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1、沥青混凝土路面早期病害成因分析及影响1、相关定义1.1、冻土的定义及其分布 冻土是指零或零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。根据岩土冻结 状态保持时间的长短,冻土可分为多年冻土、深季节冻土、季节冻土和瞬时冻 土。冻结状态持续时间几年到上千年的土均是多年冻土;冻结状态持续时间从 数月到几年且冻深大于一米的均是深季节冻土;冻结状态保持半月至数月的土 是季节冻土;冻结状态保持几小时至半月的土均是瞬时冻土1。 地球上多年冻土的分布面积约占陆地面积的 23 %,主要分布在俄罗斯、加 拿大、中国和美国的阿拉斯加等地,其中我国的多年冻土分布面积约 206.8104 km2,仅次于原苏联(1 000104
2、km2)和加拿大(390104490104km2),约为美 国多年冻土面积(140104km2)的 1.5 倍。我国是世界上的第三冻土大国,约占 世界多年冻土面积的 10 %,约占我国国土面积的 21.5 %,同时我国的多年冻土 主要分布在中、低纬度的号称”世界第三级”的青藏高原2,我国季节性冻土面 积为 513.7105km2,约占全国国土面积的 53.5 %3。 多年冻土主要分布在青藏高原、帕米尔、西部高山(包括祁连山、阿尔金山、 -1- 第一章 绪 论 天山、西准噶尔山地和阿尔泰山等)、东北大小兴安岭、松嫩平原北部以及东部 地区的一些高山顶部(诸如山西五台山、内蒙古大石山、汗山、吉林的长
3、白山和 张广才岭等)。深季节性冻土主要分布于东北三省、内蒙古、甘肃、宁夏、新疆 北部、青海和川西等地。季节冻土遍布在不连续多年冻土的外围地区,主要分 布于北纬 30以北的地区,其南界大致从云南省挖苦河(2514 N,9752 E)向东 北方向沿着横断山脉和喀拉山脉的坡脚,经大巴山南麓向东南绕过四川盆地后, 又从湖南省的咱果附近(29 N,10925 E)向东北方向延伸,直至江苏省连云港 附近(3434 N)。此外,在大别山、莱阳山和玉山顶部也有零星分布。瞬时冻土 的南界大致与北回归线(22 N)相一致。此界限以南,除山地外,一般无冻土1。 1.2、土遗址的概念 2.2.1.土遗址的内涵2.2.
4、1.土遗址的内涵 土遗址的概念还没有统一的认识。我国政府公布的五种不可移动文物包括古 遗址、古墓葬、古建筑、近现代重要史迹及代表性建筑,土遗址还没有列为我国 的不可移动文物类型当中,说明”土遗址,这一概念还没有被广泛的接受。 目前公开的文献中对土遗址概念较权威的界定有以下几种: “土遗址是指人类活动遗留下的由土和以土为主的遗迹和遗物。这些遗迹和 遗物包括房屋、夯土台基、城墙、窖穴、窑炉、粮仓、土构墓葬、糟朽文物在土 上的印痕等(周双林,2003)。34, “古遗址的一类,由土为建筑材料修建而成,包括地面与地下的古文化遗址、 古墓葬、古城、长城等遗址(赵海英,2005)。2, “土遗址是指以土作
5、为主要建筑材料的人类历史上生产、生活等各种活动遗 留下来的遗迹,是一种重要的文物资源(孙满利,2006)。135, 这些概念都强调了土遗址的建筑材料是土这一重要特征,对土遗址的其他特 征在不同方面有所侧重,根据以上不同时期的概念总结,本文给出一个更加全面 的定义。 由于土遗址属于文物的范畴,因此参考有关文献1561对。文物”概念的界定: “文物是指人类社会发展过程中,由人类创造及与人类活动有关的具有历史、艺 兰州大学硕士研究生毕业论文 北方土遗址的病害成因与环境区划研究 术、科学和纪念价值的古代、近代乃至现代的物质文化通存(如遗物、遗迹)的 总称。”我们试图对土遗址的概念加以总结: 土遗址是在
