[碩士]隨機有限元在路面結構可靠性分析中的應用
學科專業(yè)：道路與鐵道工程
授予學位： 碩士
學位授予單位：xx交通大學
學位年度：2010
隨著路面設計方法和路面材料的不斷發(fā)展，人們對路面結構形式、路面荷載和材料都有了更科學全面的認識。《公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》將影響路面結構設計和評估的諸多因素如交通量、結構層材料強度、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構的實際工作狀態(tài)，指導路面的設計和施工。采用結構的整體或部分失效概率來衡量路面結構的可靠性，成為現行的主要路面設計方法和依據，應用較為廣泛的有一次二階矩法(JC法)、響應面法以及MonteCarlo(MC)法等。近些年來，隨著各種強大的數值模擬計算軟件在工程可靠性計算領域的應用，將隨機問題與有限元的方法相結合，為結構的可靠性分析開拓了新的研究領域。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，從應用范圍和結果的精度方面都有了很大的突破。本文將傳統(tǒng)的JC法與現有的有限元計算程序相結合，將JC法的基本公式嵌入有限元本構方程中得到路面結構功能函數的梯度進而求解得到結構的可靠度指標，主要有以下三方面的內容:
以路表彎沉和層底拉應力作為路面結構極限狀態(tài)的控制指標，以各結構層的彈性模量、容許彎拉強度、容許彎沉作為基本隨機變量建立相應的路面結構功能函數，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上編制了相應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構進行可靠性分析，結果表明隨著各結構層模量的增大，路面單元的可靠指標不斷增大;而隨著變異水平的增加，路面單元的可靠性指標逐漸減小。半剛性基層瀝青路面對以彎拉應力為控制指標的可靠度模式更為敏感，在彎沉模式中數據變化則較為平緩。
針對碎石化舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層的路面結構形式，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構的可靠性指標進行靈敏度分析，結果表明各結構層對于路面結構可靠性指標的影響系數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力的影響最為顯著。
