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荷载模型及其特性研究

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< 20 40 60 80 100 120 14 0 160 180 200 2 20 240 260 > 280
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1D轴 轮 胎 组( ( 传统胎 传 统 胎 ) 不)同 荷 载 级 别 (kN) 1D轴轮胎组 不同荷载级别 (kN)
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荷载模型及其特性研究
—养护工程中应关注荷载的影响 黄晓明 东南大学交通学院
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主要内容
一、概述 二、交通荷载现状调查 三、交通荷载特性分析 四、荷载作用下应力分析 五、主要结论
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1）美国 2）澳大利亚 3）法国 4）南非
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一、概述
2、荷载统计
调查交通组成（初步设计阶段主要是OD调查） 路面设计车辆（借组初步设计资料，有的甚至反算） 实际交通车辆（十分复杂，按照目前的不敢应用）
2轴
3轴
4轴
5轴
6轴
商用货车及货车列车
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货车列车
二、交通荷载现状调查
不同等级道路上各种车辆的有效ADTT频谱
有效ADTT(辆/日)
9000 7000 5000 3000 1000 -1000 2轴 3轴 4轴 5轴 6轴 货车列车
带 束 层
轮 辋
帘 布 层
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胎 面 胶
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二、交通荷载现状调查 11.00R22.5 425/60R22.5
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S 338 长邯线 S 320 G 310 G 04豫
S2 29 S3 27 S1 04 G1 05 G0 40
S22 4 G30 7 S24 3 G04 豫 G50
0
350
<15 0 200 250 300 35 0
400 450
4 00 450 50 0 550 600 >60 0
3D轴 轮 胎 (传 统 胎 不 同 荷 载 级 别 (kN) 3D轴轮胎组 (组 传统胎 )) 不同荷载级别 (kN)
二、交通荷载现状调查
2D、3D轴载分布
各级轴载(kN)出现的频率/% 各级轴载频率比例 /%
80 70 60 50 40 30 20 10 0 <40 60 80 100 150 200
S215 太洛线 S223 S307 G85 G04粤 S338 长邯线 S320 G04豫 G30 S22 9 S32 7 S10 4 G04 0 G31 0 S224 G307 S243 G50 G105
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一、概述
1、我国沥青路面设计方法
4）1987年柔性路面设计规范
采用三层与多层体系 容许弯沉控制设计，高速公路和一级公路进行弯拉验算 有BZZ-60和BZZ-100两个标准轴载 5）1997规范 取消BZZ-60，修改BZZ-100轴载换算公式 将容许弯沉修改为设计弯沉，层间采用完全连续 调整了弯拉验算结构强度系数，采用劈裂强度 调整了弯沉修正系数F，采用无侧限抗压模量试验 6）2006规范 修正了弯拉验算参数计算要求（均值+λ方差）
L sin ， R L 且 arcsin R
式中：
θ为牵引车转角；
L为挂车长； R弯桥半径；
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三、交通荷载特性分析
驱动轮驱动力 Tt Gt 抵消驱动轮滚 Gs 阻后驱动整车， Fw Ft FP-t FP-s X +Fi X 即驱动力=整 Fw +Fj +Fi 车阻力 +Fj 驱动轮对桥面 FN-t Ftf FF FN-s Fsf Fc 驱切 T-t 切向荷载为： F从-切 Z Z 从动轮滚阻+ 整车(坡阻+风 F驱 , T- T - t sf w i j F从 s sf 切 切 阻+惯阻) 从动轮对桥面 t f wi j 切向荷载为： cos , F从 cos 法 N-法 t N - s F驱 t s 从动轮滚阻
