为了基于性能进行沥青混合料组成设计,对沥青混合料的综合性能优化进行了研究。根据胶浆理论,将沥青混合料的性能分为分散相主导型和分散介质主导型两类。选择4.75 mm筛孔通过率、0.075 mm筛孔通过率(矿粉用量)、粉胶比、空隙率作为沥青混合料性能优化决策参数。采用BP神经网络和遗传算法相结合的方法,对沥青混合料组成结构参数进行了优化。研究结果表明,随着疲劳性能的权重减小和高温稳定性权重的增大,4.75 mm筛孔通过率应逐渐减小;无论对疲劳性能还是高温稳定性,都需要5%~7%的矿粉用量和足够的沥青用量;粉胶比越小,沥青用量越大,疲劳性能越好;3%~4.5%空隙率的沥青混合料综合性能较好。
为了准确地分析铺装层的受力状态,将车辆荷载简化为移动均布荷载,采用有限元法分析了铺装层在移动荷载作用下的动力响应。分析结果表明,在移动荷载作用下,以较低的速度行驶对铺装各层应力影响较大,各应力分量与移动荷载速度基本呈线性关系;刹车情况下离表面较近区域不再经历正反两次剪应力作用,只是离表面较深处存在很小正反剪应力作用;最大水平剪应力发生在铺装表面,且随深度的增加迅速减小;水平荷载对水平剪应力影响很大,随着水平力系数δ增大,在同一铺装层深度处的最大水平剪应力增加比较明显;在相同δ的条件下,随着深度的增加水平剪应力越小。通过上述分析,提出桥面铺装层控制性设计指标,从而为桥面铺装设计提供理论依据。
为有效评价芯样的分层变形和力学特性,将计算机图像识别应用于常规的沥青混合料单轴压缩蠕变试验,实现了沥青结构层钻芯取样分层变形的非接触测量和变形过程的拍摄、自动测量和自动记录,为沥青混合料蠕变试验提供了一种简洁、有效的测量手段。文中分析了测量精度和测量误差,讨论了端部约束对芯样不均匀变形的影响,给出了芯样采用常规测量方法和数字图像测量结果的比较。3层芯样单轴压缩蠕变试验中,以中面层的变形最大;加载历史的不同会导致材料细观结构的改变并引起力学性能的变化,高度压密芯样与路肩处芯样的变形规律不同,尤其在蠕变破坏阶段。
基于弹性动力学平衡方程,进行Laplace、Hankel联合积分变换,利用传递矩阵的方法,可得任一深度处应力位移与表面应力位移关系。讨论了FWD动荷载形式下下卧刚性层埋深及层间接触状态对表面弯沉的影响。计算结果表明,下卧刚性层的埋深变化对动弯沉盆的形状影响不大,但对数值大小影响明显,下卧刚性层埋深较浅时,面层与土基模量反算结果明显偏大,基层反算结果却显著偏小。层间接触较差时,路面各结构层的反算模量都显著偏小。因此建议模量反算之前,首先对刚性层深度及层间接触状态进行分析,避免对反算模量结果造成很大影响。
应用粘弹塑性理论,研究了沥青混合料一维粘弹塑性本构关系,并运用ABAQU软件建立了柔性基层沥青路面车辙分析的有限元模型,研究了路面车辙的发展规律,经环道试验进行了验证。结果表明:荷载作用初期路面车辙发展较快,而后期车辙发展较慢;路面永久变形主要由绝对车辙引起,侧向隆起仅占15%~30%;随着沥青层厚度增加,车辙增加,但增加幅度逐渐减小;从表层开始沥青层的变形率随深度的增加而逐渐变大,在8 cm处变形率达到最大值,之后逐渐减小;沥青路面车辙主要产生在结构深度20 cm深度范围以内,尤其在4~12 cm之间。另外,进行了重载作用下的路面车辙模拟,对基于车辙等效的轴载换算进行了探讨,提出轴载换算系数为5.9。
