【目标】 为明确智能网联车辆普及对道路交通流的影响, 把握混合交通流运行规律, 找到利于智能网联车辆发展的交通条件, 对智能网联车辆与人工驾驶车辆混合的跟驰模型和基本图模型进行研究。【方法】 首先, 引入风险能量来表征车辆具有的威胁能力, 基于风险脉冲和风险脉冲场理论, 建立了行车风险脉冲场描述风险分布情况。然后, 建立符合智能网联车辆感知交互能力的跟驰模型, 与FVD模型共同构成混合交通流跟驰模型, 并推导混合交通流基本图模型。最后, 对不同智能网联车辆渗透率和不同车型构成情况下交通流基本图进行模拟, 分析智能网联车辆普及对道路通行能力的影响, 并得到相应的交通管控建议。【结果】 随着智能网联车辆渗透率不断增加, 道路最大通行能力不断提高, 最优均衡速度不断增大, 并且最大通行能力提高程度受车流构成影响。当智能网联车辆渗透率为100%时, 道路最大通行能力由2 320 veh/h提高到3 060 veh/h, 且对应的最优均衡速度由16 m/s提高到19 m/s; 45%威胁性车辆的混入可使道路通行能力减少约17.5%。【结论】 采取合理管控措施分离不同类型的车流并控制道路均衡速度更能发挥智能网联车辆的优势。
【目标】 针对城市道路网络扩展和交通条件多样化导致的短时交通流量预测精度不足问题, 提出了一种基于CEEMDAN序列分解和改进灰狼优化算法(IGWO)的CNN-BiLSTM组合预测模型。【方法】 首先, 采用CEEMDAN对原始交通流量数据进行序列分解, 将数据分解为15个IMF分量和1个残差, 有效分离不同频率的本征模态函数并去除噪声, 克服了传统EMD模型中的模式混叠问题。然后, 利用IGWO对CNN-BiLSTM网络的超参数进行优化, 包括卷积层层数、卷积核数量、BiLSTM神经元数量和池化层步长等关键参数, 提升模型预测精度。最后, 将每个IMF分量和残差分别输入到优化后的CNN-BiLSTM模型中进行预测, 直接将所有预测结果相加融合得到最终预测结果。【结果】 与传统的CNN-BiLSTM模型相比, 所提出的CEEMDAN-IGWO-CNN-BiLSTM模型在预测精度上显著提升, MAE降低58.04%, MAPE降低57.86%, RMSE降低57.66%。【结论】 该模型能够有效捕捉交通流量的时序相关性、周期性及噪声特性, 为交通管理部门提供更精确的交通系统状态把握, 有助于优化交通流分配, 提高交通系统整体运行效率。本研究不仅验证了CEEMDAN序列分解和IGWO在短时交通流量预测中的有效性, 也为智能交通系统的发展提供了新的思路和方法, 对缓解城市交通拥堵、提升道路通行效率具有重要的应用价值。
【目标】 关键因素辨识是遏制事故的重要途径, 对事故的发生起着决定性作用; 而关键因素间的耦合作用在加剧事故发展的同时, 对事故的演化及后果起到重要作用。为精准辨识关键因素并定量表征关键因素间的耦合作用关系, 以危险品道路运输事故为研究对象, 提出了融合高阶网络(HON)与功能共振分析法(FRAM)的关键因素耦合作用分析方法。【方法】 首先, 基于事故致因高阶网络中的重叠社团划分提取事故关键节点及其作用关系网络, 构建关键节点间的HON-FRAM模型。然后, 定量分析节点间性能变化和潜在耦合关系, 以识别易受耦合变异影响的链路及交互作用机理。最后, 以2017至2021年中国发生的危险品道路运输事故为例进行实证分析。【结果】 危险品道路运输系统中存在10条高耦合功能失效和断裂链路, 其中人因功能和车辆功能是易产生失效链条的重要致因功能。操作不当是最易导致事故发生的人为致因, 碰撞和翻车是最易引发二次事故的高耦合初始事故类型节点, 罐体破损是事故演化的重要中转节点。【结论】 所建立模型有效模拟危险品道路运输事故中关键因素间的交互作用机理, 识别了关键致因及其高耦合链路。
