鐘 莉，冷艷杰，馬懷發(fā)

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 北京中水科總公司，北京 100048 2.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038 3.中國水利水電科學(xué)研究院 工程抗震研究中心，北京 100048）

1 研究背景

在公路上行駛的重型車輛作用于路基，形成了車輛-地面結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)[1-3]。由于路面不平整，行車速度的變化，車輛對(duì)路面的作用力不再是常量[4-6]。車輛速度加快、使得車輛的振動(dòng)加劇，動(dòng)載增大。重型車輛高速行駛從高架渡槽下公路通過，其動(dòng)力作用通過路基傳播到上面的渡槽結(jié)構(gòu)，由此形成車輛、地基再到結(jié)構(gòu)的相互作用的動(dòng)力系統(tǒng)。車輛-地基-渡槽結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)系統(tǒng)影響因素應(yīng)考慮到路基的動(dòng)力特性、公路路面平整度、車輛行駛速度以及車輛荷載的周期性等因素[7-8]。

車輛-地面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)系統(tǒng)的研究成果較多，也不乏大型渡槽結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性分析研究的成果[9-14]。現(xiàn)行《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)不同類別渡槽抗震設(shè)計(jì)也作了明確規(guī)定。但將車輛-路基-渡槽作為一個(gè)整體動(dòng)力系統(tǒng)，考慮在高架渡槽跨下高速公路上行駛車輛動(dòng)力響應(yīng)的定量分析并不多見。本文研究作為擬建的橫穿寧夏扶貧揚(yáng)黃灌溉一期固海擴(kuò)灌工程?hào)|線干渠壩子頭1#高架渡槽下公路前期論證工作的一部分，對(duì)其高架渡槽跨下公路行駛車輛動(dòng)力系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析研究[15]。這項(xiàng)研究采用有限元法，建立道路、地基和渡槽為主體的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值分析模型，分析了正常工況下，即在平整道路上測試不同車速、不同噸位的車輛通行對(duì)渡槽所產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，同時(shí)研究多車串行、會(huì)車等工況以及在突發(fā)工況如道路塌陷，偶遇障礙物等對(duì)渡槽的荷載沖擊作用。通過數(shù)值模擬論證評(píng)價(jià)不同工況下渡槽結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

2 車輛-地基-渡槽結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的有限元模型

2.1 幾何造型及其單元剖分?jǐn)?shù)值模型采用“白土崗子至天元水泥熟料廠道路一階段施工圖設(shè)計(jì)”[16]中路線縱斷面圖里程樁號(hào)從K1+483至K1+583，共100 m；“寧夏扶貧揚(yáng)黃灌溉一期固海擴(kuò)灌灌區(qū)一干渠工程壩子頭1#渡槽技施階段設(shè)計(jì)圖”[17-19]中壩子頭1#渡槽布置圖（一）樁號(hào)從0+542.5至0+641.5，共99 m。

圖1 車輛-地基-渡槽結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算模型

以道路穿過的拱跨及渡槽為主要分析對(duì)象進(jìn)行數(shù)值計(jì)算模擬。空間范圍以擬建道路及其穿越的拱肋為中心，沿渡槽軸線向兩側(cè)各取半跨作為計(jì)算模型的側(cè)面邊界。沿?cái)M建道路方向取100 m，沿渡槽方向取99 m（兩跨距離），基礎(chǔ)深度取36.5 m。拱凈空高度12.4 m，跨度44.6 m，如圖1（a）所示。道路在模型中設(shè)置兩條：一條為設(shè)計(jì)道路（擬建道路）（從渡槽下穿過），路面寬12 m，路基寬15 m，路基厚1.4 m，兩側(cè)設(shè)1.5 m路肩，四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。另一條為了現(xiàn)場測試臨時(shí)鋪設(shè)的平行于渡槽道路，本文稱為試驗(yàn)道路，路面寬12 m。

模型包含5種主要的模擬對(duì)象：渡槽體、拱跨及立柱、支墩、地基和道路。在中墩墩身連接拱肋和排架處局部剖分四面體網(wǎng)格，在墩身外與壤土銜接處局部剖分四面體網(wǎng)格；中墩剖分規(guī)則的六面體網(wǎng)格，其余部位均剖分六面體網(wǎng)格。周邊、底部切割邊界和目標(biāo)拱兩側(cè)拱頂切割部分施加黏彈性人工邊界[20]。如圖1（b）所示，整個(gè)系統(tǒng)共有四面體單元9020個(gè)，六面體單元41 950個(gè)，單元結(jié)點(diǎn)59 411個(gè)，自由度178 233個(gè)。

