與路面不平度密載垂直位移；ZI為非簧載垂直位移，u為路面不平度激勵剛。所切相關(guān)。而與車輛本身結(jié)構(gòu)的振動相關(guān)性不大?15]。故在不考用的路面不平度激勵為標(biāo)準(zhǔn)路面譜密度
5、函數(shù)(PSD)，部分為慮交通荷載的縱向及橫向作用、只考慮垂向作用時．可認(rèn)為隨不平度實(shí)測資料【同I卸。車輛模型參數(shù)采用某典型國產(chǎn)重型滿載機(jī)交通荷載僅是路面不平度的函數(shù)．即將路面不平度作為輸時的車輛參數(shù)，如表1所示。入項(xiàng)輸入給交通車輛產(chǎn)生隨機(jī)交通荷載．隨機(jī)交通荷載再作用于路面結(jié)構(gòu)，引起路基路面結(jié)構(gòu)層的動力響應(yīng)．從而產(chǎn)生動力變形及位移。而路面不平度亦為隨機(jī)分布，無法用確定的表達(dá)式來描述它，只有通過實(shí)測和計(jì)算機(jī)處理方法產(chǎn)生。如果沒有實(shí)測的理想數(shù)據(jù)．通過計(jì)算機(jī)模擬一個路面不平整度隨機(jī)函數(shù)．使其功率譜密度與所要求的路面功率譜密度相一致。問題就可以獲得
6、解決．依據(jù)所有路面結(jié)構(gòu)類型的功率譜密度即可建立路面功率譜16H81。本文g1入國際標(biāo)準(zhǔn)路面功率譜PSD(PowerSpectralDensity)，并借助實(shí)測資料，采用數(shù)值方法，分析路面不平度作用下重載車輛交通隨機(jī)荷載的產(chǎn)生機(jī)理及其特性，從而為隨機(jī)交通荷載譜的建立提供依據(jù)。1數(shù)值模擬方法不平整路面u1．1數(shù)值模擬基本參數(shù)為探究普遍意義上的車輛動荷載變化規(guī)律．故引入兩自圖1兩自由度四分之一車輛模型由度的四分之一平面車輛模型進(jìn)行求解。模型如圖1所示。圖表1某國產(chǎn)重型汽車車輛模型參數(shù)(滿載)中M為簧載質(zhì)量。即車身部分質(zhì)量，包括所有車身彈簧懸架的
7、汽車部件．將其視為完全剛體來處理．如車架、車身、貨箱等，模型中忽略了人的影響；M為非簧載質(zhì)量，即輪胎質(zhì)量；Ks為注：g(重量加速度)=9．8m／s2。收稿日期：2012—01—13為便于比較．取幾種標(biāo)準(zhǔn)路面譜密度【4l(分別屬于A、B、C作者簡介：陳德奇(1971一)，男，主要從事建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)管三級路面)和車速狀態(tài)進(jìn)行模擬，見表2。研究。2012．NO．4第11卷總第102期隨機(jī)不平度激勵下公路路面交通荷載特性數(shù)值分析道橋工程31表2路面參數(shù)及車輛狀態(tài)新建路的最大動載超載率為17．1％．而舊路的最大動載超載率為35．7％．這進(jìn)一步說
8、明路面表面狀況與車輛動載之間關(guān)系密切。1510—至1．2數(shù)值模擬程序潞。ji＼杰fV：由于MATLAB開發(fā)平臺具有強(qiáng)大的數(shù)值分析及數(shù)值計(jì)算慧一s能力．故本文借助于該平臺二次開發(fā)了隨機(jī)動載計(jì)算程
