为了分析钢桥面铺装在动荷载作用下的力学变化规律,针对现有铺装层常见的脱层、滑移、开裂等破坏形式,研究了行车荷载的动力特性与形式,将车轮荷载模拟为移动恒载,选取了6种铺装结构和3种力学控制指标,建立了钢桥面铺装体系三维有限元模型,研究了在动荷载作用下铺装的动力响应,并与静力计算结果进行了对比,给出了最优的铺装结构形式。分析表明,钢桥面铺装的动力响应与静力响应有较大的不同;在动力荷载下,铺装层最不利受力荷位是横隔板跨中位置;铺装层最不利点位受拉情况类似于承受半正矢波荷载;静力分析在对层间剪应力计算时误差很大,在动力荷载作用下,铺装与钢板间会产生很大的层间剪应力,这是导致铺装出现脱层、滑移等病害的主要原因。
采用理论分析与室内试验相结合的方式,研究了环氧沥青混凝土钢桥面铺装的弯曲特性。首先采用有限元方法分析了正交异性钢桥面铺装的变形特性,然后完成了3根环氧沥青混凝土铺装复合梁试件在弯曲荷载作用下的应变分布测试,以及-15~70℃温度条件下复合梁试件静、动载挠度的测试。结果表明,正交异性钢桥面及其铺装层的局部变形特性可用简支复合梁试件模拟,应变沿环氧沥青混凝土铺装复合梁截面高度的分布为线性,环氧沥青混凝土铺装层与钢板界面上应变不连续,温度对复合梁挠度的影响为S形分布,对动静载挠度比的影响为V形分布。
以襄十高速公路韩家垭滑坡为背景,对滑坡的"双层蠕滑—反翘变形—弯曲折断—坡体滑移"的渐进破坏机理进行了深入分析,通过将滑坡前缘陡倾顺层结构变粒岩层概化为滑床部位锁固而其余边界自由的多层矩形薄板结构,滑坡的反翘弯曲破坏问题视为在纵、横向荷载作用下,多层矩形薄板的屈曲-弯曲变形以及变形到一定程度时岩层板的断裂破坏问题,基于Rayleigh-Ritz能量变分原理,建立了滑坡的渐进破坏力学模型,提出了滑坡的稳定性判据及滑坡整体启动滑动面抗剪强度阀值。最后,根据模型试验的加载参数及渐进破坏力学模型对滑坡的稳定性及抗剪强度阀值进行了计算分析,其结果与模型试验的测试结果相符,表明所建立的力学模型是合理可行的。
基于自洽理论建立了筋土复合材料力学模型,对不同台阶宽度的格栅加筋土挡墙的塑性区进行了有限元分析。研究了其塑性区的发展和贯通过程,对台阶式格栅加筋土挡墙的塑性区分布规律进行了讨论。研究表明,加筋土直墙的塑性区分布接近于0.3H破裂面的假定,但台阶墙的塑性区分布与直墙有显著差异,且随着台阶宽度的变化而变化。提出了适合于不同台阶宽度的格栅加筋土挡墙潜在破裂面的计算模式,当上阶挡墙前趾位于下阶挡墙的主动区内时,该破裂面为一连续曲面;当上阶挡墙前趾位于下阶挡墙的过渡区内时,该破裂面为分段曲面;当台阶宽度为0时,该破裂面可退化为0.3H破裂面。该计算模式具有较好的通用性,能适用于具有不同台阶宽度的加筋土挡墙。
针对现行规范中手工拌和确定微表处混合料可拌和时间的不足,研发了稀浆混合料拌和仪。采用手工拌和与机械拌和的方式进行了稀浆混合料的拌和试验,试验结果表明两种方式获得的可拌和时间具有良好的线性关系,机械拌和在试验结果的稳定性和可靠性上优于手工拌和,建议采用机械拌和时的微表处混合料可拌和时间应大于150 s。最后,利用拌和仪分析了集料的洁净程度、外加剂、水泥剂量、用水量等因素对微表处混合料可拌和时间的影响,得出细集料亚甲蓝值对拌和时间影响显著,应尽可能的降低细集料含泥量;Al2(SO4)3对拌和时间的延长存在最大有效剂量,需根据实际确定;水泥用量对不同混合料体系拌和时间影响不同;水量对混合料的拌和状态的调节有限。