【目标】 为在轮毂电机智能车辆高速紧急换道避障时, 实现避障安全、车辆操稳和轨迹精确, 提出了一种基于换道风险预测的路径规划和路径跟踪控制策略。【方法】 首先, 基于自车行驶环境搭建了双模糊动态辨识风险预测模型, 评估是否换道避障。其次, 提出了基于五次多项式的避障规划路径算法, 并采用拉格朗日乘子法规划最优轨迹。然后, 为提高路径跟踪精度, 设计了基于模型预测的横向位移跟踪控制器; 为提升路径跟踪横向稳定性, 设计了以期望参数偏差最小为目标的优化积分滑模控制器, 计算所需横摆补偿力矩; 为保持避障过程纵向车速稳定, 开发了车速自适应模糊PI控制器, 以决策所需纵向调节力矩。最后, 基于横纵向力矩约束, 对轮毂电机各轮力矩实现调节。【结果】 72 km/h工况下, 换道横向跟踪误差控制在0.18 m内, 稳态误差控制在4.3%内, 避障时间为1.5 s, 自适应PI纵向车速控制偏差在0.12 m/s内; 100 km/h工况下, 横向跟踪误差控制在0.46 m内, 车辆恢复稳定用时为2.3 s, 反观对比控制策略, 其在高速工况下出现了失稳问题。【结论】 本研究控制策略在中高速工况下有效避障, 并且在避障过程中保持车身稳定性及轨迹跟踪精度, 提升了换道避障安全性。
【目标】 为科学预测粤港跨境公路交通流量的发展规模, 提升交通基础设施规划决策的科学性, 本研究基于系统动力学理论, 建立粤港跨境公路交通流量预测模型。【方法】 首先, 将跨境公路交通分为客运交通和货运交通, 分别分析跨境客车流量与经济发展水平、人口规模、车辆因素的相关关系, 以及跨境货车流量与粤港贸易、港口货运、内地供应香港生活物资需求的相关关系, 形成系统因果关系图。然后, 利用Vensim PLE软件建立跨境公路交通流量的系统流图和动力学方程, 构建粤港跨境公路交通流量系统动力学模型, 并以1999至2019年实测数据为基础, 通过仿真验证模型的精度。最后, 结合经济、人口及港口发展等因素, 设置低、中、高3种增长情景, 预测至2035年的跨境公路交通流量。【结果】 仿真结果显示, 模型误差在±6.5%以内, 验证了系统动力学模型的可靠性。预测结果表明, 2035年粤港跨境公路交通流量在低增长情景下为5.46万辆/d, 中增长情景下为7.10万辆/d, 高增长情景下为21.8万辆/d; 其中, 客运车辆流量增长速度明显高于货运车辆, 是未来增长的主要驱动力。【结论】 基于系统动力学的粤港跨境公路交通流量预测方法具有较强的可操作性与适应性, 能够弥补传统交通预测模型在跨境交通场景下因变量耦合复杂而导致的精度不足问题。研究结果可为未来粤港跨境公路通道的规划布局及跨境政策的制定提供科学支撑与决策依据。
