(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111334425.2 (22)申请日 2021.11.11 (71)申请人 广东省公路 建设有限公司 地址 510699 广东省广州市越秀区寺右新 马路111－115号五羊新城广场728房 申请人 上海市隧道工程轨道交通设计 研究 院　 上海交通大 学　 上海三足鼎建 设工程有限公司 (72)发明人 陈伟乐　陈鸿　贺春宁　王颖轶　 艾青　余龙　夏乔网　黄醒春　 (74)专利代理 机构 上海邦德专利代理事务所 (普通合伙) 31312 代理人 梁剑(51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算 模型 (57)摘要 本发明公开了一种沉管隧道随机车辆耦合 振动荷载计算模型， 包括： 将车辆自上而下划分 为粘弹性连接的3个刚体动力学结构部件： 车体、 转向架、 车轮。 三部分分别由粘弹性连接， 形成动 力学体系， 分别建立各部分的动力学模型。 各刚 体之间通过粘弹性结构元件连接形成三维粘弹 性体耦合振动体系。 其中， 车体 ‑转向架、 转向架 ‑ 轮轴相互之间水平方向采用了弹簧和粘缸并联 的稳定蠕变模式； 轮对与路面之间水平连接采用 弹性接触模式。 根据本发明， 对沉管隧道车辆荷 载的作用下路面、 路基将会产生弹性变形和塑性 变形及不同程度的振动， 建立多刚体－弹性耦合 三维力学模型， 为路基、 路面材料性状对系统振 动特性尤其是道路结构自身动力响应分析提供 可能性。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 113919039 A 2022.01.11 CN 113919039 A 1.一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算模型， 其特 征在于， 包括： S1、 根据车辆结构将车辆自上而下划分为3个刚体， 构成3个刚体动力学模型； S2、 将步骤S1中3个刚体之间分别通过粘弹性结构元件连接形成三维粘弹性体耦合振 动体系； S3、 结合步骤S1和步骤S2的刚体动力学模型与三维粘弹性体耦合振动 体系适用于计算 任意类型车辆行驶对隧道路面产生的动力 荷载与分析车辆沉浮、 侧滚、 点头、 横移、 横摇、 艏 摇多自由度车辆三维动力响应。 2.如权利要求1所述的一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算模型， 其特征在于， 所 述步骤S1中3个刚体分别为车体、 转向架及车轮， 其中车体通过弹簧和粘缸并联的稳定蠕变 模式与转向架连接， 所述 转向架与车轮之间通过弹簧和粘缸并联的稳定蠕变模式连接 。 3.如权利要求2所述的一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算模型， 其特征在于， 所 述车轮与沉管隧道的路面 通过弹性接触模式连接 。 4.如权利要求1所述的一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算模型， 其特征在于， 所 述沉管隧道包括道路面层、 设置于所述道路面层下 的隧道结构、 设置于所述隧道结构下 的 隧下基层 及设置于所述隧下基层的地基土体。 5.如权利要求4所述的一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算模型， 其特征在于， 所 述三维粘弹性体耦合振动体系的耦合条件等效为车轮与路面接触点处位移相等、 车路与路 面接触点互为作用力与反作用力及路面与路基的交界面上的 的结点编号相同与位移相等。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113919039 A 2一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算 模型 技术领域 [0001]本发明涉及 沉管隧道工程的技术领域， 特别涉及 一种沉管隧道随机车辆耦合振动 荷载计算模型。 背景技术 [0002]在高速公路路基动态问题的研究过程中， 车辆荷载的确定至关重要， 同时又十分 困难。 在国内现在使用的路面路基设计方法中， 对动力作用的考虑只限于在静力的基础上 加以经验修正。 路面、 路基和地基作为一个统一的整体， 在车辆荷载的作用下将会产生 弹性 变形和塑性变形及不同程度的振动， 这些变形和振动将对车辆的运行产生怎样的影响， 尽 管车辆的动力特性可以用动力模型较好地描述， 但由于路面路基动力学问题地复杂性， 不 同研究人员采用的研究方法和所用的力学模型都有差别， 对同一课题的研究可能会得到相 互矛盾的结论。 因此， 如何把车辆－路面－路基－地基作为一个统一体进 行考虑， 并准确的 反映各种因素对上、 下部结构的影响等问题仍未全部解决。 尽管许多学者对路面路基动力 问题进行了探讨， 有关该方面的研究还缺乏系统性， 各个研究只是孤立地讨论某一问题， 所 以有关该问题的研究还需进一 步深入。 发明内容 [0003]针对现有技术中存在的不足之处， 本发明的目的是提供一种沉管隧道随机车辆耦 合振动荷载计算模型， 对沉管隧道车辆荷载 的作用下路面、 路基将会产生弹性变形和塑性 变形及不同程度的振动， 建立多刚体－弹性耦合三维力学模型， 为路基、 路面材料性状对系 统振动特性尤其是道路结构自身动力响应分析提供可能性。 为了实现根据本发明的上述目 的和其他优点， 提供了一种沉管隧道随机车辆耦合振动荷载计算模型， 包括： [0004]S1、 根据车辆结构将车辆自上而下划分为3个刚体， 构成3个刚体动力学模型； [0005]S2、 将步骤S1中3个刚体之间分别通过粘弹性结构元件连接形成三维粘弹性体耦 合振动体系； [0006]S3、 结合步骤S1和步骤S2的刚体动力学模型与三维粘弹性体耦合振动体系适用于 计算任意类型车辆行驶对隧道路面产生的动力荷载与分析车辆沉浮、 侧滚、 点头、 横移、 横 摇、 艏摇多自由度车辆三维动力响应。 [0007]优选的， 所述步骤S1中3个刚体分别为车体、 转向架及车轮， 其中车体通过弹簧和 粘缸并联的稳定蠕变模式与转向架连接， 所述转向架与车轮之 间通过弹簧和粘缸并联的稳 定蠕变模式连接 。 [0008]优选的， 所述车轮与沉管隧道的路面 通过弹性接触模式连接 。 [0009]优选的， 所述沉管隧道包括道 路面层、 设置于所述道 路面层下的隧道结构、 设置于 所述隧道结构下的隧下基层 及设置于所述隧下基层的地基土体。 [0010]优选的， 所述三维粘弹性体耦合振动体系的耦合条件等效为车轮与路面接触点处 位移相等、 车路与路面接触点互为作用力与反作用力 及路面与路基的交界面上的的结点编说　明　书 1/3 页 3 CN 113919039 A 3