基于車-路耦合的沉管隧道車輛動力荷載建模與分析

王穎軼, 宋神友, 劉健，黃醒春

（1.上海交通大學，上海 200030；2.深中通道管理中心，廣東 中山 528400）

0 引言

車輛與路面的耦合振動直接影響到乘坐舒適性及路面路基的耐久性和安全性，長期以來人們結合工程建設和環境控制的需要，在車輛-路面作用特點、力學模型、計算方法等進行了大量研究且取得了許多有價值的成果。研究的焦點集中于車輛與道路結構的耦合作用與多體系動力建模[1]～[3]、通過線性Hertzian接觸模型和快速Fourier 逆變換（IFFT）等耦合作用動力問題的優化求解方法[4]～[5]、基于車輛和道路結構特點的子結構化耦合建模的模態疊加或時程分析方法[6]～[8]、將車輛、路面、路基結構作為一個整體系統建模利用快速傅立葉變換（FFT）方法求解多結構耦合動力問題[9]。但迄今的研究將車輛與路面的處理為連續接觸關系，無法反映車輛行駛過程中客觀存在的瞬時脫離特性，計算結果難以體現車輛對路面的瞬態沖擊作用、低估結構穩定性和耐久性風險。尤其，沉管隧道內車輛與路面的耦合振動問題，至今還少有系統性研究和成果應用，國內現行的設計方法中，對動力作用和超載因素影響的考慮還限于在靜力分析基礎上加以經驗修正，隧道內車輛動力荷載建模及求解相關研究的不足，一定程度影響了沉管隧道服役期安全及壽命評價的科學性和準確性。

該研究在充分考慮沉管隧道結構和車輛結構特性以及路面不平順激勵下的車輛與路面隨機脫離現象，建立符合工程特點的車輛—路面耦合動力系統模型及其動力荷載理論解；……