【目标】 为了提升沥青混合料密度测量的便捷性, 提出利用环境空气测量沥青混合料密度的方法, 并设计试验评估了其测量不确定度。【方法】 首先, 基于理想气体定律建立测量模型, 通过构建定容密闭测量腔体, 在恒温条件下监测空气流入至真空腔体过程中的压强与物质的量增量, 精确计算腔体空余体积, 进而结合已知的测量室总体积与高精度天平测得的质量, 得到试件密度。然后, 为验证该方法在实际沥青混合料试件上的表现, 研究利用实体沥青芯样进行了测量, 并与表干法进行了系统性对比。为进一步探究传统方法测量偏差的来源, 专门设计并实施了蜡封法的系列对比试验。最后, 为精确评估方法性能并分析开口孔隙的影响, 研究设计了特定内部结构的标准体积试件, 将所提方法与水中重法进行了溯源性对比试验与不确定度分析。【结果】 所提方法与表干法的测量结果相关系数达到0.99, 且受测量操作过程的影响更小。尤其在试件孔隙呈现内部空腔较大而开口孔径较小的情况下, 本方法比传统方法的体积和密度测量误差降低了9.0 cm3和0.048 g/cm3。【结论】 所提方法的密度单次测量扩展不确定度达到0.028 g/cm3, 且测量过程不依赖稀有气体, 测量结果不受开口孔隙形态影响, 实现了沥青混合料密度参数的高精度、便携式自动化测量。
【目标】 研究热-盐耦合作用下水泥稳定碎石在单轴压缩条件下的应力-应变曲线变化规律, 并建立相应的本构模型, 以揭示其力学响应特征与内在变形机理。【方法】 基于现有的混凝土单轴压缩本构模型, 通过对水稳碎石进行单轴压缩试验, 分析了不同温度与水泥含量对其力学性能的影响。进而, 提出一种基于最小二乘拟合与数据归一化处理的水稳碎石本构模型, 用以表征其在热-盐耦合作用下的单轴压缩力学响应与变形机理。【结果】 在温度与硫酸钠盐分的共同作用下, 水稳碎石的应力-应变曲线与混凝土相似, 呈现出典型的3个阶段: 直线上升段、曲线上升段和曲线下降段。根据这一曲线特征, 对经典的过镇海应力-应变本构模型进行了修正, 引入了反映热-盐耦合作用下影响的参数, 成功构建了适用于硫酸钠侵蚀条件下的水稳碎石单轴压缩本构模型。【结论】 通过最小二乘法与数据归一化处理, 所建立的热-盐耦合作用单轴压缩本构模型, 清晰地揭示了材料的力学响应规律与变形机理。该模型为后续深入研究水泥稳定碎石在多轴应力状态下的损伤本构模型奠定了坚实的理论基础。
【目标】 桩承式路堤离心模型试验普遍采用提高离心加速度(升g)的方法模拟堆载过程, 然而, 该过程对模型自身力学响应的影响机制尚不清晰。为此, 本研究深入揭示了升g堆载方式对桩承式路堤模型受力与变形特性的影响规律。【方法】 开展了基于分层快速堆载、分层慢速堆载与不分层慢速堆载3种工况的路堤堆载离心模型试验, 研究了不同升g方式堆载模拟阶段的沉降与回弹变形、桩土应力分布、超静孔压分布等规律, 探讨了使用升g法考虑不同分层情况与堆载速率进行路堤堆载模拟的局限性。【结果】 停机后再升g模拟分层堆载将使模型经历卸载-回弹-再加载过程, 地基呈现明显的回弹再压特性, 使得模型的加荷情况与典型原型工程有所出入, 增加了变形预测与桩土相互作用的复杂性, 凸显了孔压滞后效应与路堤边坡效应。复合地基在升g阶段自身产生附加变形, 使其沉降结果偏大; 升g速度越快, 卸载时地表回弹越大。停机再加载过程导致桩间土相对桩有所上浮, 桩身局部受拉, 桩土沉降差及应力比均偏低。【结论】 提高路堤堆载速度将降低复合地基的变形控制能力, 放慢堆载速度和将停机堆载转换为一次线性堆载均有益于变形控制。桩承式路堤离心模型试验的堆载模拟方式应当充分考虑模型应力历史与原型实际工况的相似性。
