[碩士]隨機有限元在路面結(jié)構(gòu)可靠性分析中的應(yīng)用
學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程
授予學(xué)位： 碩士
學(xué)位授予單位：xx交通大學(xué)
學(xué)位年度：2010
隨著路面設(shè)計方法和路面材料的不斷發(fā)展，人們對路面結(jié)構(gòu)形式、路面荷載和材料都有了更科學(xué)全面的認(rèn)識�！豆�路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》將影響路面結(jié)構(gòu)設(shè)計和評估的諸多因素如交通量、結(jié)構(gòu)層材料強度、模量、厚度、施工條件等所具有的隨機性和不穩(wěn)定性考慮其中，從而更加客觀的反映路面結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)，指導(dǎo)路面的設(shè)計和施工。采用結(jié)構(gòu)的整體或部分失效概率來衡量路面結(jié)構(gòu)的可靠性，成為現(xiàn)行的主要路面設(shè)計方法和依據(jù)，應(yīng)用較為廣泛的有一次二階矩法(JC法)、響應(yīng)面法以及MonteCarlo(MC)法等。近些年來，隨著各種強大的數(shù)值模擬計算軟件在工程可靠性計算領(lǐng)域的應(yīng)用，將隨機問題與有限元的方法相結(jié)合，為結(jié)構(gòu)的可靠性分析開拓了新的研究領(lǐng)域。例如Taylor展開法隨機有限元、攝動隨機有限元、N~隨機有限元法等，從應(yīng)用范圍和結(jié)果的精度方面都有了很大的突破。本文將傳統(tǒng)的JC法與現(xiàn)有的有限元計算程序相結(jié)合，將JC法的基本公式嵌入有限元本構(gòu)方程中得到路面結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的梯度進而求解得到結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)，主要有以下三方面的內(nèi)容:
以路表彎沉和層底拉應(yīng)力作為路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的控制指標(biāo)，以各結(jié)構(gòu)層的彈性模量、容許彎拉強度、容許彎沉作為基本隨機變量建立相應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)功能函數(shù)，采用Visual Fortran計算機語言在原有的通用二維線彈性平面有限元程序的基礎(chǔ)上編制了相應(yīng)的可靠度計算和靈敏性分析程序。
通過對典型的半剛性路面結(jié)構(gòu)進行可靠性分析，結(jié)果表明隨著各結(jié)構(gòu)層模量的增大，路面單元的可靠指標(biāo)不斷增大;而隨著變異水平的增加，路面單元的可靠性指標(biāo)逐漸減小。半剛性基層瀝青路面對以彎拉應(yīng)力為控制指標(biāo)的可靠度模式更為敏感，在彎沉模式中數(shù)據(jù)變化則較為平緩。
針對碎石化舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層的路面結(jié)構(gòu)形式，從可靠性的方面出發(fā)對路面的碎石化處理前后以及加鋪后路面結(jié)構(gòu)的可靠性指標(biāo)進行靈敏度分析，結(jié)果表明各結(jié)構(gòu)層對于路面結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)的影響系數(shù)從大到小依次為加鋪層、基層、土基與破碎層，其中又以加鋪層對于路表彎沉和層底拉應(yīng)力的影響最為顯著。