Ban, Bijay;Shrestha, Jagat K.;Pradhananga, Rojee;Shrestha, Kshitij C.
Advances in Computational Design
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제7권4호
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pp.371-393
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2022
This paper presents a three-dimensional flexible pavement simulated in ANSYS subjected to moving vehicular load on the surface of the pavement typical for the road section in Nepal. The adopted finite element (FE) model of pavement is validated with the classical theoretical formulations for half-space pavement. The validated model is further utilized to understand the damping and dynamic response of the pavement. Transient analysis of the developed FE model is done to understand the time varying response of the pavement under a moving vehicle. The material properties of pavement considered in the analysis is taken from typical road section used in Nepal. The response quantities of pavement with nonlinear viscoelastic asphalt layer are found significantly higher compared to the elastic pavement counterpart. The structural responses of the pavement decrease with increase in the vehicle speed due to less contact time between the tires of the vehicle and the road pavement.
One of the most difficult tasks in pavement management information systems is establishing the links between performance measures of a structure and the design and construction inputs. In-situ pavement performance can be considered a response variable to many project input variables, such as design, construction, and traffic loading effects. If we are to fully understand the component of pavement performance and specify the inputs through design and construction specifications to achieve that performance we must develop quantitative relationship between input and response variables through a scientific, fully integrated Pavement Performance Analysis System (PPAS). Hence, the objective of this study is to design a database model required for developing an effective database template that will allow analysis of pavement performance measures based on design and construction information linked by location. In order to select the most appropriate database model, a conceptual database model (Entity Relationship Model) and dimensional model, which is believed to be the most effective modeling technique for data warehouse project, are designed and compared. It is believed that other state highway agencies could adopt the proposed design strategy for implementing a PPAS at the discretion of the state highway agencies.
도로포장 반응모형의 구축을 위하여 새로운 방법론으로 부분최소제곱회귀모형의 활용성을 소개하고 실제 FWD 실험자료에 적용시켰다. 실증분석 결과 일반 다중회귀모형에서 발생된 다중공선성 문제를 부분최소제곱회귀모형을 통하여 해결방안을 제시하였으며, 변환된 자료가 아닌 원시자료를 이용하여 모형을 구축할 수 있다는 장점도 가지고 있다.
A finite element model based on the incremental endochronic theory for flexible pavement materials was developed in this study. Three grid systems with eight-node cubic isoparametric elements, and different loading steps were used to perform the calculations for a specimen of circular cylinder. The uniaxial stress experimental results on an asphalt mixture at $60^{\circ}C$ in SHRP conducted by University of California at Berkeley were used to check the ability of the derived numerical model. Then, the numerical results showed isotropic response and deviatoric response on the specimen in a three dimensional manner, which provided a better understanding for a deformed flexible material under the specified loading conditions.
본 연구는 국내에서 차량의 안전주행을 유도하기 위하여 곡선교, 고가차도 등의 포장면에 설치하는 미끄럼방지포장이 강상자형 교량에 미치는 영향을 분석하기 위하여 강상자형 교량에서 현장재하시험과 전산구조해석을 실시, 상호 비교함으로서 강상자형 교량의 동적 응답을 분석하였다. 강상자형 교량의 현장재하시험에서는 미끄럼방지포장전후의 고유진동수와 동적처짐을 측정하였으며 전산구조해석에서는 현장재하시험 교량의 제원을 입력값으로 하여 미끄럼방지포장전후의 동적응답을 해석하여 현장재하시험과 상호 비교 분석하였다. 본 연구는 분석한 자료를 바탕으로 미끄럼방지포장과 같은 도로시설물이 교량의 동적응답에 미치는 영향에 대해 기초자료를 제시하는데 그 목적이 있다.
When studying the vibration of a suspension bridge based on the traffic-bridge coupled system, most researchers ignored the contribution of the pavement response. For example, the pavement was simplified as a rigid base and the deformation of pavement was ignored. However, the action of deck pavement on the vibration of vehicles or bridges should not be neglected. This study is mainly focused on establishing a new methodology fully considering the effects of bridge deck pavement, probabilistic traffic flows, and varied road roughness conditions. The bridge deck pavement was modeled as a boundless Euler-Bernoulli beam supported on the Kelvin model; the typical traffic flows were simulated by the improved Cellular Automaton (CA) traffic flow model; and the traffic-pavement-bridge coupled equations were established by combining the equations of motion of the vehicles, pavement, and bridge using the displacement and interaction force relationship at the contact locations. The numerical studies show that the proposed method can more rationally simulate the effect of the pavement on the vibrations of bridge and vehicles.