【目标】 量化边坡滑面倾角与材料参数动态变化共同作用下边坡下滑推力矢量和法的计算精度, 为边坡抗滑工程实践提供理论支撑。【方法】 选取典型圆弧型滑面边坡算例与滑面倾角变化值较大的折线型滑面边坡工程实例, 应用有限元法得到坡内应力状态, 采用下滑推力矢量和法进行分析, 得到边坡安全系数与不同设计安全系数下的下滑推力, 并对比严格极限平衡Morgenstren-Price(M-P)法; 针对土体强度参数与变形参数进行敏感性分析, 确定各参数对计算结果的影响程度。【结果】 滑面倾角变化值高达45°时, 矢量和法安全系数相对M-P法的误差小于5%, 而规范传递系数法的误差最大超过35%;传递系数法下滑推力与滑面倾角变化值显著相关, 而矢量和法下滑推力基本不受倾角变化值的影响; 土体内摩擦角、弹性模量与泊松比的改变基本不影响下滑推力矢量和法的计算精度。【结论】 下滑推力矢量和法适用于倾角变化剧烈的折线型滑面边坡, 且计算得到的下滑推力与安全系数合理可靠。下滑推力矢量和法可作为规范传递系数法的补充, 有望应用于滑面倾角变化过大的边坡抗滑工程。
【目标】 为评估粉煤灰作为路基填料在高速公路中长期运营中对周边环境的累积影响, 以河北秦乐高速公路为研究对象, 开展实地调查与分析。【方法】 对公路沿线土壤、水体及植被进行系统采样, 测定主要污染物种类与含量, 并采用地累积指数评估重金属污染程度。【结果】 高速公路路域土壤中, 重金属元素含量随路侧距离的增加而降低, 各处重金属元素含量均低于国标中的筛选值, 显示粉煤灰路基对道路周边土壤污染的风险较小; Cu在不同距离采样点的地累积指数值均小于0, 而Zn, Cr, Pb等元素除5 m采样点距离外其他采样点距离的地累积指数值均小于0, 显示为无污染; 研究路段两侧水体污染物和重金属检测结果表明, 其水质符合集中式生活饮用水地表水源地一级保护区标准; 采样路段两侧黑麦草植物体中5种重金属元素含量平均值由大到小排序依次为Pb, Cr, Cu, Cd, Zn, 且均低于限量值; Cd, Pb, Cr的富集系数在0.01~0.06之间波动, 而Cu和Zn的富集系数均为0, 均未构成污染风险。【结论】 河北秦乐高速公路使用粉煤灰填料筑路对道路两侧的土壤、水体以及植被的污染累积效应较轻, 研究结果可为高速公路路基填料中应用粉煤灰提供理论支持。
【目标】 以西藏玉龙铜矿公路边坡的砂岩为研究对象, 探究冻融循环作用对饱水砂岩能量演化与破坏前兆特征的影响。【方法】 采用冻融循环试验箱对岩样进行预处理, 开展不同冻融循环次数下的静态压缩试验和实时声发射监测试验, 分析冻融饱水砂岩的力学特性及破坏过程中的声发射特征。结合临界慢化理论, 阐述冻融作用下饱水砂岩的破坏前兆特征。【结果】 饱水砂岩的抗压强度、弹性模量和总应变能均随冻融次数的增大而减小, 120次冻融后, 与未冻融时相比, 抗压强度降低34.38%, 弹性模量降低22.66%, 总应变能降低29.77%;随着冻融次数的增加, 试样由张拉破坏为主的张剪破坏, 逐渐转化为以剪切破坏为主的"X"型剪切破坏; 声发射b值、振铃计数方差和自相关系数的前兆点均可作为试样破坏前兆的判据, 预测破坏时间随着冻融次数的增加而增加, 120次冻融后, 三者的预测破坏时间依次比试样破坏时刻提前45.9, 68.4, 73.2 s。【结论】 与声发射b值的预测破坏时间相比, 振铃计数方差和自相关系数的预测破坏时间更早。
