横观各向同性层状路面结构动力响应研究

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路面结构动力响应研究是合理设计路面的必要理论基础,目前我国现行的路面设计规范依旧将静荷载下的各向同性弹性多层体系作为路面的力学模型,并假设其层间接触状态为完全连续。实际情况下,路面结构各层材料具有明显的各向异性属性,且层间接触状态通常并非完全连续,尤其是路面结构与地基之间的接触面。针对以上问题,本文考虑路面结构层与地基之间的不完全连续接触状态,基于积分变换方法提出了求解横观各向同性层状路面结构在落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下动力响应问题的谱单元法,并利用所得的谱元解对路面相关参数的影响进行分析和比较。主要研究内容如下:(1)考虑路面结构各层材料的横观各向同性属性,构建了FWD荷载作用下层状路面结构的弹性体系力学模型。结合积分变换方法,通过谱单元法推导求解了路面结构动力响应的解析解,并通过与现有文献结果的对比验证了本文计算方法的准确性及高效性。在此基础上分析了荷载作用及材料属性方面多个参数对路面结构动力响应的影响规律,研究结果表明:路面各层材料的横观各向同性系数越大,路面结构的动力响应明显增大;路面各结构层厚度、路面结构与地基间软弱薄层的刚度以及地基的非均质属性对路面动力响应均有明显影响,在路面设计时应予以考虑。(2)进一步考虑层状路面结构的层间接触状态,构建等价交界面模型描述层间水平向及竖直向的不完全连续接触状态,通过与现有文献结果的对比验证了本文层间接触状态模型的准确性及高效性,并分析了不同层间接触模型、层间接触参数对路面动力响应的影响。研究结果表明:层间接触状态对路面结构动力响应有显著影响,层间接触状况越差,路面结构的整体性及耐久性越差。本文的研究结果能更好地揭示在考虑层间接触状态下横观各向同性路面层状结构的动力响应规律,对完善和优化路面设计理论具有重要的意义,有助于提升路面的使用性能,减少路面病害的出现,延长路面使用寿命,具有重要的学术意义和实用价值。
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