分析了大孔隙沥青碎石混合料毛体积密度的测定方法,指出了蜡封法和体积法的不足,对蜡封法作了改进,并通过试验研究对其进行了对比分析。分析结果表明,蜡封法计算的孔隙率平均值为5.45%,基本不透水的,而体积法计算的孔隙率平均值为29.54%,孔隙率对水几乎无阻力,蜡封法和体积法对于半开级配沥青碎石混合料密度测定均不适宜,而用改进的蜡封法测定的试件孔隙率平均值为11.32%,孔隙率变异系数最小,比较稳定,是一种较好的办法。改进的蜡封法能够阻止蜡液进入试件内部孔隙,因而测定的试件体积比蜡封法和体积法准确,且理论上也趋于合理。
为了探讨水泥煤渣稳定煤矸石基层材料对于环境温度变化的敏感性以及应用于寒冷地区道路路面基层的可行性,采用电测法试验研究了其温缩性能,以水泥煤渣稳定未燃煤矸石为例,探讨了水泥剂量对温缩系数的影响。结果表明,水泥煤渣稳定煤矸石基层材料的温缩性能随温度呈规律性变化,水泥煤渣稳定未燃煤矸石在-10~-20℃时温缩系数最大,而水泥煤渣稳定自燃煤矸石在10~0℃时温缩系数最大;平均温缩系数随水泥剂量的增加先减小后增大,大致呈一凹形抛物线,在水泥剂量为5%左右时温缩系数最小。与水泥稳定碎石和水泥稳定砂砾的温缩性能对比分析结果表明,水泥煤渣稳定煤矸石基层材料具有较小的温缩系数,适合于用作寒冷地区道路的路面基层。
通过分析桥面防水性能及要求,得出桥面结构中防水粘结层设置的重要性。选定了高剂量SBR改性橡胶沥青和环氧沥青进行材料性能试验,从防水层设置环境所需的材料性能要求出发,进行了拉伸试验、剪切试验和拉拔试验,据此分析了防水材料的物理力学性能、路用性能和抗损伤性能要求。研究结果表明,高剂量SBR改性橡胶沥青和环氧沥青均具有良好的路用性能和物理力学性能;环氧沥青的抗拉强度与抗剪强度均较SBR改性橡胶沥青大,并且粘结力极强,受高温等因素的影响相对较小,可用于钢桥和水泥混凝土桥面防水层,是一种优良的桥面防水材料。该研究为改进和优化防水层设置,正确选择优良路面防水层提供了有力依据。
采用常见的3种沥青混合料,旨在通过室内车辙试验,分析不同试件空隙率对车辙试验结果的影响程度,探讨了不同空隙率试件试验结果之间的内在联系。通过大量车辙试验,对比不同孔隙率试件车辙试验结果,发现孔隙率变化会对试验结果产生重大影响。同时,在室内车辙试验的基础上,对不同空隙率、不同轮载作用次数下车辙深度进行回归分析,建立了标准试验条件下,混合料车辙深度的空隙率效应模型(VEM)。分析表明,以7%作为基准空隙率可以得到与实际更为接近的预估车辙深度。该模型可预估不同空隙率混合料在不同轮载作用次数下的车辙深度,也可对不同空隙率试件在不同轮载作用次数下的车辙深度进行转化。
通过向SBS改性沥青中添加无卤阻燃剂的方法开发了新型无卤阻燃沥青,并对SBS改性沥青和新型无卤阻燃沥青进行了胶结料和混合料的性能试验。对SBS改性沥青及阻燃沥青胶结料针入度试验、软化点试验、弹性恢复试验及氧指数试验进行了分析,结果表明阻燃沥青胶结料的针入度、软化点及弹性恢复性能与SBS改性沥青相比变化不大,而氧指数得到了较大的提高,较好地改进了阻燃性能。对SBS改性沥青及阻燃沥青混合料进行了车辙试验、小梁弯曲试验、水稳定性试验及疲劳试验,结果表明新型无卤阻燃沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性能和抗疲劳性能与SBS改性沥青混合料相比变化不大,仍然具有较好的路用性能。因此,该无卤阻燃沥青是一种比较理想的阻燃沥青。