【目标】 针对钢-混组合梁桥在车辆荷载及冻融、腐蚀等环境因素的共同作用下容易出现桥面平整度逐渐降低的问题, 对桥梁冲击系数随桥面退化程度变化情况进行分析, 明晰冲击系数的变化规律, 为交通养护部门提供科学依据, 以便对桥面进行有效的养护管理。【方法】 选取一座双工字钢-混组合连续梁桥, 在不同桥面平整度状况下进行车桥耦合振动分析, 评估平整度变化对桥梁冲击系数的影响。首先结合桥面平整度系数和统计数据提出了桥面平整度退化模型; 然后采用Ansys软件编写车桥耦合程序分析桥面退化程度对冲击系数的影响, 得出桥面平整度退化影响下冲击系数的变化规律; 最后分别在现行规范基础上引入修正系数(平整度与时间), 对冲击系数计算公式进行修正。【结果】 桥面平整度随着运营时间的增长而不断降低, 且降低速率越来越大; 在桥面平整度等级为C级和D级时, 冲击系数与现行规范给定公式计算的冲击系数有较大差异; 冲击系数随着运营时间的增加呈指数型增长。【结论】 修正后的计算公式可以计算不同桥面平整度等级下的冲击系数, 亦能预测钢-混组合连续梁桥冲击系数随运营时间的变化, 为桥面铺装养护时间的确定提供参考。
【目标】 基于嵌固式设计新理念提出预制拼装混凝土桥梁SS级护栏结构, 并验证其安全性能, 评估其在多样化工程工况下的安全性与普适性, 为该护栏的工程推广应用提供全面数据支撑。【方法】 采用计算机仿真与实车碰撞试验相结合的方法。首先, 依据SS级碰撞条件建立经可靠性验证的仿真模型模拟车辆碰撞护栏过程, 评估预制护栏的安全性能, 考虑实际工程工况存在多样化, 为保证预制拼装混凝土桥梁护栏的安全性和普适性, 试验从较不利角度设置条件, 包括减少混凝土预制护栏墙体养护时间, 减小桥梁翼缘板配筋强度, 增大安装调节缝预留以及采用较不利的碰撞条件。【结果】 预制拼装混凝土桥梁护栏的防护能力达到SS级, 其阻挡功能、缓冲功能及导向功能的各项安全评价指标均满足评价标准的规定。试验后护栏背部挡块无严重的结构性损坏, 裂纹仅存在于碰撞区域, 便于实际工程应用后期维修。同时, 背部挡块与护栏墙体间设置的2 cm调节缝可调节护栏纵向线形, 使该预制护栏在实际工程应用中兼具操作方便性及整体美观性。【结论】 该预制拼装桥梁SS级护栏安全性能满足标准要求, 在实用性、经济性及美观性上表现优异, 能实现快速拼装, 提高施工作业效率、缩短施工工期并节省建设费用, 可保障桥梁路段运营安全、优化工程品质, 满足实际工程整体建设的需求, 具备广泛的工程应用价值。
【目标】 针对沿海软土区超近接高压旋喷桩施工对既有桩基产生安全扰动的问题, 本研究旨在揭示其扰动演化规律与多场耦合机制, 为软土区超近接旋喷施工提供针对性技术支撑。【方法】 以省道与高速并线段工程为依托, 开展旋喷施工-桩基响应原位足尺试验, 同步监测桩基及桩周土体的深层水平位移、土压力及孔隙水压力响应。在此基础上, 明确喷浆压力与施工距离的临界阈值。