软土地基上路基的不均匀沉降变形加速了沥青路面结构的早期破坏;由于国内90%以上的高速公路都是常规的半刚性基层沥青路面结构,不能很好地消散不均匀沉降产生的附加应力,因此有必要提出新的适应软土地基上的路面结构形式。依托淮盐高速公路中设有级配碎石夹层结构的试验段,采用ABAQUS非线性有限元分析了该路面结构在不均匀沉降时的底基层和应力控制层层底的附加应力。结果表明,不均匀沉降增大时,底基层和应力控制层的水平向附加应力都呈线性增大;底基层厚度一定时,底基层模量越大,其层底拉应力越大,而应力控制层水平向附加应力明显减小,但是底基层厚度不宜太厚;相对于半刚性基层路面,设有级配碎石夹层结构的路面有更大的强度储备,更能适应软基不均匀沉降。所得结论对今后软土地基上的路面结构设计有一定的指导意义。
针对多年冻土地区普遍存在的路基不均匀融沉变形现象,根据弹塑性固结理论,采用有限元方法对路基融沉变形进行计算分析,探讨了边界排水条件对路堤融沉变形以及路基表面水平位移的影响,并分析了地基融深和路堤高度对沉降的影响。研究结果表明,路基沉降随融深的增加而增加,排水状态的路基融沉变形比不排水的融沉变形大;路基融沉变形随路堤高度的增加而增加,路基是否排水对路基融沉变形和路基水平位移有显著影响。计算结果与实测值比较,所建立模型的理论计算值与实际观测结果基本一致,回归结果得出多年冻土地区路基融沉变形规律。
实际中汽车总是以一定的速度行驶在路面上,首先将汽车荷载简化为移动的均布荷载,借助大型有限元软件ABAQUS,利用三维动力有限元方法,分析了移动荷载下车辆正常行驶状态、慢速行驶及刹车情况时路面结构内部应力响应规律。分析结果表明,较低的速度将会使路面结构内部产生更大的应力,各应力分量与速度变化基本呈线性关系;刹车过程中在路表面产生的水平荷载对路表面层附近的水平剪应力影响相当大,在刹车较频繁区域,提高面层及其层间接触面的抗剪强度,可减少或防止推挤、拥包等病害的出现。分析结果可为路面结构设计和路面施工提供理论参考。
主要研究了水泥用量、胶凝材料类型、引气量、砂率等因素对混凝土干缩变形的影响。混凝土试件尺寸采用100 mm×100 mm×515mm,试验在控温控湿箱内进行,通过控温控湿箱的自动调节功能,设定目标温度和湿度过程,湿度按要求自动调节,利用千分表观察试件干湿变形值。湿度变化过程如下:从当前湿度用30 min升到相对湿度99%,恒定180 min,读取初值;用30 min降低湿度到10%,恒定180 min,读取终值;再用30 min升高湿度到99%,恒定180 min,读取初值,如此进行3个循环。试验结果表明:随水泥用量的增加,混凝土早期干缩变形增大;单掺硅灰的混凝土早期干湿变形大,单掺粉煤灰和混掺硅灰与粉煤灰的混凝土差别不大;3 d龄期的混凝土含气量越大,干湿变形也越大;28 d龄期以后,在含气量小于6.8%的情况下,干湿变形随含气量的增加而减小,而当含气量达到10%,干湿变形又呈现增大的趋势。
准确测定半刚性基层材料温缩系数比较困难,建议测试中采用能够自动采集数据的测试系统,用石英玻璃作为温度补偿片并使用标距较长的电阻应变片,在操作过程中应该特别注意应变胶的选择、试件表面处理方式以及测试温度的变化控制。通过试验研究了不同应变胶、不同试件表面处理方式以及不同的恒温时间对测试结果的影响。试验结果表明,为提高测试准确性和精度,温度补偿片上使用的应变胶应及时更新且应与被测试件上的应变胶种类保持一致;对于表面粗糙的试件,可以采用水泥浆或二灰(石灰、粉煤灰)浆均匀涂抹在表面以改善试件表面粗糙的现象,但厚度应足够薄,以填充表面但不形成一层为宜。缩短恒温段时间有利于加快试验进度,但每个恒温段的恒温时间不能小于2 h。
