王保定[1]2002年在《柔性路面材料性能的动力反演》文中研究指明以落锤式弯沉仪(FWD)所测得的数据为基础进行路面材料性能反演是道路无损检测的一个重要发展方向。现有的反演理论基本上都是以拟静力分析方法为基础，而实际的行车荷载和FWD荷载都是动荷载，因此开展动力模型下的反分析是路面材料性能反演的必然趋势。本文以动力模型为基础，进行了路面材料性能反演，主要成果如下： 1．以非线性最小二乘的优化原理为基础，并结合奇异值分解，进行了基于动力模型的路面材料性能反演。通过大量的理论和试验证明，该算法稳定性好、精度高，收敛速度快，占用机时较少。 2．在反分析中，提出了等效阻尼比的概念，并验证了等效阻尼比的可行性，从而大大降低了动力反演的计算量。 3．将基于非线性最小二乘的路面模量反演软件应用到工程实际中，对实际路面进行了反分析。 本文的研究成果为开发路面结构的动力性能评价提供了理论基础
曹明明[2]2018年在《刚柔复合式基层沥青路面结构特征与荷载响应分析》文中提出反射裂缝是半刚性基层沥青路面的主要病害形式之一,特别是川东丘陵地区,因夏季气温高、降雨量大且持续时间长,致使该区域内与反射裂缝相关联的病害问题更为突出。为降低半刚性基层沥青路面早期破坏的风险,工程中引入了刚柔复合式基层沥青路面结构,通过水泥稳定碎石基层和沥青层之间加设级配碎石过渡层,抑制反射裂缝并增强排水,达到延长沥青路面服务年限的目的。然而,级配碎石属离散材料,其强度、刚度均不及水泥稳定碎石,甚至不及水泥稳定砾石,导致刚柔复合式基层沥青路面的结构性能显着弱于传统的半刚性基层沥青路面。鉴于此,论文结合遂广高速公路的修建,从级配碎石材料路用性能和刚柔复合式基层沥青路面的结构力学性能两方面进行了系统的研究,其主要工作及取得的成果如下:1)根据级配碎石最大粒径对其性能特性影响的研究成果,确定过渡层级配碎石最大粒径采用26.5mm,并基于级配碎石室内试件成型方法对级配衰减特征和性能指标的影响,确定采用振动台法作为评价级配碎石粗集料集成特性的成型方法。在此基础上,将部分沥青混合料级配设计理论优化后用于设计级配碎石材料的级配组成,对通用级配设计方法(泰勒法、变i法、变k法)和沥青混合料级配设计理论(SAC法、VS法和Sperpave法)所确定级配组成以及规范推荐级配组成基于集成体积指标进行了相关参数确定和性能评价。根据多级嵌挤理论和以便获取与料场实际情况相符的依托工程过渡层级配碎石组成目的,进行了粗集料的骨架形成试验、细集料填充试验,并结合室内试验和理论计算确定了粗细集料合成比例,分析了影响级配碎石混合料控制性指标的主要因素。2)运用叁轴试验离散单元法,对碎石骨架应力应变关系和围压与偏应力对级配碎石回弹模量影响进行分析的基础上,评价了级配碎石粗集料骨架性能,揭示了级配碎石非线性特性,并依托室内渗水试验探讨了级配碎石渗水系数的主要影响因素,对级配碎石渗水系数预估公式进行了拟合,最后结合虚拟叁轴试验、CBR试验和室内渗水试验对级配设计理论所设计级配碎石组成进行了优选,提出了依托工程过渡层级配碎石级配组成设计方法、级配组成范围和评价指标。研究可得:基于多点支撑骨架状态的混合料体积设计方法和多级嵌挤级配设计方法可确定出性能更优的级配碎石组成。3)以现场沥青路面动态响应试验段为载体,采用FWD和贝克曼梁法测试了叁种沥青路面(1种半刚性沥青路面,2种刚柔复合式基层沥青路面)分层层面动、静态弯沉,分析了不同结构沥青路面动、静荷载作用下的弯沉值分布规律和沥青路面结构层施工过程变形特征,可得贝克曼梁法和FWD法检测数据不具等同性,FWD数据可靠性和适应性更高。