【结果】 桩基水平位移呈"压力线性增长、距离指数衰减"规律, 15 MPa为土体弹-塑性变形的旋喷压力临界点, 此压力下1.0 m间距处土压力达110 kPa, 20 MPa旋喷压力时, 因土体塑性屈服释放, 该处土压力应力降至91 kPa; 土压力与孔隙水压力均表现出"近场集中、远场衰减"特征, 20 MPa旋喷压力下, 1.0 m间距处孔隙水压力达68 kPa, 间距增加至2.0 m时, 孔隙水压力衰减率达72%, 且施工后72 h消散率达90%;桩土位移符合Boussinesq应力扩散模型, 其中土体位移为桩基位移的10.1倍, 孔隙水压力每升高10 kPa, 桩基水平位移增加0.41 mm, 且10 m深度砂层为扰动敏感层, 其位移贡献占比超75%。【结论】 揭示"高压射流-孔压累积-土体强度劣化-桩基位移放大"的耦合机制, 并据此提出旋喷压力≤15 MPa、安全距离≥1.5 m及砂层预加固的组合控制方案, 为软土区超近接旋喷施工提供"压力-距离-土层"三维调控依据。
【目标】 为解决大跨径CFST拱桥节段拼装斜拉扣挂施工中, 传统的索力优化方法无法考虑不同施工阶段受力状态影响的问题, 提出一种新的斜拉扣挂索力优化方法, 以保证施工过程中拱肋在不同施工阶段下的线形。【方法】 首先通过理论分析和数值模拟, 在考虑拱肋不同施工阶段受力状态的基础上, 利用影响矩阵法将每个施工阶段斜拉扣挂索力与拱肋线形的影响关系进行显式化, 进而得到优化目标函数; 然后利用粒子群算法, 针对每个施工阶段索力开展动态优化计算; 最后获得不同施工阶段斜拉扣挂最优索力, 从而保证拱肋施工全过程的受力及线形合理。【结果】 优化计算扣索的索力在施工全过程变化均匀度普遍在80%以上。拱肋节段拼装全过程的线形偏差最大值相比传统一次张拉情况减小了157.6 mm。拱肋节段拼装全过程应力整体较小, 最大应力值相比传统一次张拉情况减小了68.8 MPa。拱肋不同施工阶段线形偏差变化均匀, 偏差值相比传统一次张拉整体较小。优化后拱肋拼装线形和松索线形均较为合理。【结论】 拱肋施工全过程受力变形稳定, 线形合理, 所述优化方法计算索力效果较好。
【目标】 为探究地震动水力作用下深水矮塔斜拉桥斜拉索的滑移效应, 评估不平衡索力对索鞍抗滑性能的影响, 并为地震下斜拉索抗滑设计提供依据。【方法】 基于辐射波浪理论计算承台动水力附加质量, 基于Morison方程计算桩基动水力附加质量, 以节点质量形式施加于结构相应部位, 构建考虑地震动水作用的全桥非线性有限元模型。通过数值分析研究地震作用下斜拉索的滑移行为, 并探讨不同水位和不同地震强度对滑移效应的影响。【结果】 在设防地震(E2水准)作用下, 仅依靠索鞍与斜拉索间摩擦力不足以抵抗地震引起的不平衡索力, 水位变化对滑移行为影响显著但机制复杂, E2地震在不同水位下均可能引发滑移, 由动水附加质量增大引起的惯性力放大效应是主导因素, 因此存在水位越高响应越大的趋势。地震强度是控制滑移的关键因素, 多遇地震下结构基本稳定, 罕遇地震下滑移显著且可能威胁结构安全, 当地震强度增至0.15g时, 索力峰值可达7 400 kN, 不平衡索力峰值接近2 000 kN。滑移量随地震动强度非线性增长, 特定水位下水动力与结构振型耦合可能放大响应。【结论】 在深水矮塔斜拉桥抗震设计中, 斜拉索滑移应作为关键校核项, 不能仅依赖摩擦力传力, 需设置有效抗滑装置或采取约束措施。研究结论对深水矮塔斜拉桥斜拉索设计与抗震性能提升具有参考价值。