250 300 350
250 300 3 50 4 00 450 500 550
2D轴轮胎组(传统 胎)不同 荷载 级 别(k N) 2D轴轮胎组 (传统胎)不同荷载级别(kN)
80
各级轴载(kN)出现的频率/% 各级轴载频率比例 /%
70 60 50 40 30 20 10
S21 5 太洛线 S22 3 G30 S30 7 G85
路面车辙
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车辙图片
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一、概述
桥面破坏
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一、概述
沥青路面的破坏对应的设计要求
疲劳 开裂 车辙 推挤
汽 车 车 货车 列车 铰接 列车 1S+1D 商用 货车 轴组数 轮组数 铰 接
车 辆
挂
1D+1D
汽车列车
1S+2D+3D
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二、交通荷载现状调查
不同等级道路上各种车辆的有效ADTT频谱
有 效 A DT T( 辆 / 日 )
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一、概述
容许弯沉公式的形成过程 形成弯沉公式时，进行了调斜过程
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一、概述
2、国外沥青路面设计
一、概述
1、我国沥青路面设计方法
1）1958年规范
基本套用原苏联的设计规范《柔性路面设计须知》 调整路面设计的气候分区 2）1961年规范 纠正了原苏联设计方法的错误 采用双层与三层体系计算理论 修订了道路气候分区图 3）1978年规范 建立了我国道路自然区划 建立了双层体系弯沉计算图及综合修正系数公式F 提出了容许弯沉公式及对应的轴载换算
10000 8000 6000 4000 2000 0
S82 G30 G15 G210 G312皖 S316 S107 S215 Z778 泰达 刘江 G3016 S315 G212 G312苏 S237 S302 Z761 Z779 G4豫 G50 G4212 G318 G312豫 S314 S103 Z762 休-景 G040 G15 G50 G318 G312新 S315 S322 Z763 滨河 渝涪 G4粤 高速 G319 S220 S103 S102 Z764 滨海 G85 G4511 G218 G207 S313 S106 S311 Z765 第九
S215 S224 S327 S320 S307 G50 G310 S338 太洛线 G307 S104 G04豫 G85 G105 S2 29 长邯线 S2 23 S2 43 G0 40 G3 0 G0 4粤
各级轴载频率比例 /%
60 50 40 30 20 10
各级轴载(kN)出现的频率/%
0
120 140 160 180 200
G212 G207 G312新
G3国道-商用货车及货车列车
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二、交通荷载现状调查
1S、1D轴载分布
各级轴载(kN)出现的频率/% 各级轴载频率比例 /%
1 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 20 40
二、交通荷载现状调查
δ δ
0.2
0.3
前轮
0.6
δ/2
中后轮
均布荷载
行 车 方 向
沥青路面：双圆均布荷载,δ＝21.3mm； 桥面铺装：矩形均布荷载 前轮：宽0.2m×长0.3m; 后轮：宽0.2m×长0.6m
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3D
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三、交通荷载特性分析
1S+2D/3D型铰接列车
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三、交通荷载特性分析
铰接列车的转弯
荷载模型
路面破坏与设计指标
控制疲劳的指标 应变 应力 弯沉(我国) 控制开裂的指标 应变 应力 控制车辙的指标 RD，土基顶面压应变 控制推挤的指标 剪切应力或剪切应变
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膜结构风荷载的数值模拟研究