基于动态弯沉盆测试结果,结合提高沥青路面结构层模量反演精度的目的,采用传统反演法和逐层反演法反演叁种结构沥青路面各结构层模量值,对比研究了两种方法对不同路面结构类型的适应性,可得路面结构层模量可综合反映路面结构和组成材料特性,逐层反演模量法可在一定程度上提高反演结构层模量值的可靠性。4)考虑到沥青路面结构层当量回弹模量理论计算法与现场实测值相关性不佳,以逐层测试沥青路面结构层弯沉盆实测值和模量反演理论为依据,重点探讨了理论计算法与反演法确定的不同沥青路面结构的垫层、水泥稳定碎石层和过渡层顶面当量回弹模量差异,可得两种方法反演当量回弹模量差异主要源于水泥稳定碎石层顶面当量回弹模量的确定,以此提出了修正当量回弹模量理论计算公式。5)基于对所设计沥青路面结构性能测试系统可靠性进行论证的基础上,以沥青层层底应变、路基土顶面或过渡层底面竖向压应力和过渡层竖向位移为评价参数,开展了基于行车荷载作用的叁种沥青路面结构动态响应特征研究,分析了行车速度、车辆类型和轴重对路面结构动态响应特性的影响,可得半刚性基层沥青路面对行车状态的敏感性高于刚柔复合式基层沥青路面。同时,基于路面结构性能测试系统和温度、湿度测试系统,揭示了降雨过程路面结构内部湿度变化特征,探讨了刚柔复合式基层沥青路面在湿度和动荷载耦合作用下级配碎石孔隙水压力的响应特征,分析了过渡层孔隙水压力对行车速度和车辆轴重的敏感性,论述了现场试验中季节变化对不同路面结构响应特性的影响,可得级配碎石具有良好的排水特性,刚柔复合式基层沥青路面在川东丘陵地区具有较佳的适宜性。
郑元勋[3]2009年在《沥青路面动态弯沉及反算模量的温度修正研究》文中研究指明众所周知,沥青混合料是一种感温性材料,其刚度和强度随着温度的变化而有较大的差异。路面动态弯沉作为沥青路面检测及设计的重要参考指数是路面整体强度的反映,因此常规弯沉测试结果需根据研究及应用的需要修正到标准温度或其它代表温度下的弯沉值。同理,反算模量也需要修正到标准温度下的模量值。目前沥青路面弯沉及反算模量的温度修正关系多数建立在有限数据或早期弯沉检测设备(如贝克曼梁)所测弯沉数据之上,尤其是我国尚未建立基于落锤式弯沉仪(FWD)的沥青路面动态弯沉及反算模量的温度修正关系,急需开展该方面的研究。对沥青路面动态弯沉及反算模量进行温度修正研究首先要解决沥青路面温度的确定问题。由于沥青路面暴露在自然界中,时刻经受自然条件尤其是气温的影响,导致沥青路面温度场的分布较为复杂,所以对沥青路面温度场进行研究并建立其基于气温的预估模型是进行沥青路面动态弯沉及反算模量温度修正的前提。因此本文在对沥青路面温度场进行长期观测试验以及数值模拟研究的基础上,分别通过实验和有限元模拟方法研究了不同厚度沥青路面动态弯沉及其反算模量与路面温度间的对应关系,最后建立了我国基于FWD的沥青路面动态弯沉及其反算模量的温度修正关系。本文主要做了以下工作:(1)沥青路面温度场数值模拟研究利用建立的沥青路面温度场有限元模型对沥青路面温度场的分布规律进行了研究,通过将计算结果与实测温度场数据进行对比与分析,验证了模型的有效性。(2)沥青路面温度场长期观测试验研究对运营中的沥青道路温度场及周边环境进行长期观测,在此基础上研究了沥青路面温度场及其与气温之间的相关关系。考虑到气温升温阶段和降温阶段对沥青路面温度影响的差异,分别利用两个正弦函数模拟气温的升温和降温阶段,最后建立基于气温的沥青路面温度预估模型。(3)基于FWD的沥青路面动态弯沉的温度修正研究利用落锤式弯沉仪(FWD)对不同厚度沥青路面进行周期一年的弯沉测试实验,同时对沥青路面结构层温度进行实时观测,研究了沥青路面动态弯沉(最大弯沉值d_0、弯沉盆面积因子Area、F-1形状系数、以及弯沉差因子(Delta2))与路面温度间的关系,进而建立了其温度修正公式。