【目标】 针对船舶与桥梁防船撞装置正面相撞的情况, 以南京长江第二大桥北汊桥为工程背景, 研究钢-聚氨酯泡沫芯防船撞装置在碰撞过程中的缓冲性能。【方法】 利用LS-DYNA软件建立了高精度的三维有限元碰撞系统模型显式动力学计算方法, 真实模拟船舶与防船撞装置的碰撞过程, 选取撞深、峰值力和平均撞击力等多项指标, 分析了不同钢板厚度和聚氨酯泡沫密度对缓冲性能的影响规律, 全面评估缓冲性能。【结果】 该防船撞装置的力学性能表现出明确的规律性: 装置的整体刚度与最大撞深呈反比关系, 而峰值力与平均撞击力则呈现正相关性。能量分析显示, 装置的耗能是由钢板与聚氨酯泡沫协同完成的。参数化分析得到: 将钢板厚度从8 mm增加至10 mm, 可使装置的最大撞深显著减小23.36%;而将聚氨酯泡沫密度从40 kg/m3提高到50 kg/m3, 则能带来更为显著的35.37%的撞深减小, 这充分说明了材料参数对缓冲性能具有重要影响。增大钢板厚度和聚氨酯泡沫密度均能有效提升防船撞装置的缓冲性能。【结论】 通过多方案对比优化, 最终确定采用50 kg/m3聚氨酯泡沫与10 mm钢板组合的方案。该方案可实现21.03%的船撞力折减率, 并且符合规范要求和经济性, 具有良好的工程应用价值。
【目标】 针对大跨径多塔矮塔斜拉桥顶推合龙过程中, 因顶推顺序与顶推力参数不合理引发的过大反向位移及不利内力问题, 提出了多矮塔斜拉桥顶推合龙优化方法, 为同类型桥梁合龙方案的科学选择与关键参数优化提供可靠技术支撑。【方法】 考虑多塔结构单一指标对应多个构件响应的特点, 以复杂结构整体响应状况为控制目标, 引入经验熵权法构建基于分级赋权的多目标控制评价模型。以六塔七跨的西拉沐伦河特大桥为实桥案例, 建立桥梁有限元模型, 模拟分析不同合龙顺序及不同顶推力下的结构响应, 进而计算各关键指标的多构件响应值并依托评价模型进行综合优化。【结果】 合龙顺序对多矮塔斜拉桥成桥阶段指标的整体影响较小, 而合龙顶推力则显著影响桥梁成桥运营期的塔梁位移、墩顶位移及墩底应力, 优化顶推力可有效改善结构响应, 减小内力与变形带来的不利影响。【结论】 基于结构整体响应多目标评价方法确定的最优顶推力与传统峰值法存在差异, 所构建的基于分级赋权的多目标控制评价模型, 可有效适配多塔结构单一指标多构件响应的复杂特性, 研究结果对保障同类型桥梁成桥线型与结构安全具有重要参考价值。
【目标】 通过高效评估吊索销轴轴套磨损的疲劳性能, 分析不同轴套材质对吊索销轴轴套疲劳磨损寿命的影响, 使得悬索桥可通过简单的倾角测试, 即可实现对吊索销轴轴套磨损状态的评估, 为悬索桥预防性养护策略提供理论支撑。【方法】 基于江阴大桥吊索销轴轴套机械性能参数、长周期吊索倾斜数据和轴套材料(DU、锡青铜、铝青铜、铝黄铜)磨损对比试验结果, 提出了基于累积损伤和基于可靠度理论的2种吊索销轴疲劳寿命评估方法。【结果】 吊索销轴轴套产生累积磨损主要受吊索端部高频小幅往复转动所致; 吊索销轴轴套破坏顶推次数符合对数正态分布; 锡青铜轴套相较于DU、铝青铜、铝黄铜轴套疲劳寿命更长; 在采用锡青铜材质的情况下, 基于累积损伤的评估方法和基于可靠度理论的评估方法评估的疲劳寿命分别为13.37 a和11.68 a。【结论】 基于累积损伤和基于可靠度理论的评估方法均可通过吊索倾角监测指标高效评估轴套疲劳寿命。基于可靠度理论的评估方法所得吊索销轴轴套疲劳寿命低于基于累积损伤的评估方法, 评估预期寿命减少11.11%~13.64%, 可动态调整目标可靠度指标, 工程适用性更强。
