重載車輛對路面的動荷沖擊作用分析

李曉娜，李云濤

(1.長沙理工大學;2.廣西交通科學研究院)

近年來，隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，道路交通行業(yè)亦得到了迅猛發(fā)展，道路交通運輸行業(yè)出現(xiàn)了運量大、超載超限車輛多、車速偏高等的現(xiàn)象，嚴重影響了公路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的安全運營和長期性能。因此，車輛荷載作用下地面結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)及其結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，已受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。在車輛—地面結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)動力學的研究中，首先需要對車輛荷載特性進行研究。目前，常用的車輛荷載主要有動力荷載、移動恒載、隨機移動荷載等三種形式。后兩種動荷形式固然有接近實際車輛—路面作用的優(yōu)越性，但卻增加了問題的復(fù)雜性。實際上，不平整地面結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載具有大小、空間、時間上非均勻的隨機特征。

國外有試驗實測認為，交通荷載作用下地基的豎向土壓力變化波形可采用半波正弦曲線來描述。然而，前人研究采用的車速普遍較低，大大低于等級公路的常見車速，且對車速、不平整、重載等多因素交互作用下的動載研究不夠。因此，將路面平整度進行特征值簡化，采用常用的1/4車輛模型，通過振動方程求解建立車輛動荷載模型，分析路面載重因素對其影響規(guī)律。

1 車輛動荷作用模型的建立

依據(jù)文獻，將車輛簡化為雙自由度的1/4車輛模型，見圖1，分別考察車輛在不同載重條件下的動荷系數(shù)。路面平整度以簡化后的正弦波波長和波幅為表征指標。

圖1 1/4車輛模型

其中m1為非懸掛系統(tǒng)質(zhì)量，包括輪圈、輪胎、輪軸等;m2為懸掛系統(tǒng)質(zhì)量，包括車廂、載重等;k1為輪胎剛度系數(shù);k2為懸掛系剛度系數(shù);c1為輪胎阻尼系數(shù);c2為懸掛系緩沖器阻尼系數(shù);y1為下自由度垂直絕對位移;y2為上自由度垂直絕對位移;y0為路面不平度激勵。根據(jù)達朗貝爾原理，二自由度車輛模型的振動微分方程為

式中：g為重力常數(shù);pd(t)為車輛附加動荷載。

2 不同載重條件對車輛動載的影響

重點考慮重載的影響，通過動載系數(shù)表達重載車輛行駛于不平整路面帶來的沖擊破壞作用。車輛滿載m1=550 kg，m2=4 450 kg，超載率是在滿載的基礎(chǔ)上計算。為研究高速與重載的相互作用下的車輛動載，取車速恒為100 km/h。表征路面平整度的波長λ依次取1 m、10 m、30 m、40 m，波幅h依次取0.002 m、0.005 m、0.01 m、0.02 m。其他參數(shù)取值見表1。

表1 1/4車輛模型參數(shù)

圖2是由式(2)計算得到以載重為自變量時的最大動荷系數(shù)。從圖2中可以看出，不同平整度條件下，車輛的最大動荷載系數(shù)在不同的超載率范圍內(nèi)變化趨勢不盡相同。但可以明顯看出，波幅越大(路面平整度越差)，車輛動荷載系數(shù)越大。在圖(a)～(c)中，曲線整體呈遞減趨勢，雖然在超載很嚴重(超載率為50% ～100%)的情況下，(a)、(b)兩圖的最大動荷系數(shù)普遍偏小，均在1.16以下。究其原因，這應(yīng)該是路面平整度狀況、車輛行駛速度及載重狀態(tài)等多因素交互作用的結(jié)果。

更有意思的是，(c)、(d)兩圖的曲線峰值接近(1.75左右)，然而曲線形狀卻差異很大。(c)的曲線走向接近指數(shù)函數(shù)曲線形式，在超載率為0時(即滿載，無超載的情況)出現(xiàn)峰值;而(d)呈現(xiàn)出開口向下的拋物線形式，在超載率約70%的情況下出現(xiàn)峰值。對比4幅圖，如果以波長為自變量來考慮，4幅圖的曲線有整體從短波長向長波長平移的趨勢。這是因為，實際行駛的車輛在受到隨機的路面平整度因素影響的同時，還受到車輛自身懸掛系統(tǒng)和非懸掛系統(tǒng)振動的自振頻率及其與路面的共振的影響。平整度、車速、載重各參數(shù)在變化時，這個復(fù)雜的振動系統(tǒng)將重新調(diào)整振動狀態(tài)，表現(xiàn)為不同的動載作用和峰值范圍。

根據(jù)鄧學鈞等人的研究，單因素條件下最大動荷載系數(shù)與車速呈正相關(guān)關(guān)系，即載重狀態(tài)和路面平整度條件一定時，車輛行駛速度越快，對路面產(chǎn)生的動荷沖擊作用越強烈;而載重與最大動荷系數(shù)呈負相關(guān)關(guān)系，即車輛行駛速度和路

③回填壓腳。為提高滑坡西側(cè)段坡體的穩(wěn)定性，減少抗滑樁數(shù)量，對該段坡腳采取了回填壓腳措施，并壓實?；靥罡叨戎谅坊O(shè)計標高(約340 m)，邊部以1∶1.5填方坡率放坡至地面，具體可根據(jù)現(xiàn)場地形地物情況進行調(diào)整。回填壓腳用料可采用上部滑坡體削方產(chǎn)生的土石方，減少廢方。