(4)基于FWD的沥青路面反算模量及其温度修正研究在实测沥青路面弯沉盆数据的基础上,利用系统识别原理反算沥青路面模量,研究了沥青路面模量与沥青路面温度的关系,进而建立了其温度修正关系。(5)FWD作用下沥青路面动态弯沉有限元分析及其与温度场耦合研究建立了沥青路面叁维有限元模型,在此基础上分别分析了面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量、土基强度以及加载时间对FWD作用下沥青路面动态弯沉的影响。在考虑沥青路面材料参数如路面模量、温缩系数和泊松比等与温度之间函数关系的前提下,建立了沥青路面叁维热—结构耦合有限元模型,在此基础之上分析了沥青路面结构及材料参数对路面弯沉温度修正的影响,最后建立了不同厚度沥青路面动态弯沉的温度修正关系,通过比较发现通过有限元模型建立的温度修正关系与实验结果吻合较好。
张宏朝[4]2003年在《刚性路面和柔性路面的材料性能反演》文中研究指明本文以现代化的路面弯沉检测设备落锤式弯沉仪(FWD)为基础，并结合非线性最小二乘的优化原理，对柔性路面和刚性路面的材料性能进行了反演分析，主要成果如下： 1．以最小二乘的优化原理为基础，开发了最优化分析软件，并结合奇异值分解的基本原理，解决了优化过程中方程组的病态问题，增加了算法的收敛性和稳定性。 2．以最小二乘的优化原理为基础，开发了柔性路面材料性能反分析软件，通过大量的理论和和实际算例验，结果表明，此软件稳定性、收敛性较好，可用于实际柔性路面的性能评价。 3．编制了Winkler地基上多块板的计算程序，并结合最小二乘的优化原理，开发了刚性路面材料性能反分析软件。大量计算结果表明，此软件稳定性、收敛性较好，可用于实际刚性路面的性能评价。 4．将基于最小二乘的优化反演方法应用到实际公路工程中，对柔性路面和刚性路面定性评价。
王振兴[5]2009年在《柔性路面结构层模量动力反分析研究》文中提出自从上世纪七十年代末落锤式弯沉仪应用于路面检测系统以来,利用FWD实测弯沉数据进行路面材料性质反演已成为国内外一大研究热点,在这方面也出了不少的成果。但目前比较成熟的反算方法大多建立在拟静力反算的基础上,这跟FWD所施加的荷载为动力荷载不相符合,同时拟静力方法只用到了FWD所测的各测点最大弯沉及荷载峰值,未能够对FWD所测得的大量的丰富信息加以利用,再者拟静力方法忽略了惯性力和阻尼的影响,加上路面结构材料对时变因素具有相当的敏感性,所以不可避免的会造成与实际状况的不一致。本文针对路面实际受力以及FWD所施加的荷载均为动荷载,根据动力学分析理论,运用有限单元法求解路面结构动力响应,再结合以灵敏度分析为基础的迭代法实现路面结构参数的系统识别,并编制了相应的动态反算程序。通过与其它反算方法的比较,验证方法的正确性和程序可用性,并介绍了其在路面结构性能评价中的应用。本文采用的动态分析法,进行拟动力反演,能够更好的模拟路面结构的实际状态,更充分的利用FWD丰富的时程信息,使FWD在路面评价方面中发挥更充分作用,具有一定的工程应用价值。
伍大玮[6]2004年在《遗传算法在路面结构动态时域反分析中的应用研究》文中研究表明本文针对道路工程中行车荷载是动荷载的客观事实，采用遗传算法对柔性路面结构在FWD荷载作用下的动力问题进行了较为系统的研究。主要内容有： 1、基于层状弹性体系模型，采用Rayleigh阻尼模型对路面结构进行描述。对粘弹性方程采用Wilson法和Newmark法分别进行求解，编制时域动力有限元响应程序，通过算例分析验证正问题程序的正确性； 2、根据系统识别的基本原理，采用遗传算法作为参数调整算法，在时域上进行了反分析，编制了相应的动力反分析程序。文中结合实例，考查了遗传算法的稳定性和收敛性，证明了方法的合理性和有效性。 3、考察遗传算法在多参数优化问题的性能。