2.2 地基及渡槽結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

（1）肋拱、肋拱聯(lián)系梁為C25混凝土現(xiàn)澆；槽殼、拉梁為C25混凝土預(yù)制；拱上排架、排架橫梁為C20混凝土現(xiàn)澆；墩頭、墩身、底座為C20混凝土現(xiàn)澆；（2）路面（10cm厚砂石）、路基（砂礫填筑，重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)）；（3）地基底層為砂質(zhì)泥巖；地基表層為砂壤土。表1和表2中的彈性模量均為靜態(tài)彈性模量。在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)，混凝土的動(dòng)彈性模量為其靜彈性模量的1.3倍。

表2 巖石的彈性特征值（實(shí)驗(yàn)室值）[21-24]

2.3 車輛荷載模擬方法及相關(guān)參數(shù)采用“移動(dòng)確定荷載法”來模擬道路行車對(duì)地面的作用力，“移動(dòng)確定荷載法”假設(shè)路面不平整是一個(gè)確定函數(shù)而不是隨機(jī)過程，在考慮車輛自重作用的同時(shí)，還考慮了路面不平整引起的附加動(dòng)荷載。由于實(shí)際車輛尺寸相對(duì)于計(jì)算范圍來說比較小，采用移動(dòng)面載荷和移動(dòng)線載荷都要求比較密的網(wǎng)格，都不適合本計(jì)算，因此在網(wǎng)格剖分規(guī)模有限的情況下，采用移動(dòng)點(diǎn)載荷來模擬車輛荷載。

移動(dòng)點(diǎn)載荷計(jì)算公式[8]：移動(dòng)點(diǎn)載荷P(t)=P0+Pd(t)，其中P0為車輛總重量，某時(shí)刻車輛附加動(dòng)荷載其中M0為車輛簧下質(zhì)量，取車輛總重量的20%。a為路面幾何不平順矢高（平整度），V為行車速度，L為幾何曲線波長。

3 車輛-地基-渡槽結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值模擬

首先采用上述模型計(jì)算行駛在道路上的車輛不同工況下的動(dòng)力響應(yīng)。用得到的渡槽以及拱跨立柱等各位置的響應(yīng)曲線，通過與現(xiàn)場動(dòng)力試驗(yàn)測試結(jié)果驗(yàn)證，以率定數(shù)值模型參數(shù)。再進(jìn)行擬建道路上行駛車輛的動(dòng)力響應(yīng)模擬，得到渡槽結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力包絡(luò)等，并對(duì)渡槽的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。車輛行駛現(xiàn)場模擬測試數(shù)據(jù)引自槽下道路車載對(duì)壩子頭1#渡槽安全穩(wěn)定性影響分析評(píng)價(jià)的研究報(bào)告[9]，這里不再贅述。

圖2 現(xiàn)場測試車輛的輪距及軸距（單位：m）

圖3 渡槽編號(hào)

3.1 數(shù)值模型試驗(yàn)測試驗(yàn)證現(xiàn)場動(dòng)力試驗(yàn)車輛型號(hào)為東風(fēng)大力神，軸距3800+1450 mm，車身長L為8.45 m，輪距前輪2040 mm，后輪1850 mm，整車重量11 910 kg。前輪著地寬度及長度0.3 m×0.2 m，中后輪著地寬度及長度0.6 m×0.2 m，如圖2。試驗(yàn)時(shí)渡槽內(nèi)水深1.5 m。由于渡槽寬度與其槽內(nèi)水深之比為2.67，可以保守近似地采用附加質(zhì)量來考慮水體動(dòng)力效應(yīng)。

數(shù)值模擬在試驗(yàn)道路上的單向單車行駛、單向三車串行、路面起伏（路面塌陷）、急剎車（車輛緊急制動(dòng)）以及拱下沖擊路面（筑路施工時(shí)擊實(shí)路面）工況。