【目标】 隧道穿越富水软弱破碎岩层时, 易发生突泥涌水、掌子面失稳以及高水压力等灾害并发的复合型灾害, 对此提出一套综合的治理技术措施。【方法】 以大梁山隧道为依托, 采用渗流理论和岩土变形控制分析方法, 结合隧道防排水原则, 分析了隧道涌水和掌子面失稳发生机制以及衬砌外水压力问题, 在此基础上探讨了治理方案, 并通过数值模拟对各组合治理方案进行了对比, 最后在大梁山隧道中进行了应用效果评价。【结果】 在辅以径向注浆措施条件下, 与超前小导管结合两台阶法或两台阶预留核心土法的综合治理方案相比, 超前管棚和超前小导管预支护结合两台阶工法的方案可以有效控制掌子面纵向位移和拱顶下沉, 衬砌外水压力也较原方案降低了16%。现场应用后, 监测到衬砌外水压力最高为95.61 kPa, 对结构安全影响较小, 初期支护钢架最大应力为49.47 MPa, 远小于钢材屈服强度, 二次衬砌安全系数远大于规范要求。【结论】 加强预支护相较预留核心土, 可以更有效地控制富水软弱破碎围岩段掌子面掉块坍塌和涌水风险。
【目标】 为优化隧道光环境和彩色路面设置, 提升隧道驾驶安全性与舒适性, 基于彩色路面环境下隧道亮度需求, 提出隧道彩色路面颜色衔接段长度计算方法。【方法】 首先考虑驾驶员生心理特征, 分析隧道亮度需求, 在此基础上, 针对福建省几条典型隧道, 通过基于规范的隧道亮度需求计算, 采用回归拟合分析, 提出满足驾驶舒适性的隧道亮度需求模型。其次结合路面颜色区段分布, 研究颜色衔接段端点位置范围, 并根据亮度需求四分位数, 界定路面颜色衔接段端点, 建立基于亮度需求的隧道路面颜色衔接段长度模型, 同时给出颜色衔接段长度计算流程。最后以福建省天岐岭隧道为例, 计算实例隧道路面颜色衔接段长度, 并采用DIALux软件和眼动仪, 对比评价颜色衔接段长度优化前后的方案。【结果】 相比不设路面颜色衔接段的原设计方案, 优化设计方案的基于瞳孔面积变化率的不舒适时间比例显著下降, 平均下降了29.16%, 而路面亮度总均匀度在一定程度上升, 平均上升了14.58%。【结论】 基于亮度需求的隧道彩色路面颜色衔接段长度计算方法有助于改善驾驶舒适性, 提升亮度均匀度, 从而完善隧道彩色路面设置理论, 提高隧道彩色路面的适用性。
【目标】 针对富水区隧道穿越断层破碎带时掌子面易失稳、现有加固技术缺乏量化依据的工程难题, 研究真空抽水加固对围岩稳定性的调控机制, 提出可直接指导施工的量化加固方案。【方法】 以湖北宜巴高速段家屋隧道V级泥质粉砂岩为研究载体, 通过抗剪强度试验, 常水头渗透试验测定岩体含水率与抗剪参数, 干密度与渗透系数的关联规律; 基于渗流-应力耦合理论构建数值模型, 模拟不同真空度、断层泥倾角及非线性系数下的围岩响应, 分析加固区域核心力学参数的动态变化特征。【结果】 真空抽水加固对围岩稳定性的调控具有明显区域局限性, 随真空度绝对值提升, 围岩孔隙比从初始0.287降至0.267, 最大降幅7.1%;负压区范围持续扩展, 抽水稳定时间从1.5 h延长至1 100 h; 渗透系数、弹性模量、内摩擦角最大变化幅度分别达5.9%, 5.2%, 11.2%, 黏聚力变化较小(仅0.6%)。【结论】 真空抽水可通过优化孔隙结构提升泥质粉砂岩围岩短期稳定性, 但无法改变岩体强度等级, 需结合辅助工法实现围岩等级提升。