梁新政[7]2000年在《路面结构层应力非线性特性反演研究》文中研究说明围绕落锤式弯沉仪（FWD）弯沉检测所开展的路面结构材料特性反演已有20年左右的时间，一些研究成果已在工程中得到日益广泛的应用。但是，现有的反演理论基本上都建立在层状弹性体和拟静力分析方法的基础之上，忽略了路面材料非线性特性及动荷载下的惯性力影响和粘性效应。目前，国际上仍采用多级荷载回归方法近似考虑非线性影响，未能反映非线性的本质，在某些情况下误差较大。采用合理的非线性模型和动力分析方法是路面结构层材料特性反演的必然发展方向。本文采用确定性优化反演方法，对路面结构层材料特性反演进行了系统的研究，主要成果包括： 1、改进了非线性最小二乘优化方法，将其引入到路面结构层材料特性反演分析 中，使收敛稳定性明显提高，收敛速度显着加快； 2、针对不同类型的路面材料，分别选用了考虑应力非线性的体应力模型、k_1～k_3 模型和双线性模型；采用拟静力分析方法，求解了路面结构在FWD峰值荷载 作用下的非线性变形和应力；结合非线性最小二乘优化，提出路面结构层应力 非线性特性的静力反演方法。理论弯沉盆和实测弯沉盆的反演分析表明，本文 的方法结果合理，数值稳定性好，能够较好地解决应力非线性参数的识别问题； 3、引入能够反映不同材料模量随应力状态变化的体应力模型和双线性模型，建立 了路面结构在FWD动荷载作用下的平衡微分方程，并进行了逐步积分求解， 得到了FWD动载下的表面弯沉时程；与非线性最小二乘优化相结合，研究了 结构层应力非线性参数的动态识别方法。实例分析表明，由于同时考虑了应力 非线性特性和动力效应，本文方法给出的反演结果更合理、可靠； 4、在选定的路段上，随着施工的进展，在各层位上分别进行了FWD弯沉检测和 静力线性、非线性及动力线性、非线性材料特性反演。实际应用情况表明，静 力线弹性反分析方法得到的结果在某些情况下明显不合理，而考虑材料应力非 线性和动力效应的反演方法可以给出合理的解答。本文最后还分析了各种方法 的适用性，为实际工程应用提供了借鉴和依据。
孙建兵[8]2002年在《土基模量的非线性反演分析及其应用研究》文中研究表明随着交通事业的发展，人们清楚地认识到，道路网的状况对国民经济的影响是极为重要的，世界各国在道路工程中的投资也越来越多，路网的科学化管理已成为迫切需要和研究热点。科学地管理路面，首先要科学地检测和评价路面，通过定期的检测评定，判断其未来的可能性状，为路面管理系统和养护计划提供必要的技术资料。 为了科学地检测和评价路面，近二十年来，路面无损检测和材料性能反演问题的研究在国际上受到日益广泛的重视。开展路面无损检测与材料性能反演问题研究，将在控制道路施工质量、深入认识路面长期使用性能、改善路面设计、优化道路改造方案及提高路网养护水平等方面具有重大意义。许多国家相继开发出了各种新型检测设备，并建立了较为完善的检测和评价系统。弯沉作为最普遍的路面结构状况评价指标，其检测技术和分析技术发展很快。自1953年发明梁式弯沉仪以来，路面弯沉检测设备已从静力弯沉仪发展到模拟行车荷载作用的落锤式弯沉仪(FWD)，从单点最大弯沉检测发展到对路面弯沉盆的检测。而路面模量反演技术是伴随着FWD的出现而发展起来的。