通过动态抗压试验和动态劈裂试验研究了不同纤维掺量沥青混凝土的动态性能参数。选用5种聚酯纤维掺量的沥青混凝土圆柱体试件和马歇尔试件,每种纤维掺量制作4个试件,在MTS810材料试验机上进行试验。通过试验确定不同纤维掺量沥青混凝土的动态抗压模量和劈裂回弹模量,对纤维沥青混凝土的动态性能机理进行了分析,并且讨论了动静态抗压模量之间的关系以及纤维掺量与动态模量之间的关系。结果分析表明,加入纤维后的沥青混凝土表现出与普通沥青混凝土相似的动态响应规律,沥青混凝土的动态模量与纤维掺量之间存在较好的相关性,适量的加入纤维会改善沥青混凝土的动态模量等主要动态参数,从而有效增强其综合路用性能。根据动、静态分析结果的基础上给出此种聚酯纤维沥青混凝土的合理纤维掺量在0.20%~0.25%之间。
针对水泥稳定碎石基层不可避免会产生收缩裂缝,而现有的方法中又缺乏对其定量分析的问题,本文采用不同级配类型,对水泥剂量为2%~5%的水泥稳定碎石混合料进行试验研究,得出混合料收缩性能与失水率、温度、水泥剂量、级配等因素之间的关系,并采用多因素回归方法得到水泥稳定碎石混合料收缩应变和收缩系数的预估公式。试验结果表明,水泥剂量为3%~4%时混合料干缩应变和干缩系数最小,而温缩应变和系数随着水泥剂量的增加线性增长;混合料越密实,干缩性能越好,但粗级配的温缩性能较好。研究结果可以为实际设计和施工中确定合理的水稳基层结构类型、减少基层收缩裂缝提供试验和理论依据。
以水泥混凝土路面板为研究对象,应用有限元软件MSC.PATRAN将其模拟为四边简支矩形板模型,并对其进行实体单元划分,模拟了不同板下支撑方式(边界条件)下实际路面中发生较频繁的各类脱空状况,进行有限元分析,在实验室制作相对应的各类脱空模型板,采用多点激励单点采集方式进行模态试验,由定量化激振器进行激励,加速度传感器采集在同等激励下的响应。通过对有限元分析及室内试验结果分析可知:应用曲率模态方法可以对水泥混凝土路面板脱空边界进行识别,确定脱空范围,但要实现精确识别区域需要加密测点,在实际应用中有待进一步优化。
结合国内外筋土界面参数的最新研究进展,从试验方法、加筋材料、填料以及常用参数定义等方面进行总结,指出现行规范中筋土界面参数在加筋材料、填料及无试验资料时的合理取值等方面存在局限;通过对各种试验方法的分析,认为直剪试验和拉拔试验是研究筋土界面特性的主要手段;然后详细讨论了各种试验方法测得的参数之间的联系,尤其是直剪试验和拉拔试验获取的界面摩擦参数的关系;最后推荐加筋土结构设计时采用强度参数而放弃似摩擦系数,并建议在更加明确对加筋材料和填料要求的同时,完善现行规范对无试验资料时筋土界面参数的推荐取值。
通过PLAXIS有限元程序对一边坡算例进行分析,根据实际工程的需要选择理想弹塑性模型和莫尔-库仑屈服准则进行数值模拟,并对比分析了土体分别设置为排水条件和不排水条件时的情况。计算结果表明,当土体设置为排水条件时,在库水水位下降过程中,安全系数随水位的下降逐渐减小,但当水位下降了20 m以后,由于孔隙水压力给滑面提供了竖直方向的作用力,随着水位的继续下降安全系数反而略有上升。当土体设置为不排水条件时,坡体内产生的超孔隙水压力对边坡安全系数的降低更为明显。考虑坡体内超孔隙水压力时安全系数的计算结果比不考虑坡体内超孔隙水压力时的计算结果低10%左右,因此实际工程中应该充分考虑超孔隙水压力的积累和消散,并根据"最不利水位"所对应的安全系数进行校核。在计算过程中PLAXIS程序能较好地模拟水位下降引起的渗流作用对边(滑)坡稳定性的影响。
