在简要介绍探雷达基本原理及裂缝在雷达剖面上的波组特征基础上,从垂直裂缝数学模型开始,由简单到复杂,按照理论分析数值模拟——物理模拟——现场试验这一流程对探地雷达检测裂缝的理论、方法和实际应用效果进行了系统的分析研究。总结出由单一均匀介质到多层均匀介质等不同情况下裂缝的波组特征规律和检测裂缝的基本方法。由公路工程探测实践表明数值模拟、物理模拟和检测应用具有很好的一致性。采用探地雷达检测公路结构层中的垂直裂缝具有充分的理论依据,实践上是切实可行性的。探地雷达检测裂缝时应选取足够小的横向采样点距和适当主频的天线,并采用合理的处理参数对雷达资料进行分析处理,才能得到直观、可靠的裂缝检测结果。该方法可以对公路结构层中隐含的裂缝进行准确定位,为高速公路路况监控和养护提供了一种新的检测手段。
为探讨边坡稳定分析时得到精确上限解的方法,以无重边坡极限承载力问题为例,依据滑移线场确定破坏机构,推出一个上限解公式,并采用算例与能量法和有限元方法进行比较。分析结果表明:依据滑移线场确定破坏机构所得到的上限解公式与经典滑移线法承裁力公式相同;依据滑移线场确定破坏机构得到的上限解的结果略小于能量法和有限元方法的结论,属于3个上限法中的最小上限解;且能量法和有限元方法最终搜索出的滑面也和滑移线吻合。可见依据滑移线场确定破坏机构的上限法正确、可行、简单、有效,说明以滑移线作为破坏机构的分块模式合理,可得到较精确上限解。
采用3种制备工艺,将纳米氧化锌加入SBS改性沥青中,制得纳米氧化锌/SBS改性沥青,通过电镜技术对纳米ZnO/SBS改性沥青进行微观结构改性效果的分析,并通过分析纳米ZnO/SBS改性沥青的粘度指标和红外光谱图对其机理进行研究。结果表明:采用溶剂法制备纳米氧化锌/SBS改性沥青,能够充分发挥纳米氧化锌的特性,改善SBS在沥青中的分散效果,使SBS在改性沥青中分散均匀,从而使其改性沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等都有明显地改善与提高。在纳米ZnO与SBS改性沥青过程中,SBS与沥青主只是物理变化,而纳米ZnO与沥青则发生了化学反应。
在沥青混合料中掺加钢渣微粉,分析用钢渣微粉替代部分或全部矿粉对沥青混合料性能的影响。通过冻融劈裂试验来评价不同掺量的钢渣微粉对沥青混合料水稳定性的影响,并由车辙试验来评价不同掺量钢渣微粉对沥青混合料高温稳定性的影响。试验结果表明:钢渣微粉可以改善沥青与集料的粘附性,提高沥青混合料的水稳定性;可以明显改善沥青混合料的高温稳定性,提高沥青路面的抗车辙能力;而对沥青混合料的抗裂性影响不大;钢渣粉的最佳掺量为沥青混合料总质量的4.5%。改善沥青混合料性能的机理在于钢渣的碱度大和比表面积大。但是钢渣微粉对沥青混合料其他性能提高不明显。
为了研究沥青老化对路面使用性能影响,通过旋转薄膜烘箱对沥青进行短期老化,再用压力老化仪对老化的沥青进行不同时间的老化,然后对不同程度的老化沥青进行针入度、软化点、延度、不同温度下的粘度、蠕变劲度和蠕变变化速率、动态粘弹性参数的试验。随PAV老化时间的增加,老化沥青的针入度逐渐减小,针入度指数PIPEN逐渐增大,软化点逐渐提高,延度越来越小,而粘度相反变化,复数剪切模量G*、蠕变劲度逐渐增大,相位角δ、蠕变速率则逐渐减小,指数函数更能表征老化对其粘温关系的影响。结果表明老化使沥青弹性增强,感温性减弱,耐久性降低,抗疲劳开裂能力变差,缩短了路面使用寿命。
