在收集了我国公路上行驶的单、双后轴整车型的载重车辆轴载资料的基础上,参考国家现行轴限规定与轮胎型号等标准,从路面结构设计的角度上对轴载、轮胎气压、接地压力、轴型参数等荷载特征参数进行了整理分析,采用统计回归方法找到了特征参数的规律和相互关系,进而提出了供路面结构设计的轴型参数:双轮间距、轮距、轴距按额定轴载进行分级的建议表,以及以后轴额定轴载和轴载实载率为自变参量的轮胎接地压力的统一回归式和回归系数,讨论了现行沥青路面结构分析中双轮中心距取3倍荷载当量圆半径宜根据额定轴载和轴载实载率确定适用范围。此研究结果为提高路面结构分析精度提供了可靠的荷载特征参数依据。
通过对粉煤灰、矿粉、消石灰、水泥4种矿物填料组成的沥青胶浆进行动态频率扫描试验和稳态流动试验,对4种不同矿物填料、不同粉胶比对沥青高温性能的影响进行了评价。研究表明:沥青胶浆的线粘弹范围小于沥青的线粘弹性范围;掺加4种矿物填料的沥青胶浆在代表胶浆的低温状态的高频区域内复合模量的增长趋向一致,在代表胶浆的高温状态的低频区域复合模量的差别变大;相同粉胶比下消石灰对沥青的高温性能提高最显著,其他依次为粉煤灰、水泥、矿粉,但后三者对沥青的影响差别不大;粉胶比的增加与复合模量、粘度的增加并不成正比例。
水泥稳定砂砾在多年冻土地区低温条件下应用普遍出现了板体性差、强度低等问题,综合考虑早强、抗冻、微膨胀、延迟时间、方便施工等因素,研制了水泥稳定类材料低温施工使用的CS-1型水泥复合外加剂。为了检验CS-1型水泥复合外加剂的实际使用效果,对掺入外加剂基层混合料的强度、收缩、抗冻和疲劳等关键路用性能与未掺外加剂基层混合料进行了对比试验分析,并在青藏公路整治改建工程中进行了试验路验证。研究表明,CS-1型水泥复合外加剂可以明显加快混合料低温早期强度的形成,显著提高混合料低温下的早期强度,提高水泥稳定砂砾低温区的抗温缩开裂能力,改善抗冻耐久性,在低应力水平作用范围内可以延长使用寿命,适宜于多年冻土地区等低温条件下的水泥稳定基层混合料使用。
结合江阴长江公路大桥钢桥面铺装研究课题,在参考德国相关研究成果的基础上,自行设计了可以自动恒温和平行试验的贯入度试验仪。通过贯入度试验确定初始最佳含油量,由高温车辙试验和低温弯曲试验确定最佳含油量,并通过刘埃尔流动度试验、极限弯曲试验、冻融劈裂试验和复合梁疲劳试验进行路用性能检验。研究表明,浇注式沥青含油量的微小变化对混合料的动稳定度指标的影响较大,因此,实际施工时应严格控制混合料的沥青用量。通过对研究的成果进行试验路验证,结果表明,下层浇注与上层环氧组成的复合结构具有优良的路用性能。
沉降系数的确定是软土路基沉降计算中的一项重要内容,在对沉降影响因素定性分析的基础上,用前馈型人工神经网络(ANN)模型来计算沉降系数。首先,根据沉降影响因素建立三层型前馈型神经网络模型。然后,利用其非线性映射能力,通过样本学习,建立软土层厚度、硬壳层厚度、填土高度、施工工期等因素与沉降系数之间的定量关系,计算沉降系数,有效地减少了确定沉降系数时的主观性和盲目性。最后,用该方法对某高速公路的沉降系数进行了验算,得出了与实测资料比较一致的结果,表明利用ANN模型的非线性映射能力建立沉降系数ms与影响因素之间的对应关系,确定沉降系数ms是有效而且可行的。用ANN模型确定的沉降系数ms修正分层总和法计算结果,与传统经验方法确定的沉降系数修正沉降量相比,能够更全面地反映各种因素的影响,提高沉降量计算的精度。
针对软土地基的特点,基于弹性层状多层体系理论和国外容许应变设计方法,设计了两种具有级配碎石和较厚沥青层的沥青路面结构、一种常规的半刚性基层沥青路面结构;运用ABAQUS有限元程序分析了3种路面结构中路堤的沉降、结构层底面的附加应力等力学响应;采用灰色关联决策理论,确定了3种路面结构的软土地基适应性以及底基层合理的弹性模量。分析表明,级配碎石夹层沥青路面结构具有较好的软土地基适应性,其底基层材料宜采用较高的模量;而常规的半刚性基层沥青路面结构对软基的适应性较差。分析结果可为软土地区新建沥青路面结构设计提供参考。