Performance assessment of pavements proves useful, in terms of handling the ride quality, controlling the travel time of vehicles and adequate maintenance of pavements. Roughness profiles provide a good measure of the deteriorating condition of the pavement. For the accurate estimates of pavement roughness from dynamic vehicle responses, vehicle parameters should be known accurately. Information on vehicle parameters is uncertain, due to the wear and tear over time. Hence, condition monitoring of pavement requires the identification of pavement roughness along with vehicle parameters. The present study proposes a scheme which estimates the roughness profile of the pavement with the use of accurate estimates of vehicle parameters computed in parallel. Pavement model used in this study is a two-layer Euler-Bernoulli beam resting on a nonlinear Pasternak foundation. The asphalt topping of the pavement in the top layer is modeled as viscoelastic, and the base course bottom layer is modeled as elastic. The viscoelastic response of the top layer is modeled with the help of the Burgers model. The vehicle model considered in this study is a half car model, fitted with accelerometers at specified points. The identification of the coupled system of vehicle-pavement interaction employs a coupled scheme of an unbiased minimum variance estimator and an optimization scheme. The partitioning of observed noisy quantities to be used in the two schemes is investigated in detail before the analysis. The unbiased minimum variance estimator (MVE) make use of a linear state-space formulation including roughness, to overcome the linearization difficulties as in conventional nonlinear filters. MVE gives estimates for the unknown input and fed into the optimization scheme to yield estimates of vehicle parameters. The issue of ill-posedness of the problem is dealt with by introducing a regularization equivalent term in the objective function, specifically where a large number of parameters are to be estimated. Effect of different objective functions is also studied. The outcome of this research is an overall measure of pavement condition.
PURPOSES : This study is primarily focused on evaluating the effects of the non-linear stress-strain behavior of RAP concrete on structural response characteristics as is applicable to concrete pavement. METHODS : A 3D FE model was developed by incorporating the actual stress-strain behavior of RAP concrete obtained via flexural strength testing as a material property model to evaluate the effects of the non-linear stress-strain behavior to failure on the maximum stresses in the concrete slab and potential performance prediction results. In addition, a typical linear elastic model was employed to analyze the structural responses for comparison purposes. The analytical results from the FE model incorporating the actual stress-strain behavior of RAP concrete were compared to the corresponding results from the linear elastic FE model. RESULTS : The results indicate that the linear elastic model tends to yield higher predicted maximum stresses in the concrete as compared to those obtained via the actual stress-strain model. Consequently, these higher predicted stresses lead to a difference in potential performance of the concrete pavement containing RAP. CONCLUSIONS : Analysis of the concrete pavement containing RAP demonstrated that an appropriate analytical model using the actual stress-strain characteristics should be employed to calculate the structural responses of RAP concrete pavement instead of simply assuming the concrete to be a linear elastic material.
In recent years, study of the static response of pavements to moving vehicle and aircraft loads has received significant attention because of its relevance to the design of pavements and airport runways. The static response of beams resting on an elastic foundation and subjected to moving loads was studied by several researchers in the past. However, most of these studies were limited to steady-state analytical solutions for infinitely long beams resting on Winkler-type elastic foundations. Although the modelling of subgrade as a continuum is more accurate, such an approach can hardly be incorporated in analysis due to its complexity. In contrast, the two-parameter foundation model provides a better way for simulating the underlying soil medium and is conceptually more appealing than the one-parameter (Winkler) foundation model. The finite element method is one of the most suitable mathematical tools for analysing rigid pavements under moving loads. This paper presents an improved solution algorithm based on the finite element method for the static analysis of rigid pavements under moving vehicular or aircraft loads. The concrete pavement is discretized by finite and infinite beam elements, with the latter for modelling the infinity boundary conditions. The underlying soil medium is modelled by the Pasternak model allowing the shear interaction to exist between the spring elements. This can be accomplished by connecting the spring elements to a layer of incompressible vertical elements that can deform in transverse shear only. The deformations and forces maintaining equilibrium in the shear layer are considered by assuming the shear layer to be isotropic. A parametric study is conducted to investigate the effect of the position of moving loads on the response of pavement.
PURPOSES: A viscoelastic axisymmetric finite element analysis code has been developed for stress analysis of asphalt pavement structures. METHODS: Generalized Maxwell Model (GMM) and 4-node isoparametric element were employed for finite element formulation. The code was developed using $C^{+}^{+}$ computer program language and named as KICTPAVE. For the verification of the developed code, a structural model of a pavement system was constructed. The structural model was composed of three layers: asphalt layer, crushed stone layer, and soil subgrade. Two types of analysis were considered for the verification: (1)elastic static analysis, (2)viscoelastic time-dependent analysis. For the elastic static analysis, linear elastic material model was assigned to all the layers, and a static load was applied to the structural model. For the viscoelastic time-dependent analysis, GMM and linear elastic material model were assigned to the asphalt layer and all the other layers respectively, and a cyclic loading condition was applied to the structural model. RESULTS: The stresses and deformations from KICTPAVE were compared with those from ABAQUS. The analysis results obtained from the two codes showed good agreement in time-dependent response of the element under the loading area as well as the surface deformation of asphalt layer, and horizontal and vertical stresses along the axisymmetric axis. CONCLUSIONS: The validity of KICTPAVE was confirmed by showing the agreement of the analysis results from the two codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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