為了便于標(biāo)識(shí)和對(duì)比計(jì)算結(jié)果，對(duì)渡槽進(jìn)行編號(hào)，如圖3所示。渡槽編號(hào)與渡槽現(xiàn)場測點(diǎn)的加速度傳感器的編號(hào)也標(biāo)在該圖中，即對(duì)應(yīng)測點(diǎn)7、8、9、10與渡槽編號(hào)2、3、7、5對(duì)應(yīng)，標(biāo)記為7（2）、8（3）、9（7）和10（5）?，F(xiàn)場測點(diǎn)的加速度及位移傳感器布置如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場測點(diǎn)的加速度及位移傳感器布置

3.1.1 單向行車模擬 在試驗(yàn)路面上單向行車的網(wǎng)格如圖5所示。行車方向上網(wǎng)格平均尺寸為2.0 m，另一方向上網(wǎng)格尺寸為2.0 m。所以沿行車方向可以取兩個(gè)網(wǎng)格，另一個(gè)方向取一個(gè)網(wǎng)格來近似施加車輛荷載。另外，根據(jù)前后輪實(shí)際對(duì)地面作用力大小不同，這里假定前輪作用總荷載的五分之一，后輪承受五分之四的荷載。試驗(yàn)車總重量60 t，車速60 km/h。M0為5.0 kN·s2/m，道路平整度a為0.0264 m。試驗(yàn)時(shí)渡槽內(nèi)水深1.5 m。動(dòng)載幅值A(chǔ)為20.27 kN，則動(dòng)載系數(shù)為0.034。模擬計(jì)算行車時(shí)間6s，時(shí)間步長取0.01 s。

圖5 單向行車模型

在單向單車以60 km/h車速行使工況，數(shù)值計(jì)算得到順槽向渡槽最大加速度為2.91 gal，發(fā)生位置在渡槽6上，發(fā)生時(shí)間為0.15 s；橫槽向渡槽最大加速度為0.87 gal，發(fā)生位置在渡槽5上，發(fā)生時(shí)間為0.20 s；豎直向渡槽最大加速度為3.22 gal，發(fā)生位置在渡槽4上，發(fā)生時(shí)間為0.15 s。渡槽最大合加速度為3.81 gal，發(fā)生位置在渡槽5上，發(fā)生時(shí)間為0.15 s。

表3列出了渡槽各測點(diǎn)三個(gè)方向上的最大加速度分量值計(jì)算值和實(shí)測結(jié)果。從表3數(shù)據(jù)可看出，其振動(dòng)最大加速度的計(jì)算值和實(shí)測值均處于幾伽、或幾微米的數(shù)量級(jí)，計(jì)算值與實(shí)測結(jié)果基本一致。在順槽向和豎向加速度分量計(jì)算值與實(shí)測值更接近。

3.1.2 三車串行模擬 三輛車順序行駛，車距保持100 m。第一輛車從起點(diǎn)行駛到模型邊緣處停止，接著第二輛車從起點(diǎn)行駛，到模型邊緣處也停止，最后第三輛車開始行駛。試驗(yàn)車總重量60 t，車速60 km/h。總計(jì)算時(shí)長為18 s。

計(jì)算得到各渡槽間三個(gè)方向上的加速度以及總加速度時(shí)程。順槽向渡槽最大加速度為5.82 gal，發(fā)生位置在渡槽6上，發(fā)生時(shí)間為0.15 s；橫槽向渡槽最大加速度為2.27 gal，發(fā)生位置在渡槽7上，發(fā)生時(shí)間為12.25 s；豎直向渡槽最大加速度為6.43 gal，發(fā)生位置在渡槽4上，發(fā)生時(shí)間為0.15 s。渡槽總最大加速度為7.62 gal，發(fā)生位置在渡槽5上，發(fā)生時(shí)間為0.15 s。

在表4列出了三輛車以60 km/h車速前后順序行駛，渡槽各測點(diǎn)三個(gè)方向上的最大加速度分量值計(jì)算值和實(shí)測結(jié)果。從表4數(shù)據(jù)可看出，在測點(diǎn)7（2）、9（7）和10（5）在順槽向和豎向的三個(gè)加速度分量的計(jì)算值與實(shí)測值大小非常接近。