为建立预应力混凝土梁桥预应力束的统一描述方法,引入非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational Basic Spline,NURBS),提出了基于NURBS的预应力束模型。通过对预应力束设计阶段和施工阶段的分析,说明了以NURBS作为预应力束几何模型的内在原因。与目前普遍采用的折线逼近法相比较,NURBS模型表达参数较少,易于进行前处理,应用在预应力等效荷载、预应力损失等计算中具有较高的精度和效率。实例分析证明,NURBS预应力束模型可以作为一种统一描述方法,不仅适合于预应力混凝土梁桥,且可以更广泛地应用于其他预应力结构的设计和计算分析之中。
斜拉桥安装、张拉、起拱等系统的施工全过程分析和控制技术是一项涉及斜拉桥质量和安全的关键技术问题。采用空间非线性有限元模拟了五河口斜拉桥的主梁悬臂施工过程,根据该桥实际划分的施工时段,结合有限元步进法、1阶分析法和按龄期调整的有效模量法,并考虑了几何非线性因素的影响和预应力钢筋的作用,计算了桥梁从施工到成桥任一时刻主梁和主塔受力和变形状态,编制了相应的计算程序,从理论上预测出结构在每个施工过程中的受力和变形状态。结果表明,采用该方法来确定斜拉桥的合理施工状态是可行的,结果是合理的,为该桥的施工控制提供了依据。
针对后张预应力混凝土梁管道摩阻损失测试的必要性和重要性,介绍了预应力管道摩阻损失的测试原理和方法。在现场对某一后张预应力混凝土梁的管道摩阻进行测试。根据实际测试结果采用最小二乘原理识别管道摩阻系数μ和偏差系数k,分析了测试方法的合理性和试验结果的可靠性。综合有关文献分析了管道摩阻系数μ的取值情况,认为对管道摩阻损失计算影响较为显著的系数μ值的离散性较大,实际测试结果一般偏大并有超过规范取值的现象。现场应尽量进行管道摩阻测试以决定μ的取值。最后对管道摩阻损失测试方法提出了一些必要的建议。
研究了基于弦振动理论应用频率法进行大跨度系杆拱桥柔性吊杆张力测试的基本方法,尤其是对影响频率法测定吊杆张力精度的若干参数,如吊杆的边界条件、减振阻尼器及有效计算长度等进行了较理想的识别。文中推导了张力测试的实用公式,并通过现场张力标定,对上述若干参数进行有效识别,提高了张力测试精度并减少了识别工作量。实测结果表明,根据文中提供的参数识别方法进行参数识别后所得到的吊杆张力计算值大部分具有较高的监测精度,可以满足施工和运营期间监测吊杆张力的需要。
桥面系的方案选择是关系到整座桥的造价以及受力性能的重要因素,广州市中山一桥在进行桥面设计时采用了两个方案,一个是钢-混凝土结合梁体系,另一个是钢箱体系。通过对两种方案的截面几何尺寸、构件内力、挠度和变形曲线、自振周期和振型这几个方面的分析比较,得到它们之间的受力性能异同,结合中山一桥的具体特点和这两种方案下受力性能间的分析比较,最终选定桥面系的方案为钢箱体系。这种体系具有桥面系轻,各主要构件的内力小,桥面的挠度值小,施工速度快的特点,尤其适合于要求施工工期短的城市桥梁,将钢箱体系应用于中山一桥中取得了很好的综合经济效益。通过对中山一桥桥面系方案选择的探讨,旨在为类似桥梁桥面系方案的选择提供参考。
提高对混凝土收缩徐变的长期挠度预测精度,是大跨度桥梁设计中要解决的一个关键问题。根据已测得的虎门大桥连续刚构桥挠度长期观测数据,建立有限元模型,分阶段对大跨连续刚构桥预应力混凝土箱梁的徐变变形进行理论分析,探讨主梁上下缘应力差与结构徐变的关系。拟用文献[1]提供的某主跨270 m连续刚构桥挠度长期观测的实测数据,考虑新规范中的可变作用准永久值对理论徐变计算值进行验证,通过有限元分析对成桥后的长期徐变变形给出较准确的预测,并得出挠度长期增长系数,为此类桥梁的长期挠度预测提供依据。
在充分了解当地水文气候条件、综合比选各种理论与实用方法、参考已有工程经验的基础上,确定了杭州湾跨海大桥南岸超长施工栈桥设计所采用的风、浪、流荷载的计算方法。研究的主要结论:(1)为了实现安全与经济的统一,允许结构在5年、10年和20年重现期所对应的风、浪、流荷载下出现不同程度的塑性;(2)《铁规》、《港规》、《桥规》的风荷载公式的计算结果依次增大,《桥规》更适合栈桥设计;(3)与高精度方法相比,采用Airy波浪运动理论在杭州湾地区计算所得的加速度误差在5%以内;(4)对于小直径桩的波浪力,可以采用半理论半经验公式———Morrison来计算,这一公式最大的优点在于资料丰富、应用广泛;(5)与《铁规》、《桥规》相比,《港规》的潮流力计算公式更贴合海洋环境。
