動(dòng)荷載下的路橋過渡段差異沉降研究綜述

摘 要:差異沉降一直是路橋建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)難題之一，而動(dòng)荷載下的路橋過渡段差異性沉降則更加復(fù)雜。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)“安全性、可靠性、舒適性”的需求日益強(qiáng)烈，差異性沉降越發(fā)引起了路橋設(shè)計(jì)和施工人員的高度重視。基于此，本文對(duì)路橋過渡段差異沉降方面的研究成果進(jìn)行了綜合評(píng)述，旨在探究過渡段差異沉降量在工程建設(shè)中的重要意義。

關(guān)鍵詞:路橋 過渡段 差異沉降 動(dòng)荷載

中圖分類號(hào):U44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0128-01

改革開發(fā)以來，我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展伴隨了大量路橋等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)道路運(yùn)營的安全、可靠、舒適等要求日益重視，這迫切要求道路的建設(shè)過程中更關(guān)注穩(wěn)定和平順?，F(xiàn)實(shí)中，在路基與橋梁的連接處常因路基與橋臺(tái)差異沉降而產(chǎn)生路橋過渡段的橋頭跳車現(xiàn)象，這既降低了道路的行車速度又影響行車的舒適性和安全性。盡管跳車現(xiàn)象在路橋過渡段差異沉降量很小時(shí)不太明顯，但差異沉降現(xiàn)象不可避免并成為了影響道路正常運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。隨著研究的深入，差異沉降量達(dá)到一定程度后產(chǎn)生的跳車現(xiàn)象對(duì)舒適性和安全性的影響日益引發(fā)了人們的關(guān)注，而相應(yīng)的路橋過渡段差異沉降則成為了學(xué)術(shù)界的研究焦點(diǎn)。因此，本文對(duì)路橋過渡段差異沉降問題的研究成果進(jìn)行了綜合評(píng)述，旨在探究過渡段差異沉降量在工程建設(shè)中的重要意義。

1 常見差異沉降量化指標(biāo)

基于“安全、可靠、舒適”的要求，路橋過渡段差異沉降量必須控制在容許范圍內(nèi)，這才能保證駕駛員或乘客在車輛行駛過程中的舒適、安全。前人研究中，路橋過渡差異沉降量的容許量主要如下:

(1)容許工后沉降，它是指路基的總沉降與鋪設(shè)路面前已發(fā)生的沉降之差，用于控制填土路堤的剩余沉降。研究表明，高等級(jí)公路在路堤上鋪筑路面20年內(nèi)容許工后沉降為30～50cm且于路橋過渡段的路堤容許工后沉降值宜定為10～20cm[2]，進(jìn)一步研究則表明路橋過渡段容許沉降差為10cm。

(2)容許縱坡坡差，它是指路橋過渡段發(fā)生工后沉降前后的坡度變化值，又稱容許縱坡相對(duì)差。研究表明，車速為90～l00km/h的舒適性搭板容許縱坡變化值在0.4%～0.6%且0.4%最為適宜[9]，進(jìn)一步研究則認(rèn)為橋頭引道沉降為“馬鞍型”且車速為80～140km/h時(shí)路橋過渡段容許縱坡變化值為11.5%～0.4%。

(3)容許臺(tái)階高度，它是指橋面與引道相接處的容許臺(tái)階高度作為差異沉降控制指標(biāo)。研究表明，基準(zhǔn)期為三年時(shí)橋堤銜接部位臺(tái)階控制在2cm，桑塔納轎車、東風(fēng)140載重車等研究表明:在臺(tái)階高度小于1.5cm時(shí)對(duì)車輛行駛無明顯影響，臺(tái)階高度在1.5～3.5cm時(shí)車輛產(chǎn)生較明顯顛簸，臺(tái)階高度為3.5～5.0cm時(shí)車輛產(chǎn)生明顯顛簸，當(dāng)臺(tái)階高度大于5.0cm時(shí)顛簸現(xiàn)象明顯且車速超過80km/h時(shí)會(huì)影響行車安全。

針對(duì)上述指標(biāo)，學(xué)者們提出了大量多控制指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)[2]，但它們往往缺乏系統(tǒng)分析路橋過渡段結(jié)構(gòu)參數(shù)與車輛參數(shù)等因素，并因?yàn)椴扇〉难芯糠椒ú町惗嬖诓町悺?/p>