3.1.3 起伏路行車模擬 公路路面承受著由車輛行駛引起的移動(dòng)荷載，如果路面絕對(duì)平整，車輛在路面上行駛時(shí)，車輛在豎直方向上將不產(chǎn)生振動(dòng)，也就不產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷。實(shí)際路面存在大大小小的起伏，或由路面塌陷，車輛對(duì)路面的動(dòng)載荷與路面起伏狀況相關(guān)。路面起伏或由路面塌陷的情況，試驗(yàn)車總重量60 t，車速20 km/h，在圖5所示的拱跨下方設(shè)置局部路段為路面起伏路況，總計(jì)算時(shí)長為6 s。

表3 單車60km/h車速各測點(diǎn)振動(dòng)最大加速度 （單位：gal）

表4 三車60km/h車速各測點(diǎn)振動(dòng)最大加速度 （單位：gal）

計(jì)算得到順槽向渡槽最大加速度為3.64 gal，發(fā)生位置在渡槽3上，發(fā)生時(shí)間為0.05 s；橫槽向渡槽最大加速度為5.48 gal，發(fā)生位置在渡槽1上，發(fā)生時(shí)間為0.1 s；豎直向渡槽最大加速度為5.52 gal，發(fā)生位置在渡槽1上，發(fā)生時(shí)間為0.1 s。渡槽總最大加速度為7.80 gal，發(fā)生位置在渡槽1上，發(fā)生時(shí)間為0.1s。

在表5列出了以20 km/h車速在起伏路上行駛，渡槽各測點(diǎn)最大加速度分量值計(jì)算值和實(shí)測結(jié)果。在測點(diǎn)7（2）、9（7）和10（5）的三個(gè)加速度分量的計(jì)算值與實(shí)測值大小非常接近。

表5 路面起伏各測點(diǎn)振動(dòng)最大加速度 （單位：gal）

3.1.4 急剎車模擬 急剎車（車輛緊急制動(dòng)）工況，試驗(yàn)車總重量60 t，車速50 km/h，不平整度為0.0264 m，總計(jì)算時(shí)長為6 s。計(jì)算得到動(dòng)載幅值A(chǔ)=14 079 N，相應(yīng)的動(dòng)載系數(shù)為0.023。

如圖6所示，時(shí)速50 km/h的車輛從A點(diǎn)位置開始剎車，到B點(diǎn)位置停止，剎車用時(shí)3 s。相應(yīng)剎車時(shí)的加速度為4.63 m/s2，則在車行進(jìn)方向上施加剎車慣性力為277.8 kN。

在重型車輛急剎車時(shí)，順槽向渡槽最大加速度為6.17 gal，發(fā)生位置在渡槽6上，發(fā)生時(shí)間為2.25 s；橫槽向渡槽最大加速度為1.80 gal，發(fā)生位置在渡槽4上，發(fā)生時(shí)間為2.20 s；豎直向渡槽最大加速度為4.56 gal，發(fā)生位置在渡槽4上，發(fā)生時(shí)間為2.25s。渡槽總最大加速度為6.71 gal，發(fā)生位置在渡槽5上，發(fā)生時(shí)間為2.25s。由表6給出的剎車所產(chǎn)生的振動(dòng)最大加速度的實(shí)測值和計(jì)算值可以看出，計(jì)算值與實(shí)測值基本一致。

表6 急剎車工況各測點(diǎn)振動(dòng)最大加速度 （單位：gal）

3.1.5 拱下路面沖擊模擬 拱下沖擊路面（筑路施工時(shí)擊實(shí)路面）工況，其計(jì)算模型及參數(shù)如圖7所示，在撞擊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位置上施加沖擊荷載作用（通過分析現(xiàn)場測試結(jié)果，在該點(diǎn)撞擊時(shí)，上部渡槽結(jié)構(gòu)的反應(yīng)最大）。通過挖掘機(jī)鏟撞擊地面施加沖擊荷載即脈沖荷載，撞擊持續(xù)時(shí)間0.03 s，隔3 s再撞擊一次，總計(jì)算時(shí)長為6 s，在脈沖荷載作用期間計(jì)算時(shí)間步長取0.005 s，其余取0.01 s。