为了评价改性沥青低温性能,采用FDT试验进行研究,并将试验结果与沥青常规试验及SHRP试验结果进行比较,验证了FDT试验的可行性。基于FDT试验提出了新的沥青低温性能评价指标韧性比RT/V,然后利用RT/V进行多种不同改性沥青的低温性能评价,并比较常规试验指标及SHRP试验指标。结果表明,利用韧性比指标进行沥青低温性能评价与用常规指标和SHRP指标具有高度一致性,而且FDT试验具有操作简单,设备价格低廉等优点,因此利用韧性比进行沥青低温性能评价具有可行性。同时通过RT/V与BBR试验的m值相关性分析,提出要使得改性沥青具有良好的低温抗裂性能,即BBR试验的m值大于0.3,则要求RT/V不小于5.4。
分析了富沥青混合料设计方法(主骨架空隙填充法)存在的问题及其原因,并采取措施加以改进。首先,通过推导混合料体积平衡方程,找出了实测空隙率与设计目标空隙率存在差异的原因,引入干涉系数α,改进原设计方法,从而有效消除了空隙率的差异;其次,在混合料的体积平衡方程中引进参数Vbe,实现了对VMA的控制;最后,通过马歇尔试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验等证明了改进的主骨架空隙填充法的优越性。结果表明,用改进的主骨架空隙填充法设计出的富沥青混合料的体积指标、水稳定性、高温和低温性能均满足《公路沥青路面施工规范》的要求。改进的主骨架空隙填充法可广泛应用于设计FAC、SMA等密断级配的沥青混合料。
在边坡开挖稳定性分析计算中,针对开挖分级选取的比较少,而每级开挖深度比较大,经常造成计算结果有一定误差的情况,选用了ANSYS软件,利用有限元强度折减系数法,开展了有限元数值计算。根据具有代表性的实例计算结果可以知,在有限元强度折减法分析边坡开挖时,不同的分级对稳定性安全系数的影响相差可达5%以上。分级越多,稳定性安全系数越大。而塑性应变区域的大小也随着分级的增大有稍微变大的趋势。因此在模拟边坡开挖的计算时,应该有足够的分级,以保证计算结果达到稳定的收敛状态。
针对桥梁中箱梁腹板、顶底板预应力筋间尺寸小且配筋密集的部位混凝土不密实现象,依据超声回弹综合法的测强原理,提出混凝土密实度系数的概念。基于概率思想提出了2种桥梁整体密实度的计算方法,通过4片后张法变截面预应力工字梁的超声回弹试验,计算了混凝土梁的密实度,分析了混凝土密实度的分布规律。通过弯曲静载试验,分析了混凝土密实度对桥梁开裂荷载与极限承载能力的影响,给出了考虑密实度的预应力工字梁开裂荷载和极限荷载的计算公式。结果表明,尺寸及配筋会影响混凝土的密实度,混凝土密实度近似正态分布,以均值为中心95%保证率的密实度上下限的表征方法能更好地表征混凝土的密实度,考虑混凝土密实度计算桥梁承载力更加符合实际。
为了评价伸缩装置破损对自身和桥梁结构的影响,保证伸缩装置功能的正常发挥,定量评价伸缩装置损伤程度和提出破损评价方法,将伸缩装置按照结构特征进行分类,依据各类桥梁伸缩装置损伤模型和损伤实际调查数据,制定了伸缩装置部件损伤程度评定标准。采用层次分析方法,通过专家咨询调查,按照伸缩装置部件重要性程度,得到6类常用桥梁伸缩装置部件权重系数;在统计数据分析的基础上引入了交通量影响系数及结构特性系数β,以反映交通量大小和伸缩装置构造差异对评定结果的影响,最后提出了桥梁伸缩装置破损程度定量评价公式。所提出的桥梁伸缩装置破损评价方法,可以定量评价伸缩装置的破损程度,从而为确定其养护决策提供依据。
