路桥过渡段车路动力学分析及容许差异沉降研究

路桥过渡段容许差异沉降的确定是预防桥头跳车的一个关键问题，但这方面国内外理论研究成果均很少。因此，美国NCHRP关于桥头跳车的最新专题报告把该研究作为桥头跳车沉降方面未来五个主要研究方向之一。本文通过拉普拉斯变换对设和不设搭板路桥过渡段的容许差异沉降进行了系统研究。 论文根据路桥过渡段的实际差异沉降图式分别确定了不设和设搭板的路桥过渡段计算模型，根据对行车舒适性和安全性的影响，把容许台阶高度和搭板容许纵坡变化值分别作为不设和设搭板路桥过渡段的容许差异沉降控制指标。采用三自由度和五自由度体系作为车辆(包括人)模型，认为车辆通过路桥过渡段实际上做一定初始条件下的受迫振动，并给出了振动方程。由于该振动是持续时间很短的瞬态振动，振动舒适性指标采用人的加速度最大瞬态振动值MTVV，它也为桥头跳车严重与否的衡量标准。另外，车辆采用两自由度体系模型，路桥过渡段采用台阶模型，经与特征方程法相对照，证明拉氏变换法可用于车辆通过路桥过渡段动力响应分析。分上桥和下桥两种情况，考虑车路耦合和桥面沉降坡差的影响，对车辆通过设和不设搭板的路桥过渡段时“人—车—路”系统的相互作用用拉普拉斯变换法进行了动力响应分析，得到了人的加速度及路面对车的垂直作用力随时间的变化曲线、人的加速度最大瞬态振动值和路面对车的最大作用力，分析了车辆的行进方向、速度和载重，桥面沉降坡差和搭板长度等车和路各参数对计算结果的影响，并编制了相应的计算程序。以车辆通过路桥过渡段时动力响应分析结果为基础，提出了路桥过渡段容许差异沉降及工后沉降的确定方法。为了考虑车路耦合对路桥过渡段容许差异沉降确定的影响，本文将柔性路面视作粘弹性体层状体系，采用修正的平面应变模型，将移动的车辆荷载用傅立叶级数展开，用传递矩阵配拉氏变换和傅立叶变换法进行了移动荷载作用下柔性路面动力响应分析，并用模型试验证明了理论分析结果的正确性。