利用弹性力学的有关理论分析了侧限膨胀试验中土样的受力和变形特点,推导出了在无荷膨胀试验条件下,膨胀土膨胀系数的理论计算公式;针对南宁-友谊关公路宁明段灰黑色膨胀土填料进行了侧限有荷膨胀试验,利用有荷试验结果推导出了膨胀土在侧向约束、上部加压条件下膨胀应变与含水率、上部荷载之间的计算关系式。结果表明:上覆压力对膨胀变形起拟制作用,在其他条件不变的情况下,上覆压力越大,则膨胀变形量越小;膨胀土是对含水量变化特别敏感的土体,含水量增加是土体膨胀的直接原因,膨胀量与吸水量紧密相关,且与(w-w0)成正比关系;利用无荷试验确定了湿度膨胀系数的测定方法,并用试验结果对南友路膨胀土路堤的修筑提出了一些建议。
基于层状地基采用双曲线模型为荷载传递函数,提出了用Mindlin解和桩土共同作用的联合方法对荷载传递法的进行修正,并计算分析了单桩承载特性。将Lee的方法与双曲线荷载传递函数相结合使得Lee方法中考虑土体横向连续性的优点得以发挥。将横向连续性与竖向连续性修正相结合得到修正荷载传递法,用编制的计算机程序进行了工程实例的计算,结果表明,计算结果与实测值较为接近,其土层的平均SPT值较小,土体较容易产生变形,当试验荷载较高时,可能造成桩周土与桩身之间的滑移。修正荷载传递法与未修正和仅进行竖向修正的荷载传递法相比具有一定的精确性,能更好地反映单桩承载特性,且适用于群桩的分析计算。
为研究土层及含水率变化对湿喷桩强度的影响,以连盐高速盐城段湿喷桩复合地基为研究背景,通过室内模型试验和理论分析,主要分析了土层和含水率的变化对湿喷桩成桩质量的影响。选取2种代表性的土进行了室内模拟试验,通过对湿喷桩单轴抗压强度的对比分析,得到以下结论:粘土层中湿喷桩强度高于粉土层中湿喷桩的强度,主要原因是粘土层中水泥浆液与土体颗粒和水体发生了更强的离子交换和团粒化作用及硬凝反应;土的含水率对湿喷桩强度有显著影响,且存在一最优含水率,在该含水率下,湿喷桩强度显著提高。研究结果可为分析湿喷桩在不同含水率和土层下的强度特性提供依据。
针对斜拉桥中采用的双箱式主梁,改变斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度以及斜腹板倾斜角度,利用结构有限元分析程序ANSYS,对不同情况下的箱形主梁建立了有限元模型。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。给出了斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度及斜腹板倾斜角度的合理化建议。分析表明:当底板厚度为30 cm左右,斜腹板厚度为30cm左右,斜腹板倾斜角度为150°~152°时,主梁的应力分布比较合理。
通过对目前桥型方案选择方法的分析,指出这些方法存在的缺点主要是评价中参数值的选取、各评价指标权重的确定以及评价因素重要性的确定等问题,因易受到参评人员主观的影响,而导致评价难以获得客观结果。笔者根据突变理论,建立桥型方案突变模型;重点研究基于突变理论的桥型方案选择的基本思想和方法,通过对评价目标进行多层次分解,根据突变论归一公式进行量化递归运算,分别计算出不同桥型方案总突变隶属函数值,从而实现对桥型方案的分析与评判。该方法的优点就在于各指标的重要性及其量化是根据突变论中归一公式本身的内在机理决定的,既避免了评价指标权重的确定问题,又减少了评价人员主观因素的影响。实例表明评价结果客观、准确。