主要研究了城市道路平整度可能对机动车辆噪声级产生的影响。采用IRI作为道路平整度的计量单位,并在上海的一些城市道路上组织了沥青路面和水泥路面两类试验。首先,在满足试验条件的道路上进行平整度的量测;其次,在试验道路的测点上采集车辆以特定速度驶过的最大噪声级。通过对试验数据的分析,发现车辆以相同速度行驶在平整度不同的城市道路上时,其噪声级是不同的,而且随着平整度指数的增加,机动车辆噪声级也呈上升趋势,因此城市道路平整度确实会对机动车辆噪声级产生影响。在20~50 km/h速度范围内,对于平整度相同的水泥路面和沥青路面,前者的车辆匀速行驶噪声要高于后者。
为保证防水粘结层与沥青铺装层和混凝土板之间的良好粘结,应通过试验选择性能优良的防水粘结层材料。结合京港澳高速公路郑州黄河大桥的桥面铺装层设计,首先在室内按照抗剪强度最大的原则确定了桥面防水粘结层材料的最佳涂膜量,然后在最佳涂膜量的条件下测定了不同垂直压力和温度下粘结层抗剪强度的变化情况,分析了变化规律,同时又测定了不同温度下粘结层的粘结强度,并建立了粘结强度和抗剪强度的关系。通过现场拉拔试验,建立了桥面防水粘结层抗剪强度指标,并对实体工程进行了验证。防水粘结层室内外研究的方法和结果,对大跨径混凝土桥梁粘结防水层设计具有一定的指导意义。
沥青铺装与钢桥面板间的脱层破坏是钢桥面铺装层较常见的一种病害破坏类型,而防水粘结层的层间特性是病害的主导因素,因此,对防水粘结层的层间特性进行分析尤为重要。结合江阴大桥钢桥面铺装研究课题,采用理论力学方法对不同温度和荷载条件下的层间剪切性能进行了分析;然后通过室内拉拔试验与剪切试验,得出防水粘结层的拉拔强度随温度变化的回归方程与不同温度条件下的剪切强度,通过对比研究得出结论认为:江阴大桥钢桥面铺装发生整体性剪切破坏的可能性较小,所用防水粘结层材料可以承担铺装在多种不利条件下的抗剪响应。
裂缝位置是连续配筋路面的薄弱面,裂缝间距和裂缝宽度则是CRCP配筋设计的两个控制指标。通过对不同配筋率的两段CRCP路面裂缝进行长期观测,分析归纳了CRCP路面的主要裂缝类型、裂缝形态、裂缝主要参数以及各参数的变化规律。研究发现横向裂缝是CRCP的主要裂缝形式,除了常见形态外,还出现了大量群集裂缝以及Y形裂缝。裂缝可以用裂缝间距、裂缝宽度以及裂缝长度等参数来表征,各参数随配筋率、端部锚固形式、观测气温以及时间而不断变化,相关研究结论可为今后CRCP路面实施裂缝控制技术以及CRCP的优化设计提供有益的参考。
应用APBI程序,建立计算模型,采用弹性层状体系理论,对重载下刚性基层(CRCP)沥青路面的力学响应进行了分析,探讨了重载作用下刚性基层沥青路面的应力分布及其影响因素。研究结果表明:路表位于车轮外侧有数点受到垂直于行车方向的拉应力,路表最大剪应力的位置出现在轮胎边缘附近,在拉应力和剪应力的共同作用下行车带轮迹边缘附近容易出现平行于行车带自上而下的裂缝;刚性基层路面拉应力主要由刚性基层承受,随着结构层所受荷载的增加,层底拉应力显著增大;高温下车辆制动时产生的水平力对剪应力的影响很大,当紧急制动时路面最大剪应力比不考虑水平力时增大接近150%,易产生剪切破坏。
