基于安全性的路桥过渡段差异沉降控制标准

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:刘刚
[导读] 对路桥过渡段路面不平整计算模型的提出,有助于人们对车辆参数和路桥过渡段因素进行把握,从而更好的认识路桥差异沉降标准。

(山东宇通路桥集团有限公司,山东,东营,257300)
  【摘  要】在路桥运行中,常常会出现过渡段沉降影响运营安全的现象。本文从安全性的角度出发,建立了路桥过渡段路面不平整计算模型,并且对车辆垂直振动进行了力学模拟,在此基础上,对路桥过渡段客车动载系数做了进一步的分析,并提出了基于安全性路桥过渡段差异沉降控制标准,希望以此促进人们对路桥过渡段差异沉降标准的把握,保证路桥行车的安全。
  【关键词】安全性;路桥过渡段;差异沉降;控制标准
  1.路桥过渡段路面不平整计算模型的建立
  当前,桥头跳车在公路建设中显得比较普遍,一方面其影响到了行车人的安全,另一方面,也很大程度上影响到了行车的舒适性。近年来,为了更好的减少桥头跳车事故的发生,很多的人员度路桥过渡段差异沉降标准做了进一步的分析和研究,但是发现,由于他们在数值和参数因素考虑上存在着严重的不统一性,因此并没有完全分析出车辆参数以及路桥过渡段参数对沉降标准的影响。路桥管理人员在对路桥进行养护过程中,仍旧有很大的随意性和主观性,不能形成统一的标准。对路桥过渡段路面不平整计算模型的提出,有助于人们对车辆参数和路桥过渡段因素进行把握,从而更好的认识路桥差异沉降标准。
  不设搭板路桥过渡段一般情况下可能出现三种情况,分别是纵坡变化、凹陷和错台。它们都可以通过一个模型来进行表示。当工后桥面相对引道的转角大于0时,我们看到路面的转角是比桥面边跨的转角要小,因此可看做是引道路面相对于桥台局部发生下陷而造成了错台;当工后桥面相对引道的转角小于0时,这一看做是在局部范围内出现沉陷而引起的垂直错台。
  2.车辆垂直振动的力学模拟
  在模拟中,我们将车辆看作是一个完整的系统,而车的本身可以看作是一个振动系统。在车辆结构中,每个车辆具有不同的频率,因此在行驶过程中也会出现不同的振动。这种振动将会在很大程度上影响到行车的稳定,给行车安全造成一个重大的影响。
  一般情况下,从纵向上来看,其不平整性要远远的大于横向方面,我们在模拟过程中可以近似的认为横向道路是比较平整的,并且可以假设车辆左右两边的质量基本上属于对称的状态。从某种意义上来考虑,路桥过渡段的沉降要比普通路段的大,因此更需要注重对车辆周围转动倾向的考虑。用半车模型来研究路桥过渡段差异沉降标准,将其简化成适合自由性计算的模型。这一模型振动方程可以用以下的式子来进行表示:
  M.Y+C.Y+K.Y=F
  在这一式子中,Y称作广义坐标向量;F为广义力向量;M为质量矩阵;C为阻尼矩阵;K为刚度矩阵。根据自由度下的振动方程,将车辆考虑成是在一定条件下受到压迫而进行的振动,并且在这一条件下可以分为两个子过程,分别在这一条件下给出初始条件和唯一,用拉普拉斯变换法可以进一步的求解出车辆的动力部位响应。力学模拟有助于我们对路桥差异沉降控制标准的分析研究,加快人们对其进行把握。