结构损伤预警是实现损伤检测策略的第一步,是进一步进行结构健康诊断的基础。大量的研究证明新奇检测技术可以较好地应用于结构的损伤预警。探讨了应用前馈BP网络(Feed-forward back-propagation network)实现新奇检测技术的方法。以结构的自振频率为作为网络的基本输入,对斜拉桥结构进行了损伤预警模拟研究。该方法的优点是不依赖于数值模型。对神经网络的训练仅需要健康结构的若干实测频率。模拟研究表明,该方法具有较高的实用价值。导致频率2.5%以上变化的损伤情况,均可给予预警。模拟了14种损伤情况,每种损伤考虑2种损伤程度。通过多指标策略,预警同时还在一定意义上指示损伤程度。
通过对粘滞阻尼器的非线性力学特性及工作机理进行分析,建立了桥梁使用液体粘滞阻尼器的地震反应分析模型及方程,提出了引入直接积分法的阻尼非线性在桥梁地震瞬态反应分析中的数值求解方法,对这种装置的减震性能进行了研究。使用该非线性动态时程分析方法编制的程序对使用粘滞阻尼器的吉林某特大桥进行地震反应分析,探讨了使用新型结构保护装置对连续箱梁桥地震响应的影响。结果表明,液体粘滞阻尼器可以控制主梁和非刚结墩之间传递的水平推力,可以减小刚结墩上的内力,同时也增大非刚结墩的内力。该计算方法对非线性阻尼分析有效,使用液体粘滞阻尼器可以有效减小结构地震力。
针对混凝土翼板内配置后张有粘结预应力筋的负弯矩区组合梁,进行7个简支试件的静力及疲劳试验,试验考虑了不同预应力度、不同栓钉间距,且混凝土翼板中配置有体积配纤率分别为0%、0.8%和1.5%的钢纤维。试验表明,极限状态时各试件的裂缝分布相似,裂缝平均间距在80~110 mm范围内。分析认为,影响裂缝宽度的因素包括预应力度、配纤率、力比、连接度、配筋率及栓钉间距等,提出考虑上述因素的最大裂缝宽度经验计算公式。疲劳试验中,运用测试动力参数的方法,分析混凝土裂缝和疲劳损伤随荷载循环的变化,结果表明,预应力钢纤维混凝土-钢组合梁带裂缝工作时具有良好的疲劳稳定性,180万次的循环加载损伤度增大约20%。
宽度与跨度之比B/L>1的桥梁一般称之为特宽桥,其受力与普通窄桥有所不同。对一座B/L>1的下承式钢筋混凝土系杆拱桥建立空间有限元计算模型,对其进行静、动力分析,并与平面静力计算分析进行了比较。通过静力计算比较,发现平面计算的内力比空间计算的内力大,但是,平面计算不能反应拱肋和系梁的扭矩;通过动力分析,发现特宽拱桥横向刚度比纵向刚度和竖向刚度小,其横向地震响应相对较大。通过计算分析发现,对于特宽桥梁,应采用空间分析才能满足计算的精度,才能发现一些平面分析无法发现的问题,对于特宽拱桥,尤其要注意其横向刚度的处理。
为寻找简便、精确的拉索拔出量计算方法,利用弹性悬链线精确解推导了张拉刚度和拉索沿两端点连线的轴向刚度计算式,对Ernst等效弹性模量法、割线模量法、精确等效弹性模量法等的计算原理进行了阐述。并通过算例对各种方法计算的索长拔出量进行了对比分析。分析结果表明,对成桥状态,各种方法都具有很高的精度;对施工状态,各种方法也都能满足工程中的精度要求;精度最高的3种方法依次为精确等效弹性模量法、割线摸量法和轴向刚度法,其中前2种方法的误差不超过0.6%。因此,推荐使用割线模量法和精确等效弹性模量法进行斜拉桥调索计算。
根据盾构隧道管片衬砌之间的连接特性、衬砌结构与土层之间的相互作用性质,提出了基于弹性地基理论的盾构隧道管片衬砌结构的梁-弹性铰-地基系统模型,并研制了相应的有限元分析程序FHEF,该模型能直接计算出盾构隧道管片衬砌结构的轴力、剪力、弯矩和变形,将计算结果直接用于工程设计。依据二维计算模型,就盾构隧道管片衬砌结构纵向接缝不同位置对衬砌结构的内力影响进行了详细计算分析,计算结果表明,纵向接缝的不同位置对结构的内力和变形不容忽视,工程设计时应从结构设计和防水设计等多个角度来确定纵向接缝的设置,从而指导工程实践。