运用国外先进检测设备无核密度仪(PQI),并与传统的水中重法进行对比试验,总结了PQI在沥青面层施工压实度检测中的精度,研究了其用于沥青路面的适用性、使用方法、可靠性并控制测量误差。为有效应用于全国各等级公路沥青面层现场压实度检测提供依据。分析表明,PQI在均匀的沥青路面上的测试精度比在表面层存在大粗骨料的路面要高很多。PQI必须针对不同的测试区域以及不同的测试情况进行相应的标定,使测量误差能够控制在2%以内。因此,PQI可以用于沥青面层施工中密度(压实度)的实时、快速无损检测,对保证工程进度、确保施工质量具有重要意义,应用前景良好。
通过对桥台后软基路堤实际受力特性进行适当简化处理,提出了有限元分析的简化计算模型。采用ABAQUS有限元程序来模拟路堤填筑与工后变形的实际工况,就桥台后分别填筑固化粉煤灰、粉质粘土桥台后路面工后沉降及搭板与引道路面差异沉降进行了计算。对计算结果进行了分析,并与实际观测结果进行对比。研究结论表明:采用轻质材料固化粉煤灰可减少桥台后路面的工后沉降量及桥台搭板与引道交界处路面的差异沉降,有效降低桥头跳车现象的发生。研究结果可为固化粉煤灰在桥台回填工程中的应用提供理论依据。
为分析材料级配的变化对于水泥稳定碎石材料疲劳耐久性的影响,优选3种由细到粗的级配类型,采用MTS仪器对养生3个月龄期的水泥稳定碎石材料的100 mm×100 mm×400 mm的中梁进行疲劳性能室内试验研究。通过室内试验数据的分析研究发现,水泥稳定碎石材料疲劳性能对于级配的敏感性较强,最粗级配的材料性能最差,说明级配过粗对材料和路面结构的耐久性不利;而且通过试验分析发现,所选择的3种级配的水泥稳定碎石材料的疲劳指数基本上处于国际上公认的11~33之间。
通过工程试验,以水泥粉煤灰稳定级配碎石为试验路段,研究了覆盖补水养生和覆盖密封养生创造的温湿度环境及其对强度和抗裂性的影响,采用干湿泡温度计测量2种养生方式下基层所处的温湿度环境。结果表明:2种养生条件下的湿度始终高于外界湿度;早晚时湿度大而且离散小,但正午时湿度比较低且离散较大;早晚的温度离差较小,正午的离差较大,且薄膜养生条件下温度的离散性比麻袋养生小。相对于覆盖补水养生而言,覆盖密封养生具有很好的保温保湿效果,养护的基层不仅强度高,具备良好的抗裂性,而且可以节省大量养生用水,是一种很好的基层养生方式。
鉴于信赖域算法在求解非线性二次规划问题中具有良好的全局收敛特性,同时结合有限元模型修正技术,引入有效弹性模量损伤因子和损伤分布函数的概念,在Matlab编程环境下调用ANSYS有限元程序中的APDL语言进行桥梁空间结构的有限元建模,利用信赖域算法调整局部单元(组)的参数,通过连续损伤分布插值多项式拟合连续区段各单元(组)的损伤分布曲线,进而实现了对连续梁桥的动力损伤识别。数值算例表明该方法能准确、有效地判断桥梁结构的损伤发生、损伤区域以及损伤程度,同时该损伤识别过程可以结合二次精细划分单元(组)的方法来提高识别的精度和准确性。
为了在定期检测信息的基础上实现大跨度预应力混凝土斜拉桥的健康状态评估,提出采用无线多点自动综合测试系统监测结构应力,利用环境随机振动法测试全桥索力,并结合桥梁几何测试信息,获得桥梁状态的综合检测方法。针对招宝山大桥,建立最优化遗传静力反分析模型,采用基于遗传算法的大型复杂结构损伤识别程序对模拟的损伤工况进行分析,有效识别出了斜拉桥主梁的损伤位置。并且由于遗传优化算法对参数的类型和数量没有限制,对斜拉桥进行包含不同损伤类型的参数化建模,可以进行结构多类型损伤的识别,因此,可推广至其他复杂桥梁的损伤识别,为同类工程所借鉴。