采用3种有限元分析模型进行体外预应力桥梁锚固块的应力分析,分别考虑角钢、钢垫板、体外预应力钢管,钢筋网和分布钢筋对锚固块的影响,并对3种有限元模型计算结果进行分析对比。另外,对单孔锚固的T梁锚固块直接利用美国ACI-318-05混凝土结构规范中的拉压杆模型进行配筋设计;对多孔锚固的箱梁锚固块,忽略横向应力和竖向应力的相互影响,利用弹性应力法建立箱梁锚固块的横向和竖向配筋的拉压杆模型进行配筋设计。研究结果表明,在体外预应力锚固块与主梁相接部位中设置角钢有效地降低了这一位置由于大吨位张拉力引起的应力集中;设置了钢垫板、角钢、体外预应力钢管以及锚固区钢筋网和分布钢筋后,锚固区是安全的。因此,运用拉压杆模型法对体外预应力锚固块的配筋设计是合理可行的。
应用BP神经网络,对混凝土预制桩单桩竖向极限承载力进行预测,并分析了各种参数对单桩竖向极限承载力的影响。通过影响因素分析,确定了桩径、桩长、入土深度、桩侧摩阻力加权平均值、桩端阻力平均值等参数对单桩竖向极限承载力有影响。对混凝土预制桩单桩静载试验资料进行分析和取样,将包含上述参数的样本与单桩竖向极限承载力形成数据对,采用三层神经网络进行训练,输入层为各参数,输出层为单桩竖向极限承载力,建立了混凝土预制桩单桩竖向极限承载力预测模型。研究表明,所建立的模型能够有效地预测混凝土预制桩单桩竖向极限承载力,通过参数分析,能够得出各参数对单桩竖向极限承载力的影响规律,从而确定比较合理的单桩设计参数。
交通流无序转化过程的研究需要对交通流无序进行定量的描述。为了定量描述交通流无序,通过对有序、无序概念的分析,给出了一种交通流无序的定义;在此基础之上,应用交通熵理论提出了一种交通流无序的度量模型,并应用该交通流无序度量模型对实际道路交通流无序阈值作了分析。计算了9种不同道路交通流的无序阈值,通过其结果比较分析,得出一个基本结论:当阈值N为1.10时,实际道路交通流为交通流无序状态。此时,车速一般小于设计车速的30%。该模型成功地解决了交通流无序度量问题,为交通流有序与无序之间的转化过程研究提供了理论基础。
双目标最短路问题往往不存在绝对最短路径。通过综合k-最短路算法和双目标决策方法获得了双目标最短路问题的有效路径实用算法,该算法属多项式算法,可快速求出所有有效路径。利用Dijstra算法先求出两个单目标的最短路径集,若交集为空集,则构造一个矩形,利用k-最短路算法获得该矩形内的可行路径,再在矩形内找出两个单目标的最短路径集中的有效路径,得一个新的矩形。依此类推,逐步缩小搜索范围,直至找出所有的有效解。上述搜索过程中,一旦出现单目标最短路径集的交集不为空,则交集中的路径即为有效路径,此时算法结束。
针对目前交通流检测设备布设中出现的一些问题,借助均匀设计方法,结合神经网络处理观测交通流数据,在设置数量有限制条件下,开展布设方案优化设计研究。方案设计力图在人力、物力投入最小的前提下,通过典型路段、交叉口等交通基础设施的组合,可以更多的获取交通流参数信息,全面、准确的反映城市交通流分布情况。选用了67的均匀设计表作为方案设计基础表,经过拟水平处理后设计优化方案,运用BP神经网络构建交通量推断模型,判定设计方案的优劣,进行了实地交通流检测设备优化布设研究。通过研究可知,采取优选布设方案采集的交通量对检测路段交通量进行预测,相对偏差可以达到0.006。