圖7 拱下沖擊路面工況

脈沖荷載的峰值FP根據(jù)現(xiàn)場測試響應(yīng)結(jié)果反推率定。經(jīng)反復(fù)試算該值取為4600 kN。

順槽向渡槽最大加速度為37.5 gal，發(fā)生位置在渡槽3上，發(fā)生時(shí)間為3.01s；橫槽向渡槽最大加速度為13.8gal，發(fā)生位置在渡槽2上，發(fā)生時(shí)間為3.01s；豎直向渡槽最大加速度為23.3gal，發(fā)生位置在渡槽2上，發(fā)生時(shí)間為3.01 s。渡槽最大合加速度為37.7gal，發(fā)生位置在渡槽3上，發(fā)生時(shí)間為3.01s。振動(dòng)最大加速度的實(shí)測值和計(jì)算數(shù)值在表7給出。除了渡槽8（3）外，其他測點(diǎn)其振動(dòng)最大加速度的計(jì)算值與實(shí)測結(jié)果基本一致。

表7 拱下沖擊路面各測點(diǎn)振動(dòng)最大加速度 （單位：gal）

3.1.6 數(shù)值計(jì)算與實(shí)測結(jié)果對(duì)比分析 從表7可看出，各測點(diǎn)振動(dòng)最大加速度的實(shí)測值與其相對(duì)應(yīng)的計(jì)算值均處于幾伽的數(shù)量級(jí)，在各工況中各測點(diǎn)在順槽向和豎向振動(dòng)最大加速度的計(jì)算值與實(shí)測值更為接近，由此可以認(rèn)為振動(dòng)加速度計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

將各工況下的渡槽之間最大相對(duì)動(dòng)態(tài)變形量的計(jì)算值和實(shí)測值匯總到表8中。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，渡槽之間最大相對(duì)動(dòng)態(tài)變形量由小到大順序依次為路面起伏、單向行車、急剎車、三車同向串行和拱下沖擊路面工況，拱下沖擊路面工況的順槽向最大值為16.9 μm。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，在相同工況下，順槽向渡槽之間最大相對(duì)變形的計(jì)算值與實(shí)測值量級(jí)一致且數(shù)值相近；橫槽向渡槽之間相對(duì)變形的計(jì)算值比實(shí)測值小，但量級(jí)相同。

表8 渡槽之間最大相對(duì)動(dòng)態(tài)變形量 （單位：μm）

3.2 跨下行駛車輛對(duì)高架渡槽結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分析評(píng)價(jià)基于圖1的數(shù)值模型，對(duì)擬建道路的數(shù)值模擬，除了模擬單向行車、三車串行、路面起伏、急剎車和沖擊路面外，還增加了雙向會(huì)車、雙向三車串行和車輛撞擊防撞墻工況，重點(diǎn)對(duì)渡槽結(jié)構(gòu)加速度及其渡槽之間相對(duì)變形等各種動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析。

在擬建道路行車的車輛荷載和相關(guān)參數(shù)與3.1的取值相同，但計(jì)算時(shí)渡槽內(nèi)水深取2.33 m的設(shè)計(jì)水深。

3.2.1 雙向會(huì)車模擬 在擬建道路路面上雙向會(huì)車模型如圖8（a）所示。結(jié)果顯示，順槽向渡槽最大加速度為0.78 gal，橫槽向渡槽最大加速度為0.50 gal，豎直向渡槽最大加速度為0.79 gal，渡槽總最大加速度為0.83 gal。計(jì)算得到渡槽及其支撐結(jié)構(gòu)的最大主拉應(yīng)力為4.776 MPa，主壓應(yīng)力為7.014 MPa。

圖8 在擬建道路上會(huì)車模型

每個(gè)方向的道路上設(shè)置三輛車順序行駛，即雙向六車會(huì)車，如圖8（b），車距保持33 m。計(jì)算得到各渡槽間三個(gè)方向上的加速度以及總加速度時(shí)程。順槽向渡槽最大加速度為1.76 gal，發(fā)生位置在渡槽12上，發(fā)生時(shí)間為0.05 s；橫槽向渡槽最大加速度為0.59 gal，發(fā)生位置在渡槽12上，發(fā)生時(shí)間為1.25 s；豎直向渡槽最大加速度為1.17gal，發(fā)生位置在渡槽9上，發(fā)生時(shí)間為0.10 s。渡槽總最大加速度為1.77 gal，發(fā)生位置在渡槽12上，發(fā)生時(shí)間為0.05 s。

在雙向六車會(huì)車時(shí)，計(jì)算得到渡槽及其支撐結(jié)構(gòu)的最大主拉應(yīng)力為4.775 MPa，主壓應(yīng)力為7.012 MPa。會(huì)車工況車輛動(dòng)荷載引起的應(yīng)力是結(jié)構(gòu)自重引起靜應(yīng)力的10-4到10-3的量級(jí)，動(dòng)荷載引起的應(yīng)力低于0.01 MPa。