膜结构风荷载的数值模拟研究

膜结构风荷载的数值模拟研究一、本文概述本文旨在探讨膜结构风荷载的数值模拟研究，深入解析膜结构在风作用下的动态响应及其优化设计。

风荷载作为影响膜结构性能的关键因素之一，对其进行精确模拟和预测对于确保膜结构的安全性和稳定性具有重要意义。

本文首先将对膜结构风荷载的基本理论进行阐述，包括风荷载的形成机制、影响因素及其计算方法。

随后，将详细介绍数值模拟技术在膜结构风荷载研究中的应用，包括常用的数值模拟方法、模型建立与验证等方面。

在此基础上，本文将深入探讨膜结构风荷载数值模拟的关键技术和挑战，如流动模型的选取、边界条件的设定、湍流模拟的准确性等。

本文还将对膜结构风荷载数值模拟研究的未来发展趋势进行展望，以期为膜结构的设计、施工和维护提供理论支持和实践指导。

二、膜结构风荷载理论基础膜结构作为一种轻质、柔性的建筑结构，其风荷载特性与传统的刚性结构有很大的不同。

膜结构在风荷载作用下的响应是一个复杂的流固耦合问题，涉及空气动力学、结构力学、材料力学等多个学科领域。

因此，研究膜结构风荷载的理论基础，对于准确预测膜结构的风致响应和保证结构的安全性具有重要意义。

风荷载是指作用在建筑物或其他结构上的由风引起的力。

根据风荷载的作用方式和特性，可以将其分为静力风荷载和动力风荷载两类。

静力风荷载是指风对结构产生的平均压力或吸力，而动力风荷载则是由风的脉动性引起的结构上的周期性或非周期性变化的力。

由于膜结构具有轻质、柔性、大跨度等特点，其风荷载特性也表现出一些特殊性。

膜结构对风的敏感性较高，即使是较小的风速变化也可能引起结构的显著响应。

膜结构的风荷载分布不均，不同位置的风压差异较大，这可能导致结构的局部破坏。

膜结构的动力特性使其在风荷载作用下易产生共振现象，从而加剧结构的振动和破坏。

膜结构风荷载的计算方法主要包括经验公式法、风洞试验法和数值模拟法。

经验公式法是基于大量的风洞试验数据和现场观测数据建立的简化计算公式，适用于一般工程应用。

高速列车风荷载与动力学特性研究

高速列车风荷载与动力学特性研究

高速列车风荷载与动力学特性研究近年来，随着高速铁路的不断发展，高速列车作为一种重要的交通工具，受到了越来越多的关注。

然而，高速列车在运行过程中会受到各种外部力的影响，其中风荷载是一个重要的因素。

本文将重点探讨高速列车在风荷载下的动力学特性，以及相关的研究进展。

一、高速列车风荷载的产生原因高速列车在运行过程中会受到两个主要风荷载的作用：迎风荷载和侧风荷载。

迎风荷载即风向与列车运行方向相同，由于列车速度较快，风与列车的相对速度很大，因此产生的迎风荷载也较大。

侧风荷载则是指风向与列车运行方向垂直，由于列车的结构对侧风较敏感，侧风荷载也是一个重要的考虑因素。

高速列车风荷载的产生原因主要有以下几个方面：1. 空气动力学效应：当列车以高速行驶时，空气在列车周围形成了较大的压力差，产生了空气动力学效应，使得列车受到了迎风和侧风的作用。