通过具体工程实例采用大型有限元分析软件COSMOS/M进行滑坡稳定性分析计算,详细介绍了滑坡稳定性分析有限元法的基本原理,并通过二次开发程序实现有限元模型建立、边界条件处理以及滑坡稳定安全系数计算。计算中首次采用硬弹簧和软弹簧描述滑坡体滑动面接触摩擦模型,考虑滑动面上出现裂纹后应力释放与应力重分配进行迭代计算,得到滑坡体处于极限平衡状态时应力、应变、位移分布等信息,通过这些信息计算出滑坡体稳定安全系数并进行滑坡体稳定性分析。分析结果表明采用有限元法进行滑坡稳定性分析更接近滑坡体实际受力状态,滑坡体稳定安全系数更符合实际情况,并可通过滑坡体内部拉应力区分布找出滑坡体的薄弱部位,判断滑坡趋势,从而有效指导滑坡治理。
在阐述城市路面管理系统发展现状的基础上,分析了城市道路路面使用性能的各单项评价指标及综合评价模型和方法在路面使用性能评价上的不足,对各单项评价指标模型进行了改进,统一了各个指标的值域范围,使得各个分项指标同综合指标的值域一致。改进后的模型具有统一的值域范围,不仅能适用于单项指标的评价,也满足了综合评价指标计算的需要。另外根据城市快速路和城市一般道路路面使用和状况评价的侧重点不同,分别建立了路面综合评价指标,以适应不同功能、地位的城市道路路面综合评价,为建立城市道路路面状况综合评价模型提供了新的思路。
路基路面结构受交通动荷载重复作用,表现出疲劳特性,并会产生不可恢复的残余塑性变形。通过3组室内大比例模型试验,研究了全风化花岗岩、全风化花岗岩水泥稳定土和土工格室加强等不同路基结构形式的路基路面结构受交通动荷载作用的动力特性,分析了路基路面结构动应力应变分布规律,得到路基路面结构动应力、应变和永久变形随车辆荷载大小、车辆荷载通过量(对应加载次数)、运行速度的变化规律,试验论证了全风化花岗岩及其水泥稳定土和土工格室加强作为高速公路路基填料的可行性和适用范围,评价了路基处理的效果,确定了路基质量控制标准,对高速公路的设计与施工具有指导意义。
基于我国目前将高速公路沥青路面结构一次建设成型的现状,在公路建设中交通量预估不准,建设资金不足,地基为软土或特殊土时,对高填深挖变换频繁路段的使用状况进行了详细论述,提出了针对上述4种情况的高速公路沥青路面应采取分期修建的方案。并结合工程实例,利用美国沥青学会(AI)所提出的分期修建工程中以剩余寿命概念为基础的设计理论,用我国规范的计算程序进行高速公路沥青路面结构设计,即拟定第一期的路面结构,用我国规范程序可算出此结构允许承担的交通量N1,根据N1和第二期的实际交通量计算出第一期末的损伤率和第二期允许承担的交通量N2,进而用我国规范程序计算第二期需加铺的沥青层厚度。经与实体工程比较,研究成果与目前的高速公路使用情况相当吻合。
为保证沥青铺装层具有优良的抗水损害和疲劳寿命,应进行专门的沥青混合料配合比设计。结合京港澳高速公路郑州黄河公路大桥的桥面铺装层设计,在室内首先对AC-13I、AK-16A和AC-16I进行了配合比设计,并对各结构单层进行了APA浸水车辙试验和疲劳试验。为模拟桥面铺装层的整体工作状况,又选取两种双层桥面铺装层结构方案A、方案B,在室内进行了高温状况下复合板车辙及复合梁疲劳试验。试验结果表明,在选定的配合比下条件下,单层中的AC-13I型沥青混合料有更好的抗水损害性能;双层桥面铺装层结构方案B具有优良的抗车辙和疲劳性能。综合比较后,方案B可用于指导黄河特大桥桥面的沥青铺装层施工。
针对多孔贫混凝土基层材料的疲劳性能展开了研究。为准确筛选得到一组极限抗折强度比较接近的试件,首先尝试测定低应力比下梁的抗折弹性模量,其次采用超声波法对所有试件进行均匀性筛选,但结果发现两种方法都不能够准确预测相应试件极限抗折强度。接着对集灰比为10∶1的试件在高低应力比为0.08的条件下和对集灰比为9∶1的试件在高低应力比为0.2的条件下,进行疲劳试验,并采用Weibull分布求解了不同失效概率下的疲劳方程。通过比较多孔贫混凝土材料疲劳方程和水泥混凝土材料、水泥稳定碎石材料和其他相关疲劳方程,发现试验得到的疲劳方程是合理的。