  3.路桥过渡段客车动载系数分析
  3.1不设搭板时客车动载系数分析
  为了更加有效的对客车经过错台路桥过渡段的振动情况进行了解,可以针对客车通过不同的台阶时路桥过渡段前后轮受力的情况进行有效的分析。
  在不设搭板路桥过渡段,随着台阶高度的不断增加,客车在接触台阶的过程中,其前后轮受力的最大值也在逐渐的增大,受力的最小值确是在有所减小,并且相关数据表明,后轮的峰值出现时间是比较晚的,这是相对于前轮而言的。当台阶的高度为5cm左右时,这时前后轮之间的受力基本上已经看出前后轮受力的最小值已经逐渐的靠近零,如果台阶的高度超过5cm,这时不难看出前后轮的受力将会出现负值的现象。究其原因,主要是因为当车辆进入台阶之后,后轮所承受的载重量远远的大于了前轮,这时由于车辆具有整体的性能,就会使得车辆发生转动,而这时,前轮出现脱空的状态,轮胎的受力基本上我们可以看到是负值。那么,在这种情况下车辆运行是极其的危险的,如果在雨雪天气,那么车辆的防滑能力是会大大的降低的,这时如果前轮出现脱空的情况,整个车辆就不太容易控制,发生事故的可能性就非常大,因此要十分的注意这一问题。
  3.2设置搭板时客车动载系数分析
  为了能够更加方便直观的对客车通过搭板路桥过渡段的振动情况进行了解,我们可以就不同台阶前后轮的受力情况进行有效的分析。首先,设定几个条件,车辆搭载不设搭板,并且保持车速在100km/h,在这个过程中,分别取搭板的长度为6、8、10、12m分别进行计算。
  在设置搭板之后,可以观察到整车的动荷载系数相对于错台来说有很大的减小,可以看到在这个过程中搭板对路桥过渡段车辆的振动起到了一定程度的作用,能够有效的改善车辆的振动。随着搭板长度的不断增加,车辆的动荷载系数开始逐渐的减小,但是其幅度没有很大,搭板长度为12m时的动荷载系数仅仅只比搭板长度为6m的动荷载系数减少2%,这说明了一味地片面的增加的搭板的长度,对于车辆来说是极其不利的,不利于车辆运行效果的改善。
  综上,把搭板和不设搭板的两种情况放在一起进行考虑,我们可以看到在搭板路桥过渡段车辆前轮动荷载系数为K1的情况下,设后轮的动荷载系数为K2,这时可以观察到整车的动荷载系数要比不设搭板的小,这进一步的说明了搭板可以对车辆振动起到一定的保护作用,能够缓解路桥过渡段车辆的振动,因此,可以说,在安全性的路桥施工中可以采用搭板模型,其对保障路桥施工,减少沉降发挥了重要的作用。
  4.基于安全性路桥过渡段差异沉降控制标准的提出
  长期以来,人们就一直在关注路桥过渡段沉降的控制标准,但是在研究中,人们只是考虑到了乘客的舒适性,并没有过多的关注车辆运营安全方面的问题,这远远的不符合实际运行的标准。从桥头跳车到设计量化,在这一过程中,仍旧没有得出一个确切的标准。本文从车辆经过路桥过渡段时的动荷载系数出发,对基于安全性的路桥过渡段差异沉降量做了进一步的分析。
  在H=h1-h2,式子中,h1可以看作是在不设搭板情况下所测量出的最低标高,设搭板的情况下交工验收时测量范围内搭板末端标高;h2为不设搭板情况下测量范围内最低标高,设搭板情况下搭板末端标高。经过分析可以得出,当H越大时,动荷载系数也越大,那么车辆就会出现巨大的震动感,在这种情况下非常容易出现事故。
  基于安全性控制标准下,当H=1-3cm时,将不会影响到行车的安全,这时也不需要对其进行维修和养护;当H=3-7cm时,在这一范围内,其已经影响到了行车的安全,有必要对其进行养护和维修。当H>7cm时,这时已经严重影响道路的行车的安全,必须对其进行养护和维修。
  通过对路桥过渡段差异沉降标准进行分析,能够在行车中有效的判断从而及时的发现周围路面行车安全问题,提出相应的养护措施。
  5.结语
  在路桥过渡段,随着载重量的不断增加,前后轮所承受的力量也在不断地增加,而车辆本身的重量也会导致车身振动的频率有所降低,在这种情况下,车辆加速度也会有所降低。在这种情况下,如果是轻车就更有可能出现跳车情况,因此,在安全性的标准下,过渡段沉降控制标准应该有效的采取空载的车辆。把握安全性路桥过渡段差异沉降的控制标准,有助于人们在路桥运行过程中,安全的出行,并且通过采取相应的措施来进一步的指导路桥过渡段养护。
  参考文献:
  [1]赵旭航. 软土地基上路桥过渡段差异沉降规律及处治技术研究[D].浙江工业大学,2014,03:56-63.
  [2]陈亚东. 邢衡高速跨越构造物差异沉降控制技术研究[D].长安大学,2013,09:104- 108.

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