2. 地理环境因素：列车的运行环境往往会有地理因素的限制，例如高山、大桥等地形，这些地方容易形成风洞效应，进一步增加了列车的风荷载。

3. 气象因素：气象条件也会对列车的风荷载产生一定的影响，例如风速、风向和气压等因素。

二、高速列车风荷载的计算方法高速列车风荷载的计算方法主要分为两种：试验方法和数值模拟方法。

试验方法是通过在真实环境中进行风洞试验或实车试验，测量列车在不同风速下的荷载情况。

而数值模拟方法则是通过建立数学模型和计算流体力学模型，模拟列车在风中的动力学行为，计算出列车的风荷载。

目前，国内外学者已经对高速列车的风荷载进行了大量的研究。

一些研究表明，高速列车的风荷载与列车的速度、形状、尺寸、空气动力学特性和风速等因素密切相关。

因此，在设计和运营高速列车时，需要综合考虑这些因素，以确保列车的安全性和稳定性。

三、高速列车风荷载对列车的影响高速列车风荷载对列车有着重要的影响，不仅会对列车的稳定性和安全性产生影响，还会对列车的动力学特性产生变化。

1. 列车的稳定性：高速列车在风荷载下容易出现摇晃、晃动等稳定性问题，尤其是在遇到侧风时更加明显。

预应力锚索锚固荷载的变化规律及预测模型

预应力锚索锚固荷载的变化规律及预测模型


2、应力峰值与锚固长度有关
预应力锚索锚固段的应力峰值与锚固长度有着密切的关系。在一定范围内， 随着锚固长度的增加，应力峰值会减小。这是因为随着锚固长度的增加，锚固段 可以更好地分散承载，从而降低了应力峰值。但当锚固长度过长时，应力峰值反 而会增大，这是因为过长的锚固段会导致约束增大，限制了中间部分的自由伸缩。
预应力锚索锚固荷载的变化规律
1、温度影响
预应力锚索锚固荷载在不同温度下会产生不同的变化。一般来说，随着温度 的升高，锚固荷载会略有降低，这主要是因为高温会导致混凝土徐变和蠕变增加， 从而影响锚固效果。相反，随着温度的降低，锚固荷载会有所增加，这可能与低 温下混凝土的收缩和冷缩减小有关。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、湿度影响
在预应力锚索中，锚固段的应力分布受到多种因素的影响，如材料性质、锚 固长度、锚固方式等。通过理论分析和实践应用，我们可以得出以下规律：
1、应力分布不均匀
预应力锚索锚固段的应力分布并不均匀，呈现两端高、中间低的趋势。这是 由于锚固段的两端受到约束，无法自由伸缩，而中间部分则可以自由伸缩，因此 应力相对较低。这种现象在工程实践中得到了验证，如桥梁工程中的体外预应力 锚索，其锚固段的应力分布也呈现出类似的规律。
1、实验方案
为了验证预测模型的准确性和实用性，设计了一系列实验进行测试。实验中， 对预应力锚索进行加载，并实时记录锚固荷载的变化。同时，通过控制变量法， 分别考察不同因素（温度、湿度、时间、预应力等）对锚固荷载的影响。
2、实验数据采集
在实验过程中，对预应力锚索的锚固荷载进行了实时监测和记录。在不同因 素条件下，收集了大量的数据。
3、实验结果分析
通过对实验数据的分析，发现预测模型能够较准确地预测不同因素条件下预 应力锚索锚固荷载的变化。模型的预测结果与实际测试数据的误差较小，具有较 高的实用价值。
爆炸荷载的特点及简化分析方法

爆炸荷载的特点及简化分析方法


爆炸荷载分析研究进展
试验法
Sasani 和 Sagiroglu对圣地亚哥的一家宾馆进行了实体爆 炸试验。
整体结构 的研究
试验表明在爆炸冲击波作用下，钢筋混凝土梁发生快速弯 曲，后面板出现拉裂缝，前面板出现压裂缝。同时，由于自由 表面(后表面)产生的反射拉伸波，梁的后表面发生了散裂。随 着爆炸质量的增加，钢筋混凝土梁的破坏模式由整体弯曲断裂 向塑性铰裂破坏、严重剥落剥落转变。
爆炸荷载分析研究进展
试验法
结构构件 的研究
Zhang 等对 ＲC 梁在近爆情况下的 破坏特性进行了试验研究，并研究 了不同比例爆距下 ＲC 梁的破坏形 态和损伤程度。 试验表明在爆炸冲击波作用下，钢 筋混凝土梁发生快速弯曲，后面板 出现拉裂缝，前面板出现压裂缝。 同时，由于自由表面(后表面)产生 的反射拉伸波，梁的后表面发生了 散裂。随着爆炸质量的增加，钢筋 混凝土梁的破坏模式由整体弯曲断 裂向塑性铰裂破坏、严重剥落剥落 转变。
载、等效屈服抗力等物理量。
构建一个等效的单自由度结构体系，用于计算原结构构件
在动力荷载作用下的最大位移响应。
爆炸荷载分析研究进展
解析法
等效单自由度法计算模型
ME(t) 、KE(t) 、PE(t)——分别为等效质量、等效刚度、等效荷载
爆炸荷载分析研究进展
解析法
模态近 似法
最早由Martin和Symonds提出 假定爆炸荷载作用下结构构件的变形遵循一定的规律
案例分析
2015年8月12日，位于天津 市滨海新区天津港的瑞海公司 危险品仓库发生火灾爆炸事故， 造成165人遇难、8人失踪，798 人受伤（伤情重及较重的伤员 58人、轻伤员740人），304幢 建筑物、12428辆商品汽车、 7533个集装箱受损。截至2015 年12月10日，直接经济损失 68.66亿元。