以FWD为代表的最新型的弯沉检测设备以其高速、可靠、无损及信息量丰富等特点，使得直接用测试弯沉反算出路面各结构层模量成为可能，从而可以进一步分析出路面结构的应力应变状态，评价路面的承载能力。因此，路面模量反演技术迅速成为国际上研究与推广的重要内容，并开发出了十几个应用软件和程序。 但是，目前应用较为广泛的路面模量反分析软件基本上都是建立在轴对称层状线弹性体理论基础上的，如Modulus、Modcomp、Wesdef、Sidmod等。这类软件的优势是与目前的设计理论相吻合，并且反演速度非常快；同时，其缺陷也较为明显，即忽略了路面材料的非线性特性，由此将必然产生误差。尤其是在进行土基材料特性反演时，如果忽略其非线性特性，将会导致反算出的土基模量偏大。因此，在进行路面材料尤其是土基材料特性反演时，进一步考虑材料的非线性性质，采用更符合实际路面的力学模型，是路面结构层材料特性反演的必然发展方向。 本文主要针对这一问题，在有限元方法和系统识别原理的基础上，采 用适当的路面力学模型，对基于土基线性考虑的路面结构层模量和土基的 非线性材料特性进行了反演分析，从而进一步对其整个路面系统作出评 价。本文研究工作的主要内容如下： l、介绍了用于计算路面材料非线性变形特性的几种非线性弹性模 型，并对它们的优缺点进行了分析。阐述了在进行土基材料非线性特性反 演时，不同的土基材料所应采用的相应的非线性特性模型。 2、系统介绍了当前一种新型的路基压实作用机械—一蓝派冲击压实 机。它凭借巨大的冲击能量和相当高的行驶速度可获得深层压实效果和极 高的压实效率，在公路、铁路和机场路基处理中得到了日益广泛的应用。 并阐述了冲击式压路机的工作原理和特点。依据冲击式压路机对土基深层 压实的实际作用倩况，引进一种新的反映士基非线性特性的力学模型。 3、在路面材料非线性模型的基础上介绍了非线性有限元的处理方 法，并对四结点、轴对称单元进行了分析，给出了相应的有限元分析方 法。 4、较系统地研究了路面材料性能反演分析的基本方法，主要包括系 统识别方法（SIDMOD）和数据库搜索法（MODULUS）。介绍了这两种方 法的原理和特点，并对这两种方法的优缺点进行了比较分析。本文主要是 在系统识别原理的基础上，完成了土基模量的非线性反演分析。 5、在基于土基线弹性体考虑的基础上，编写了用于计算叁层线弹性 路面结构位移的有限元程序。并将其计算结果同通用程序BISAR计算结 果进行了比较，获得了良好的效果；在系统识别原理的基础上，编写了线 弹性路面结构层模量反算程序。通过大量数值算例，验证了系统识别方法 的稳定性、收敛性和实用性。 6、在基于土基非线性考虑的基础上，结合蓝派冲击压实土基的具体 特点，采用本文的土基非线性模型，编写了用于计算位移的静力非线性有 限元程序。经对比验证，用于计算位移是可靠的；应用系统识别方法，编 写了用于反算土基参数的反算程序。经实例验证，反算结果不受初始值影 响，且反算结果良好。较好地体现了冲击式压路机深层碾压的实际情况。 二 实测弯沉盆和理论弯沉盆的反演分析表明，由于考虑了土基材料的非线性 特性，本文反算出的土基模量分布是合理、可信的。 7、针对蓝派冲击压实问题，基于］’WD实际检测弯沉数据，对其压实 效果进行了评价分析，取得较为理想的效果。