2 動(dòng)荷載作用與路面關(guān)系

在現(xiàn)有車輛動(dòng)力學(xué)的研究中，車輛動(dòng)力學(xué)分析方法是將整個(gè)車輛系統(tǒng)作為現(xiàn)行系統(tǒng)，路面不平度作為系統(tǒng)的輸入且各個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)作為系統(tǒng)的輸出。在當(dāng)前研究中，車輛系統(tǒng)的線性模型主要包括平面模型和空間模型，不同的車型和路面參數(shù)的分析指示動(dòng)荷載的大小與車輛和路面特性兩方面緊密相關(guān)，符合頻響函數(shù)的推導(dǎo)可得出車輛在各種路面不平度功率譜作用下的振動(dòng)特性，進(jìn)一步研究則從動(dòng)能量守恒原理出發(fā)得出了路橋過渡段橋頭跳車沖擊時(shí)動(dòng)荷載系數(shù)的統(tǒng)一表達(dá)式。上述研究中的路面模型大多是以普通路面為對(duì)象，然而路橋過渡段橋頭跳車屬于典型的動(dòng)荷載作用問題，該問題的研究主要涉及兩方面:一是路面結(jié)構(gòu)由于橋臺(tái)和路面之間的差異沉降所導(dǎo)致的車輛動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)問題，該方面問題主要涉及行車安全性、乘坐舒適性及路面動(dòng)荷載設(shè)計(jì)參數(shù)的確定;另一方面是路面結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問題，該方面問題主要涉及對(duì)路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、無損檢測、動(dòng)參數(shù)的研究及揭示路面結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理。

3 動(dòng)荷載下的沉降

我國公路修建里程飛速增長，公路通車總里程截至2009年底已經(jīng)長達(dá)383萬km(高速公路6.5萬km)，里程不斷增加的進(jìn)程中還伴隨了道路等級(jí)的不斷提高，橋梁、涵洞、通道等公路構(gòu)造物所占的比重也越來越大。實(shí)踐表明，高等級(jí)公路的營運(yùn)中表現(xiàn)出諸多不盡人意的地方，尤其是在這些構(gòu)造物臺(tái)背回填處普遍存在橋頭跳車的現(xiàn)象，即:橋梁、通道、涵洞等構(gòu)造物本身及臺(tái)背回填處由于行車荷載和自重的作用而繼續(xù)沉降且沉降量的差異致使臺(tái)背與構(gòu)造物連接處的路面出現(xiàn)臺(tái)階并導(dǎo)致了高速行駛的車輛產(chǎn)生顛簸跳躍的現(xiàn)象。圍繞此問題，學(xué)者們在早期設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上考慮了移動(dòng)荷載作用在彈性半空間表面問題的積分解，并進(jìn)一步分析了彈性半空間表面作用移動(dòng)的線荷載和有限長度的線荷載問題、應(yīng)力和頻率對(duì)材料特性依賴性及基于粘彈性層狀體系的移動(dòng)圓形荷載作用的動(dòng)力響應(yīng)。進(jìn)一步研究中，學(xué)者們測試了移動(dòng)車輛荷載作用下柔性路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移并發(fā)現(xiàn)瀝青層的拉應(yīng)變與車速有關(guān)并提出了與錯(cuò)臺(tái)高度相關(guān)的橋頭銜接狀況五個(gè)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。在有限元模擬軟件的基礎(chǔ)上，彈性多層地基上剛性路面板的有限元得到了分析，并有學(xué)者進(jìn)一步提出了基于行車舒適性和安全性提出路橋過渡段差異沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)。在上述研究中，有限元法研究還存在許多尚待解決的問題，因而而動(dòng)荷載作用下路橋過渡段的差異沉降問題仍舊未能攻克。盡管如此，但研究成果們無疑是向著人類的需求在逐漸逼近。

4 結(jié)語

在我國公路修建里程飛速增長的過程中，路橋過渡段的差異沉降越發(fā)成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在動(dòng)荷載的作用下，路橋過渡段差異沉降的規(guī)模往往越發(fā)顯著，這對(duì)理論研究和施工實(shí)踐都是巨大挑戰(zhàn)。盡管學(xué)者們引入了動(dòng)能量守恒原理和有限元模擬等方法，但始終未能徹底攻克該方面的問題。相信，隨著學(xué)者們對(duì)該問題的越發(fā)關(guān)注，未來的路橋建設(shè)將會(huì)有更多、更好的處理方法。

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