6、人类历史进程中由人类创造的、以土为建筑材料、具有文物价值 的遗迹,包括古文化遗址、古城、长城、关隘、烽隧、土塔、陵墓、坑、穴、窑、 窖等。 近几年我国政府部门又提出”大遗址”的概念,大遗址强调遗址的规模,按照 质地又可分为砖、瓦、陶、土、木、石等类型,包括古文化遗址、古建筑遗址、 古城遗址、革命遗址等l5。土遗址与大遗址所指的范围有重合的地方,也有区别, 前者强调遗址的”大”,侧重于规模方面,土遗址则强调遗址的质地为”土”,对遗 址规模没有界定。 1.3、SIMPACK多体系统定义要素 系统定义的四个基本要素包括:物体、铰、外力(偶)口7。 物体:在多体动力学系统中指构件,但其与实际工程中的零
7、部件并不是一一 对应,而与研究对象有关。在对运动系统进行分析时,物体一般可定义为与系统 35 北京交通大学硕士专业学位论文铁路小半径曲线段车辆-轨道仿真计算模型 运动关系特别紧密的零部件,静止的物体可以作为运动系统的参考系。物体又可 定义为柔性体和刚性体,柔性体指在外荷载作用下内部质点可发生相对位移的物 体,刚性体则指任何情况下内部质点无相对位移的物体。 绞:运动副或铰接,指多体系统中对物体间的运动进行约束。在实际工程中, 物体与校共存,即定义了物体,系统在物体间自动生成校。 外力(偶):指系统受到外荷载的作用。物体定义为刚性体时,外力的作用与 作用的位置无关;物体定义为柔性体时,外力的作用位
8、置对系统内物体弹性变形 及大范围的运动均有影响。 力元:指系统内各构件之间的相互作用。在现实中,物体间的相互联系,可 通过力或运动副实现,两者区别在于运动副限制了物体间的相对运动自由度,而 力无此限制。车辆-轨道系统一系、二系悬挂中的减振器、弹簧等都可定义为力元。 在S1MPACK多体系统动力学模型中除了上面定义的四个基本要素以外,还包 括约束、标记、系统参考坐标系等要素。 3.2.3车辆-轨道的拓扑关系 在多体系统建模中,拓扑指各物体的连接方式,轨道-车辆的拓扑关系表明了 车辆组成部件之间的联系,对于一般的轮轨应用,SIMPACK提供r轮轨铰接,类 型为07号和09号。如果激活轮轨的绞接功能
9、,SIMPACK将会自动产生指定的 MBS元素,如约束力、参考坐标系、标志、传感器等。在轮轨动力学建模中,各 种参考坐标系和其他元素装配后会被自动添加在轮轨模型上。本文采用的车辆拓 扑关系如下图所示。 carbody Revolute joint bogie frame i ! i_ Bolster b Secondar eam y suspension Primary suspension sleeper rail、. WO LiiJ / 口 口口口 口口口 a 图3-2车辆-轨道的拓扑关系示意图 Figure 3-2Topological relation between truck an
10、d track 36 北京交通大学硕士专业学位论文铁路小半径曲线段车辆-轨道仿真计算模型 3.2.4模型参数设置 表3-1车辆模型参数 Table 3-1 Vehicle model parameters 参数名称数值单位 轮对(4对) 质量 1200 kg -车轮滚动圆半径 0.42 m 轮对内侧距 m- 车轮滚动圆横向重较轻,与满 载的货车相比,轮轨力作用较小,所以客车在曲线上运行时,对轨道的影响比货 车小得多。所以,本文以货车为研究对象,并假设货车载重为60t,车辆的具体参 数如表3-1所示。 3.3整车多体动力学模型 通过对车辆、轨道的结构分析,运用SIMPACK8800对车辆-轨道系
11、统进行动 力学建模。 3.3.1基本模型的建立 车辆-轨道系统结构的建模过程如下: 1)车轮和车轴的建立 I I 图3-3车轴和车轮模型 Figure 3-3 Car axle and wheel model 38 北京交通大学硕士专业学位论文铁路小半径曲线段车辆-轨道仿真计算模型 Wheetsel Contact Geometry Uodet-Norr*; lw)che “Wtei9el-Type: Whedwllype.! c?i?cl IK?ir Tor-lrfK f* ? O0R?0 WhMMrofiettl Equvoieot ComcilrfH tint 痛 - y _ etll