范文孝[9]2002年在《路面材料性能反演方法的研究》文中进行了进一步梳理本文以现代化的路面弯沉检测设备落锤式弯沉仪(FWD)为基础，对现代化的路面承载能力评价方法进行了较为系统的研究，主要研究内容如下： 1．以非线性最小二乘的优化原理为基础，并结合奇异值分解，开发了基于非线性最小二乘的路面模量反演算法。通过大量的理论和试验证明，该算法稳定性好、精度高，收敛速度快，占用机时较少。 2．利用遗传算法具有全局收敛性的特点，开发了基于遗传算法的路面模量反演算法。通过大量的算例证明，该算法稳定性好，计算精度很高。 3．将基于非线性最小二乘的路面模量的反演算法、基于遗传算法的路面模量反演算法以及国际上知名度较高的路面模量反分析软件MODULUS软件这叁个反算程序进行了比较，并分析了它们各自的优缺点，找到了它们各自的适用范围，从而为它们的协同工作奠定了基础。 4．将基于非线性最小二乘的路面模量反演软件应用到工程实际中，对实际路面进行了反分析。
姬亦工[10]2000年在《层状非均质地基及其与多块板相互作用和反分析研究》文中认为本文针对应用落锤式弯沉仪（Falling Weight Deflectometer）评价刚性路面和机场道面这一工程实际问题，根据刚性路面力学模型，提出了层状非均质地基及其与多块板相互作用和反分析的有效方法。 首先，提出应用一次样条半解析法求解非均质平面和空间弹性地基柔度系数，并将一次样条半解析方法与有限元方法耦合应用，在静力下分析了弹性地基与多块板体系的相互作用，求解了Winkler地基、半无限大地基、层状地基叁种弹性地基模型及其上部具有一定传荷效率的铰接板的位移。对于粘弹性地基板动力模型，本文提出了一种简化粘弹性Kelvin地基上多块板的计算方法。而对于粘弹性无限层状地基上多块板，则应用子结构方法，将地基与板分开考虑，在地基动力模型中引入复阻尼理论，求解了粘弹性地基的动力刚度矩阵，并将其耦合到板的动力方程中，进而建立了粘弹性地基上多块板动力分析方法。 然后，将落锤式弯沉仪（FWD）所记录的输入和输出值时程曲线，根据系统识别原理和灵敏度分析理论，建立材料参数的拟静力反演分析方法、频域反演分析方法和时域反演分析方法。数值结果表明，系统识别反分析方法计算过程稳定性好、精度高、收敛快，且在相当大的材料初始模量值范围内有稳定的收敛值。 最后，应用上述理论对刚性路面、机场道面和柔性路面进行评价。可以看出，基于系统识别原理建立的反分析方法，能够有效地确定路面结构的材料参数，是路面无损检测和评价的简便可行方法，为进一步研究柔性路面、刚性路面和机场道面的承载能力评价提供了基础，具有重要的实际应用价值。 本文的工作得到“国家杰出青年科学基金”和“国家教育部跨世纪优秀人才培养研究计划”资助。
参考文献：
[1]. 柔性路面材料性能的动力反演[D]. 王保定. 大连理工大学. 2002
[2]. 刚柔复合式基层沥青路面结构特征与荷载响应分析[D]. 曹明明. 西南交通大学. 2018
[3]. 沥青路面动态弯沉及反算模量的温度修正研究[D]. 郑元勋. 大连理工大学. 2009
[4]. 刚性路面和柔性路面的材料性能反演[D]. 张宏朝. 大连理工大学. 2003
[5]. 柔性路面结构层模量动力反分析研究[D]. 王振兴. 河北工程大学. 2009
[6]. 遗传算法在路面结构动态时域反分析中的应用研究[D]. 伍大玮. 郑州大学. 2004
[7]. 路面结构层应力非线性特性反演研究[D]. 梁新政. 大连理工大学. 2000
[8]. 土基模量的非线性反演分析及其应用研究[D]. 孙建兵. 郑州大学. 2002
[9]. 路面材料性能反演方法的研究[D]. 范文孝. 大连理工大学. 2002
[10]. 层状非均质地基及其与多块板相互作用和反分析研究[D]. 姬亦工. 大连理工大学. 2000
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