3.2.2 撞擊防撞墻 車輛總重量60 t，車速60 km/h，在渡槽下方撞擊防撞墻，撞擊持時(shí)為0.1s，在撞擊過程中計(jì)算時(shí)間步長取為0.001s。產(chǎn)生的加速度為166.67 m/s2，其慣性力為10 000.2 kN。

計(jì)算得到順槽向渡槽最大加速度為14.50 gal，發(fā)生位置在渡槽12上，發(fā)生時(shí)間為1.95 s；橫槽向渡槽最大加速度為27.90 gal，發(fā)生位置在渡槽3上，發(fā)生時(shí)間為1.75s；豎直向渡槽最大加速度為9.28 gal，發(fā)生位置在渡槽5上，發(fā)生時(shí)間為1.75s。渡槽總最大加速度為30.60 gal，發(fā)生位置在渡槽4上，發(fā)生時(shí)間為1.75s。

計(jì)算結(jié)果同樣地顯示動(dòng)荷載引起的第一主應(yīng)力和最大的第三主應(yīng)力值低于0.01 MPa，結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力主要由結(jié)構(gòu)自重引起，動(dòng)應(yīng)力所占的比重非常小。

3.2.3 車輛-地基-渡槽動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算結(jié)果分析 在擬建道路上各種設(shè)定工況的渡槽振動(dòng)最大加速度響應(yīng)值不超過2 gal，總體上小于在試驗(yàn)道路的加速度響應(yīng)。當(dāng)車輛遇到路面起伏和急剎車情況下，渡槽最大加速度響應(yīng)值都非常小。在拱下沖擊路面和車輛撞擊防撞墻工況下，加速度相對(duì)較大，最大橫槽向加速度27.90 gal發(fā)生在車輛以60 km/h時(shí)速撞擊防撞墻的情況下。

車輛在正常工況下渡槽之間最大相對(duì)動(dòng)態(tài)變形量不超過2 μm，渡槽的最大絕對(duì)動(dòng)態(tài)變形量也不超過5 μm。當(dāng)車輛遇到路面起伏和在急剎車情況下，渡槽之間最大相對(duì)動(dòng)態(tài)變形量也非常小。在拱下沖擊路面時(shí)，渡槽之間最大相對(duì)動(dòng)態(tài)變形和槽空間最大絕對(duì)動(dòng)態(tài)變形相對(duì)較大，其值都在11 μm左右。盡管車輛撞擊防撞墻情況下，加速度相對(duì)較大，由于持續(xù)時(shí)間短，在渡槽上所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)變形并不大，無論槽間的相對(duì)動(dòng)態(tài)變形，還是渡槽空間最大絕對(duì)動(dòng)態(tài)變形均小于5 μm。

另外，由動(dòng)態(tài)變形所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)附加應(yīng)力為結(jié)構(gòu)自重引起靜應(yīng)力的10-4到10-3的量級(jí)，動(dòng)荷載引起的應(yīng)力低于0.01 MPa。

4 結(jié)論

本文建立了車輛-地基-渡槽結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的有限元模型。利用該數(shù)值模型模擬了重型車輛在試驗(yàn)道路上行駛測試工況的動(dòng)力響應(yīng)過程，得到了與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致的計(jì)算結(jié)果，從而驗(yàn)證了所提出計(jì)算模型和方法正確性和有效性。進(jìn)一步模擬了在公路上行駛車輛可能發(fā)生的非正常極端工況。通過對(duì)計(jì)算得到的渡槽順槽向、橫槽向和垂直路面方向的加速度時(shí)程、代表性渡槽之間的相對(duì)位移時(shí)程及其應(yīng)力分析，在各工況下重型車輛行駛所引起渡槽變形在微米級(jí)，可以忽略不計(jì)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，各工況下渡槽結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力主要為結(jié)構(gòu)本身的自重應(yīng)力，動(dòng)應(yīng)力所占比重非常小，也可以忽略不計(jì)。高架渡槽設(shè)計(jì)安全裕度足以承受跨下高速行駛重型車輛所產(chǎn)生的動(dòng)力擾動(dòng)。因此，跨下公路上高速行駛重型車輛不會(huì)影響其上方渡槽的安全。