分析了影响城市快速路互通立交间距的各种因素,给出了互通立交间距的基本定义及假设,引入临界安全间隙概念,采用概率论、可接受间隙理论及运动学的方法,在保证车辆安全运行的前提下综合考虑互通立交加、减速车道长度及车辆完成车道变换所需要的基本路段的长度,从系统的角度构建了互通立交最小间距模型。通过与仿真软件CORSIM模型的求解值比较验证了该模型是有效的,模型计算结果表明,城市快速路互通立交适宜的最小间距为1.0~2.0 km,说明我国现行规范中立交间距的设计标准偏小。
按照使用传感器的不同类型来分类,对智能车辆的障碍物检测和识别技术进行了综述,并分析各种障碍物检测方法。这些方法中主要包括基于立体视觉方法、基于激光雷达的方法、基于彩色机器视觉的方法及基于结构光的方法等等,同时作者指出任何一种有效的障碍物检测系统不能只依靠单一传感器进行环境感知,因此利用多种传感器信息融合技术检测智能车辆前方障碍物,是未来该领域的研究重点与难点。另外,还介绍了近几年一些研究机构在该领域的研究成果,并对所使用的一些算法进行简要的概括,为我国在智能车辆的障碍物检测领域的发展提供借鉴。
以路线-驾驶者-车辆仿真系统为手段,模拟了车辆在路线上的运行情况。找出了车辆在危险位置有异常表现的运动学和动力学响应,研究这些响应沿路线上的变化过程,最后得到了能够准确描述行车安全性的指标,一类是评价几何线形是否满足汽车行驶动力学要求的指标,另一类是衡量路线宜人性的指标。运用这些指标,根据车辆在路线上的运行结果,能对处于设计阶段的路线设计质量做出有效的评价。以四川省某2级公路为应用实例,结果表明运用该方案能有效的识别出几何线形的设计缺陷。
分析了影响路内停车需求和限制路内停车泊位供应的主要因素,提出了一种确定城市中心区路内停车泊位总体规模的方法:利用城市规模、经济水平等城市宏观指标对路内停车需求进行预测;同时,考虑路网容量,在路网饱和度允许的约束条件下以出行者的广义综合成本最小为目标,从而来确定与路外停车相匹配的路内停车泊位供应规模;然后,比较路内停车需求与路内泊位的供应能力,在尽量满足供需平衡的前提下再考虑管理、周转率等因素,给出建议的路内停车总体规模,为城市中心区的路内停车规划提供依据。文章最后给出实例估算,验证模型的有效性和实用性。
研究了高等级公路综合管理系统(IMS)框架与国家智能运输系统体系框架关系,明确了IMS的用户包括驾驶员、乘客、行人、高等级公路设施管理部门、设施维护部门、交通管理部门、公安部门、消防部门、急救中心和政府、规划部门等相关团体。高等级公路综合管理系统框架体系分为6个功能域,即交通监控、紧急事件与安全管理、收费管理、出行者信息服务、先进的设施建设与维护、数据管理等,文章分析了6个功能域各自的系统功能、子功能为实现功能的过程。文章还提出了采用伪码语言描述功能实现的过程的方法,最后对综合管理系统所涉及的数据字典进行了分析。
区域ITS项目实施的综合排序主要受到ITS项目实施的需求程度、影响程度、实施效益以及需要实施的ITS项目之间的内在关系的制约。采用DEMATEL方法对ITS项目实施的需求程度进行排序,采用层次分析法对ITS项目实施的影响程度和实施效益分别进行排序,并提出了采用线性综合排序方法对ITS项目的实施进行综合排序,最后分析ITS系统实施的内在发展规律以此对ITS系统实施的综合排序进行调整。此排序方法即考虑了项目实施的外在因素,又兼顾了项目的内在发展关系。同时将该方法用于江苏省公路ITS项目的实施排序中,避免了ITS项目实施的主观臆断性。