云南祥临澜沧江特大桥为主跨380 m的单跨钢-混组合加劲梁悬索桥,在加劲梁段的架设阶段,由于中跨加劲梁段的吊装等因素导致主跨侧主缆的水平分力要大于边跨侧。为了将索塔的塔根弯矩控制在容许范围之内,该桥不采用传统的预偏索鞍法而是采用了一种新的方法即通过边缆拽塔法来实现调整索塔在施工阶段的内力。并重点阐述了边缆拽塔方法的设计理念、关键技术及施工方法。该技术在国内尚属首例,国外也没有成熟的经验可循,它的成功实践对国内今后同类桥梁的设计施工具有重要的参考意义。
宁夏盐渍地区混凝土工程(桥基、隧道)腐蚀破坏比较严重,作者通过现场水质调查分析和综合评价,分析了混凝土腐蚀破坏模式及其机理。针对工程病害以及该地区特殊的地质水文环境,研制了掺有粉煤灰和高效减水剂的双掺耐腐蚀混凝土配方。通过试验确定了这种混凝土性能优于规范中抗硫酸水泥,并接近高抗硫酸水泥,在保证双掺混凝土抗腐蚀性能的基础上降低了工程成本。同时,对隧道衬砌混凝土常见的开裂、渗漏破坏提出了相应的设计、施工建议,取得了较好的社会、经济效益。本文的研究成果为西北盐渍地区混凝土工程腐蚀破坏综合治理提供了经验。
基于无线定位技术的交通信息获取方法是一种应用前景良好的交通信息获取方法。在考虑该方法所涉及各方面问题的基础上,给出了一种适合我国混合交通状况的应用无线定位技术获取交通信息的方法。首先阐述了应用无线定位技术获取交通信息的工作原理及系统框架,进而通过实测获取处于通话状态的移动台在越区切换过程中的切换点数据,并分析切换点的分布特征。在该特征的基础上,应用PARAMICS软件构建仿真环境,设计仿真方案,进行仿真试验,以评价该方法的有效性和实用性。仿真试验的结果表明,基于无线定位技术的交通信息获取方法能够获取相当精度的交通信息。
针对在事故多发段判别时,平面交叉节点通处理为路段,平面交叉节点的安全重要性被弱化,判别精度受到了影响的问题;并针对路网事故多发段判别时,先判别事故严重的路,再判别其上事故多发段,忽略了整体事故不严重的路上个别事故多发的段点的问题。对路网中各种等级公路进行归一化处理;根据平面交叉节点行车安全特性,把公路划分为平面交叉节点路段和普通路段;平面交叉节点路段安全影响范围的确定;从而进行路网事故多发段判别。既提高了已有动态步长过滤法等对一条公路进行事故多发段判别的精度,又解决了不同等级、不同特征公路组成的路网在同一水平下的事故多发段判别;为路网安全管理提供了基础。
首先探讨了公路ATIS架构设计在整个规划流程中的定位、架构设计的目的、实施工作基础等问题。进而在对省域公路网管理现状进行共性分析的基础上,阐述了省域公路ATIS架构的逻辑层次划分机理。通过对集中式、分布式、混合式3种拓扑架构形式的特征进行对比分析,推荐混合式拓扑架构可作为理想的省域公路ATIS架构形式。针对多数省域高速公路网与普通公路网管理分离的现状,构建了两种可适应于省域公路ATIS不同发展阶段的网络布局架构模式,并对各模式的优劣势进行了对比分析,指明了网络布局架构模式选择思路。研究成果具体指导了江苏省公路ATIS架构设计。