提出了一种用于预应力混凝土箱梁非线性分析的单元模型,此模型可以方便的模拟结构中存在的普通钢筋、预应力直线钢筋和预应力曲线钢筋。将分层壳单元和大变形杆单元相组合,编制了钢筋混凝土三维非线性分析有限元程序。非线性分析方面考虑了材料和几何非线性,采用TL列式描述几何非线性行为,材料非线性分析包括弹塑性变形、混凝土的开裂和压碎等等。本文提出的单元模型较好的解决了预应力混凝土箱梁分析时曲线配筋模拟的问题。最后给出了2个算例,计算结果与相关软件和试验数据吻合良好。
目前用于服役桥梁结构静力参数识别的算法主要有Gauss-Newton(G-N)法和Levenberg-Marquardt(L-M)法,但是两种方法各有缺点,G-N法不能有效地处理奇异和非正定矩阵以及对初始点要求苛刻,L-M法虽然能克服G-N法迭代矩阵奇异的缺点,但由于阻尼因子的存在使得识别结果精度较为粗糙。结合二者的优缺点提出:先采用L-M法进行初步识别,再由L-M法初步识别结果作为G-N法的初始值进行再识别的方法,通过MATLAB自编程序实现对实际结构参数的优化求解,从而提高参数识别精度。文中最后以一连续粱的数值模拟试验验证了该法的有效性,比较结果表明,本文方法的识别精度要达到L-M法的2倍之多,能大大地提高识别结果的精度,从而保证了识别参数的可靠性,为服役桥梁结构的进一步状态评估提供了结构模型可靠的量化信息。
为了解决桥梁结构中日益严重的钢材锈蚀问题和降低初始造价,纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)-混凝土组合结构被认为是一种最有效的组合形式。文中首先从主要组合形式及其相关研究等方面回顾了FRP-混凝土组合梁/板系统的国内外研究现状,其次介绍了FRP-混凝土组合梁/板系统的3种常用分析方法和3种优化失效模式及相应的延性特征,接着列出了FRP-混凝土组合梁/板系统在国内外桥梁工程中的具体应用,最后探讨了该组合系统在今后研究中需要解决的一些问题。
在基于继效流动理论建立的钢管混凝土受弯构件徐变计算方法基础上,综合考虑影响钢管混凝土受弯构件徐变的各种因素,从含钢率、作用弯矩级别和时间等几个方面,应用回归分析的方法,得到便于实际设计应用的钢管混凝土受弯构件徐变设计公式。为了检验徐变设计公式的使用效果,使用设计的回归公式对具体算例进行分析,并与文献[1]方法计算的钢管混凝土受弯构件徐变值进行比较。所回归设计计算公式的计算结果与理论计算值符合得较好,并且该公式具有形式简单、考虑因素全面的特点,便于在工程实践中推广和设计规范中采用。
研究了城市快速路交通状态转变时刻的确定方法。在分析快速路拥挤状态和不拥挤状态交通流参数特性的基础上,根据Dganzo等提出的交通流参数调整累计曲线,设计了一种用于确定交通状态转变时刻的方法:利用流量和时间占有率两个参数的调整累计曲线来判定快速路交通状态转变时刻。论文利用北京快速路系统的调查数据检验了该方法,得出的交通状态转变时刻与实际情况相符,证实了该方法的有效性。交通拥挤转变时刻的确定可以应用于道路交通状态判别、交通波理论研究以及现有交通事件检测方法的技术评价。
模糊现象客观地存在于路径选择过程,本文考虑到路径之间的模糊优先关系,在模糊用户均衡条件的假设下,提出了一种新的路径选择模型。首先采用均值面积度量法度量路径的感知阻抗找到具有最小感知阻抗的路径,并通过优势检测产生出行者备选路径集合;然后在构造模糊优先关系矩阵的基础上计算备选路径的优先度,由此得到路径被选择的可能性。该模型可看作是Logit模型的一般化,并且在路径感知阻抗难以用模糊变量描述的情况下,仍能通过两两比较路径的优先关系计算各条路径被选择的可能性。
在概要介绍信息提取计算技术(Granular Computing)的发展概况、有关概念、基本理念和技术要点的基础上,分析信息提取计算技术对于交通数据处理的适用性,将信息提取计算技术引入交通数据处理领域,从理论方法、支撑环境和应用技术三个方面,提出了交通信息提取计算技术的概念模型和技术框架,并在理论方法上进行了较大拓展,融入了传统数学方法、知识发现型方法和非量化方法。最后,分析并提出了交通信息提取计算技术的总体发展思路和推进策略。