借鉴以往的研究成果,在分析双车道公路超车特性的基础上,将超车过程划分为超车意愿、超车条件、超车行为、超车中止强制回车4个步骤,建立了超车模型。选用超车率、超车次率和区间平均速度作为验证指标来对比仿真结果与实测数据,对比结果符合误差范围,证明了模型的有效性。应用模型进行仿真试验,通过分析得到的超车率-流量关系,发现该关系曲线与实际情况相吻合且呈现出两个阶段,前一阶段随着双车道公路流量的增加,超车率逐渐增大至最大值。后一阶段流量增加而超车率不断下降,当流量达到2 900 pcu/h以后,超车率几乎为零,以此作为临界点,推荐我国标准2级双车道公路的双向通行能力为2 900 pcu/h。
针对公路客运枢纽班线配置问题,对班线组织和配置方法进行研究。在考虑公路客运枢纽布局的基础上,探讨了客运班线的组织和配置原则,提出班线组织主要是协调集约化和分散性两种需求。在总体思路的指导下,宏观配置方法结合场站体系和功能定位,提出了各类型场站班线配置策略;以宏观配置策略为指引,微观配置方法通过建立分区客流预测模型,依据各交通小区到各目标客运站的出行时间和最短路原则,确定各客运站对该类班线的市场划分情况,将该类班线的运力分配到各个客运站,使得总出行成本最小。
为开发汽车排气污染物简易瞬态工况法测试系统,研究了底盘测功机机械惯量电模拟的相关理论和方法。通过汽车在底盘测功机上运行状态的动力学分析,基于汽车驱动轮转动动态特性相同的原理,建立了汽车底盘测功机机械惯量的电模拟模型。分析了简易瞬态测试工况控制要求和风冷电涡流测功器的性能特点,构建了VMAS测试工况控制系统,应用预测控制和解耦控制理论和技术,设计了底盘测功机机械惯量电模拟控制方案,开发了基于DMC,具有模型增益自校正和解耦功能的VMAS测试扭矩控制器和简易瞬态工况控制试验系统。运行试验结果表明,该系统可以较好地模拟汽车加速运动惯量。
将多体系统动力学与智能控制理论相结合对汽车制动防抱死控制系统进行了研究,利用ADAMS/CAR建立了汽车整车的多体力学模型,模型包含了前后悬架、动力总成、转向系统、稳定杆、制动系、轮胎力学模型以及车身,同时也考虑了轮胎、衬套、弹簧、减震器等部件的非线性,准确地表达了车辆的动态特性;利用Matlab/Simulink模糊控制工具箱建立了制动防抱死控制系统的模糊控制策略,利用ADAMS/Control接口进行模型的集成、协同仿真,并将仿真结果与另一种控制策略-逻辑门限值控制的仿真结果进行了比较和分析,仿真反映出模糊控制在整车制动防抱死控制系统上的应用效果,结果表明该控制算法稳定好并具有较强的鲁棒性。
以驾驶员预瞄点处的横向偏移最小为目标,以道路曲率输入的车辆运动模型为基础,分析了车辆进行主动转向所需要的道路环境信息,并研究了利用电子地图及车辆定位传感器得到这些信息的方法。利用设计的转向控制器进行了恒定道路曲率及基于电子地图数据的实际道路信息输入下的主动转向仿真。仿真结果表明,利用电子地图提供的信息能够在投入较低成本的条件下进行主动转向,使车辆在道路曲率变化的情况下沿预定道路行驶并有着较小的侧向加速度;从而提高车辆在弯曲道路行驶的安全性、舒适性。