针对公交线网优化问题,利用粒子群算法进行了研究。在考虑城市公交系统多因素的基础上,给出了公交线网的优化原则、优化目标和约束条件,并将优化目标和约束条件定量化处理,给出了相应的数学表达式。在定义6维空间的基础上,利用经济转化系数,将公交线网优化的多目标问题转化为单目标优化问题的情况下,建立了公交线网优化的线性模型,并用粒子群算法进行了求解计算。通过粒子在解空间中搜索,找到最佳的公交线路网络。最后对算法进行了实际应用分析,结果表明该法简单实用、结果可信,有广泛的应用前景,而且该法也为多目标优化问题提供了一种合理可行的方法。
研究运输系统中动态交通分布的预测方法,即在运输系统中,当各交通小区的发生交通量及吸引交通量出现变化后,需根据当前交通OD分布表迅速确定下一阶段的交通OD分布表。确定OD分布是交通运输规划与管理的一项重要研究内容,目前已有的预测方法都需经反复多次迭代才能得到计算结果,计算速度不能满足动态交通系统的要求。论文通过建立预测动态交通分布的优化数学模型及严格的数学推导,得到了求最优交通分布的一个解析公式,应用闭回路法设计了满足非负约束并使误差增长最小的一种调整方法。由算例表明该模型计算速度快,计算效果好,适合动态系统的交通分布预测。
为了缓解有限的城市用地及交通设施不足与高密度人口及机动车辆激增的矛盾,建立了压力-状态-响应概念框架下的城市交通可持续指标体系框架和政策工具矩阵,突出了指标间压力、状态、响应的动态联系与因果关系,以及政策设计和制度安排的调控作用。在可拓学物元模型的基础上,结合系统复杂性的特点,建立了复合物元可拓综合评价模型,根据模型的特点指出了该模型可用于各种规划实施效果的评价和可持续发展评价等。最后,通过实例说明了文中提出的城市交通可持续发展指标体系框架的合理性,复合物元可拓法的有效性和实用性。
针对物流中心的选址问题,在分析传统评价方法的基础上,综合主观评价与客观评价,提出一种主客观评价相结合、模糊技术与决策方法相结合的组合赋权动态评价方法。该方法首先建立评价指标体系。然后,对费用指标通过成本模型的启发式算法进行求解,同时结合专家组的定性评价;而在权重的确定上,以G1法确定主观权重,熵值法确定客观权重,并将主、客观方法得到的权重进行集成。从而,既可避免人为的主观能动性,又能对专家意见给予足够的认识。接着,在此基础上,借助指标满意度对定性和定量指标进行综合得到某一阶段的评价结果,最后对各阶段评价结果进行线性叠加来来解决物流中心选址这类多阶段多指标决策问题。
依托原云南楚大高速公路筛选试验小区,观测了28个单播组合及10个混播组合8年间生长表现,在利用常规生态学研究方法的基础上借鉴了景观生态学的斑块格局研究方法,对观测期末演替形成的植物种类、斑块数、多样性指数及盖度高度综合优势比进行了测定,从应用方式角度根据植物持续性、植物竞争力与扩散强度等方面将适用植物划分为混播先锋种、伴生种及建群种3种类型。指出单播群落具有均质化、多样化发展的趋势,提出在新建公路植被建植中,采用分斑块建立单播植物群落方式,最终建立目标混交植物群落的新思路。
研制汽车尾气降解材料测试室,测试以超声波分散法制备的不同含量的5种纳米TiO2光催化材料,对汽车尾气因子的降解效能。选用车辆处于怠速工况下所排出的汽车尾气为试验样本,依据纳米光催化材料降解率计算公式,计算出不同含量的纳米TiO2光催化材料对汽车尾气中有害因子NOx、HC、CO的平均降解率。测试结果表明:纳米TiO2光催化材料对汽车尾气中NOx、HC、CO等因子具有一定的影响效能,且降解趋势一致。不同含量的纳米TiO2光催化材料,对汽车尾气中各因子的影响效能随时间的变化降解率不同;对应于汽车尾气因子NOx、HC、CO具有最佳降解效能的纳米TiO2光催化材料的含量分别为4%、2%、4%。