12、M?- SWJ 册p t Ni WhUi?3Q2 ominceel Dki” J J I: 1: i- ( rx ?-ft ( :tx tf.-.|* I .- Oaco l含AIf ? M一 _J 40 ? Mi ? .?-. tU* ?.(? tfM M M y ( cfrM* 1 ny c? 图3-4轮轨接触关系 Figure 3-4 Relationship between wheel and rail 2)轨道建模 m M Sr 1. _ 图3-5轨道模型 Figure 3-5 Track model 39 北京计算模型 是独立的单元。通过创建各个体的标志点,可以定义模型的如下特征:
13、 (1)铰连接点; (2)力元连接点; (3)传感器参考点。 以绝对坐标系为参考,各个体的标志点坐标参数如下表3-2所示: 表3-2车辆-轨道模型体的标志点参数 单位:m Table 3-2 Thepara meters of truck and track models mark points 体 部件名称 方位名称 X Y Z $M -0 _wheelsetl 0 0.419874 SBwheelset 1 $Mh_weelset ILetf 0 -1 -0.419874 $MRi0 1 419874 _wheeIset l_ght -0.4 $Mh0 -0 _weelset21 .83
14、.419874 $Bh_weelset2 $M_wheelset2L 19874 _etf.83 -1 -0.41 $Ml83 1 _wheeset2Right 1.-0.419874 轮 $Mh3 9 0 _weelset-0.419874 $B wheelset3 $M wheelset3419874 $MBPirL_ogieFramel_mRetf 0-1 -0419874 .$BB $MBi lPirFRit 19874 _ogieFramel_ogeFrame_m_gh.83 1 -0.412 $MBFL1 _ogieFarme lP_rim_etf .83 -1-0.419874
15、个 $MBFS15 1 -0_ogieramel_ec Ri一ght 0.9.9 $MBL _ogieFramelS_ec_etf 0.915 -1-0.9 $MBF_ogierame 1 9.915 0 -0.4 向 $MB-0_ogieFramelPRRi_rim_gJit 9 1 .419874 架 $MBP_ogieFarme l_rimRL_etf 9 -1 -0.419874 $BBFSMBPRi10874 _ogierame2 ogieFrame l_rimF_ght .831 -0.419 $MJBogieFramelPitf 10_rmFL_e.83 -1 -0.419874
16、 $MBi_ogeFraine lSRi9 _ec及力元的施加 1)车辆铰接的选择 轮对采用1个自由度的7号铰接(沿着弧长S)表示铁路铰接(Joint For Wheelset),这个自由度表示轮对垂向的非稳态的约束(与时间有关的)。转向架的 校接(Joint For Bogie)采用6个自由度的铁路较接(7号绞接)。车体的铰接(Joint ForCarbody)采用5个自由度的7号铰接(沿轨道方向的恒定速度)。 2)车辆建模时力元的设置 (1) 一系悬挂(主悬挂)/Pirmary Suspension 采用紧凑力元,包含3个方向的刚度,主要有横向和纵向阻尼。垂向阻尼用 点到点的阻尼表示。在一系悬挂中有8个紧凑力元和8个点到点阻尼。各方向的 力元的名义力在称重后会自动给出。 (2) 二系悬挂/Second Suspension 建模过程中采用点到点的阻尼器表示横向和垂