结合都(江堰)汶(川)高速公路龙溪隧道,根据现场监测位移值,对比模型试验及理论分析结果,对倾斜层状泥质岩层中隧道变异机理及支护措施进行了研究。研究结果表明,倾斜层状泥岩遇水产生微膨胀,在支护结构拱腰形成一个高集度的偏压荷载,且随着时间推移荷载值逐渐增大,支护结构达到屈服后,在开裂断面处形成一个塑性铰,致使支护结构变形较大但仍然保持稳定;同时,在隧道拱腰垂直倾斜岩层面安设加密加长锚管,使偏压荷载有效转移,充分调动围岩本身的自承能力,有利于整个支护结构的安全。
汽车保有量的预测具有一定程度的不确定性。对2010、2020及2030年我国的汽车保有量进行科学预测,是确定我国公路交通长短期发展规划,制定环保与能源等方面相关政策的关键。在对我国经济各个发展阶段进行情景分析的基础上,考虑经济、人口、汽车保有量增长速度以及不同地区人均GDP人群分布等因素,运用趋势外推、弹性系数、国内外情景类比及运输工作量计算等方法对我国未来的汽车保有量进行综合预测,确定到2030年我国汽车保有量将达到2.3~2.5亿辆,是2020年的1.7~1.9倍左右、是2010年的4.6倍。汽车保有量的大幅度增加势必对土地、能源资源和环境保护带来巨大压力,贯彻科学发展观、节约资源、保护环境,走可持续发展道路将是我国未来道路交通发展的客观要求。
建立线形指标、交通量与事故间的模型是当前事故规律微观研究的主要方法,虽然在模型中纳入更多的指标能够提高的解释能力,但增加了模型的复杂性,加剧了数据采集困难,简洁的模型有时候在分析特定类型事故时反而更具优势,因此,作者在研究高速公路线形条件与事故的关系时,主要提取了平面线形的圆曲线、缓和曲线和超高等指标,重点分析平面线形与安全的关系。作者首先对国内外有关平面线形与安全关系的研究进行了简要回顾,利用贵州省贵黄、贵新两条高速公路的事故、线形、交通量数据建立了回归模型。此外,还结合具体案例,对曲线超高对行车安全的影响进行了剖析,并提出了一些针对平面线形安全问题的具体措施和建议。
已有的环形交叉口通行能力模型是假设车流为单一车型车流,而实际运行的车流多为混合车流,因而建立多车型混合车流的通行能力模型是十分必要的。本文运用间隙接受理论,通过概率分析方法,考虑环形交叉口多种混合车型条件下的通行能力,从而建立了环形交叉口的通行能力模型,并且通过迭代得出环形交叉口混合车流条件下总的通行能力,发展了混合车流通行能力理论。通过与已有模型的通行能力和观测通行能力的对比分析可知,该模型的理论通行能力与观测通行能力更加吻合,并为环形交叉口通行能力计算提供了理论依据。
为了进行有效的、实时的、非接触式的驾驶员疲劳检测,采取NHTSA和FHWA推荐的非接触式疲劳检测方法PERCLOS,利用TI公司的专用图像处理DSP芯片TMS320DM642,构建了车载的基于DSP的嵌入式驾驶疲劳监测系统。首先使用肤色模型算法迅速定位人脸,然后利用累积差分帧和Hough变换等实时图像处理技术来检测、跟踪眼睛,分析眼睛的状态和提取眼睛的特征参数,计算PERCLOS值、判断疲劳程度并采取报警或其他措施。试验结果表明,系统的算法简单、快速、鲁棒性强。
研究西宁至马场垣高速公路植被建植的过程中,植物的演替规律和采取的管护措施。根据西宁地区的气候、地貌和土壤条件,针对植被养护当中存在的问题如养护成本高,群落结构不尽合理,盐碱比较重的问题,通过观察和试验,运用生态学原理对取得的数据进行分析,探讨本地区公路路域内植物的演替方向和目前养护措施存在的问题。根据已掌握的本地区植物群落演替规律,并考虑本地区高速公路对植被的特殊要求,提出针对性的建议和意见。研究结果表明:在公路路域内一个相对稳定的植物群落,应该是一个以耐旱灌木为主草本植物为辅的演替中间群。养护的重点是充分发挥自然的调节能力,减少人为干扰,培养相对稳定的植物群落,降低养护的成本。