④綜合治水。鑒于本滑坡穩(wěn)定性對水相當敏感，本次治理設(shè)計將治水作為一個重點項目。

為防止在雨季地下水含量提高而軟化滑動帶，提高滑動帶強度，在二級平臺位置內(nèi)側(cè)起往上1 m位置設(shè)置一排仰斜排水孔。仰斜排水孔橫向間距5 m，孔徑110 mm，仰角5°，每孔深25 m?？變?nèi)安放直徑為90 mm的PVC花管。同時在二級平臺內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝，仰斜排水孔排水至該排水溝內(nèi)。排水溝通過引水溝接入路基排水系統(tǒng)。

首先，可以王國維詞學為突破口，梳理圍繞《人間詞話》所展開的詞體美學方面的闡發(fā)和論爭，以其接受史研究展現(xiàn)現(xiàn)代詞學家有關(guān)詞體美學觀念的分歧，以及背后的學術(shù)淵源。王國維以“境界”為中心，開創(chuàng)新的詞學批評范式③。關(guān)于王國維的境界說歷來爭論不斷，我們可以此為切入點考察現(xiàn)代詞學家的境界觀。例如繆鉞、浦江清對王國維“境界”的闡發(fā)，任訪秋、朱光潛的新解，唐圭璋、夏承燾、詹安泰的質(zhì)疑，以及顧隨在其基礎(chǔ)上所提出的“高致”說等，以此呈現(xiàn)在現(xiàn)代文論的發(fā)展場域中，持不同文學觀念的學人對于境界乃至詞體美感特質(zhì)理解的差異性，反顧現(xiàn)代美學觀念在詞學話語中的多種面相。

按平面圖所示位置結(jié)合實際地形在滑坡周界外5～50 m外修建截水溝，以便將滑坡體以外的水盡快排出，防止地表水進入滑體內(nèi)而惡化滑坡穩(wěn)定性。

⑤夯填裂縫?；w后緣的凹槽、滑體上的裂縫以及滑體后緣的裂縫需開挖后再用粘土進行夯填，夯填要密實。不得使滑體后壁處形成臨空面。

⑥路基恢復(fù)?？够瑯妒┕ね戤呍龠M行滑體前緣路基形態(tài)的恢復(fù)。且路基恢復(fù)時，在挖至路床底部標高后，再往下反開挖2.0m，對開挖面進行沖擊碾壓處理后再進行回填，以確保壓實度滿足規(guī)范要求，同時以避免開挖滑體前緣引起滑體復(fù)活。

(2)圓形截面抗滑樁分項設(shè)計。圓形截面抗滑樁均采用鉆孔灌注樁。

第一級圓形截面抗滑樁編號為Y1型抗滑樁，布置在滑坡體中部。在抗滑樁樁型上擬采用直徑1.5 m的鉆孔樁。樁心間距2.5 m(沿路線走向方向38.65°)。樁長9～16 m，主滑斷面處采用16 m樁長，往滑體兩側(cè)逐漸減小樁長。樁深入中風化砂巖深度須達到總樁長的1/2。

第二級圓形截面抗滑樁編號為Y2型抗滑樁，布置于路塹邊坡一級平臺，根據(jù)計算結(jié)果，抗滑樁擬采用直徑1.5 m的鉆孔樁，分兩排布置。每排樁樁心間距3.65～4.15 m(沿路線走向方向 38.65°)，排距 3.0 m(沿滑坡主軸方向153.35°)。樁長18～25 m，在主滑斷面處采用 25 m 樁長，往滑體兩側(cè)逐漸減小樁長。樁深入滑面以下深度須達到總樁長的1/2。

抗滑樁均采用C30混凝土澆筑。

抗滑樁按抗彎構(gòu)件進行設(shè)計。

①Y1圓形截面抗滑樁設(shè)計(第一級抗滑樁，布置于滑體中部位置)

a設(shè)計基本參數(shù)

樁長h=16 m;受荷段h1=8 m;錨固段總長h2=8 m。樁截面：圓樁，直徑1.5 m，沿路線走向方向樁心間距2.5 m。

地基系數(shù) K=0.4×106kPa/m。

樁身混凝土強度等級：C30。

b樁身內(nèi)力計算

采用抗滑樁計算程序進行樁身內(nèi)力計算。

樁身最大剪力 Qmax=3 375 kN;最大彎矩 Mmax=10 069 kN·m。按彎矩、剪力進行縱筋、箍筋配筋。

②Y2圓形截面抗滑樁設(shè)計(第二級抗滑樁，布置于路塹邊坡一級平臺)

a設(shè)計基本參數(shù)

樁長h=25 m;受荷段h1=12.5 m;錨固段總長 h2=12.5 m。樁截面：圓樁，直徑1.5 m。分兩排布置。每排樁沿路線走向方向樁間距3.65～4.15 m，沿滑坡主軸方向的排距為3.0 m。地基系數(shù)K=0.12×106kPa/m。樁身混凝土強度等級：C30。

③樁身內(nèi)力計算。采用抗滑樁計算程序進行樁身內(nèi)力計算。

樁身最大剪力 Qmax=3 135 kN;最大彎矩 Mmax=14 368 kN·m。按彎矩、剪力進行縱筋、箍筋配筋。

高速公路滑坡防治需要全面考慮，在進行設(shè)計時應(yīng)貫徹以下原則：(1)充分考慮滑坡的變形破壞機制，力求對癥下藥，安全有效;(2)滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)體與防護工程結(jié)構(gòu)最佳配合;(3)技術(shù)可行，經(jīng)濟合理，施工較方便;(4)地形設(shè)計、地質(zhì)設(shè)計與生態(tài)設(shè)計三者相結(jié)合。

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［1］公路路基設(shè)計規(guī)范(JTG D30-2004)［S］.

［2］建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范(GB50330-2002)［S］.

［3］混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002)［S］.

［4］地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范(DB50/5029-2004)［S］.