某跨海大桥主通航孔为主跨800 m的自锚式混合梁斜拉-悬吊协作体系桥,通过模型试验对该新桥型的静力性能和动力特性进行了详细的研究,与基于有限元理论的计算结果进行了对比,试验结果与理论结果相吻合;分析了辅助墩、混合梁对该体系的动力影响:边跨增设辅助墩后,协作体系的各阶频率都有所增大,能改善协作体的1阶竖弯和1阶侧弯频率,能抑制桥梁在风载作用下的侧向位移;采用混合梁结构形式,使主梁自振频率均增加,提高了全桥的竖弯和横弯刚度,为自锚式斜拉-悬吊协作体系桥的设计和力学性能研究提供参考依据。
拱桥拱轴线可以用4次样条函数表示,而基于4次样条函数的拱桥拱轴线优化设计问题是一个非线性规划问题。采用Topkis-Veinott可行方向法研究了优化求解方法,提出了新算法。通过对上承式钢筋混凝土拱桥实例求解,得到了符合设计要求的结果。计算结果表明,该拱轴线优化模型与初始拱轴线无关,不需要对初始拱轴线的选择做细致研究,只要初始拱轴线是连续曲线即可;在应用Topkis-Veinott容许方向法时,需要注意初始点的选择要求必须是可行点。由于容许方向法的每次迭代都是在可行域中进行的,方向是目标函数下降的方向,每步迭代结果都是可行设计,而且后一步迭代结果比前一步结果要好。因此,该拱轴线优化模型有较好的可靠性和实用性。
隧道施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一。以盾构隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象,采用有限元数值分析软件模拟盾构隧道施工过程,分析盾构隧道引起的土体应力场、位移场变化,对比分析不同的地层损失、不同的土体本构模型、土体排水和不排水条件下隧道施工引起的地表沉降变形规律,并进行了不同影响因素的敏感性分析。结果表明,地表沉降槽近似正态分布曲线,地表沉降的主要影响因素依次为隧道埋深、内摩擦角、压缩模量、粘聚力和泊松比;提出了盾构隧道施工引起的地表沉降计算模型,并采取有针对性的措施来减少地表沉降,减小对周围环境的不良影响。
论述了短时交通流预测模型的分类、特点和适用条件。通过历史交通流量记录运用最优抽样间隔数据分析发现,在城市道路网络中,路口自身和近邻路口的交通流数据之间存在紧密的时空关系。利用时空自回归移动平均模型来建立路口间交通流的时空关联关系,用于区域交通流的短时预测和时空分析,并详细介绍了该模型的数学描述和建模过程。采用长安街及其沿线路口的区域交通流量作为试验数据,验证了该模型在交通流的短时预测和时空分析中的可行性。该模型在考虑预测值所在位置时间序列的同时,也考虑到了空间上相邻位置的时间序列,大大提高了短时交通流预测的准确性。
为了解决包含禁行路线路网的最优路径快速求解问题,研究了不含禁行路线路网和包含禁行路线路网的特点,建立了相应的路网数学模型。通过路网转化法把包含禁行路线的路网转化为不含禁行路线的路网,降低了最优路径求解的难度。研究了霍普费尔特神经网络(Hopfield Neural Network,HNN)的特点,设计了适合求解路网最优路径的HNN算法,在算法中采用动态邻接矩阵,节省了计算机内存,减少了运算时间。将所研究的路网转化方法和设计的HNN算法应用于所研发的车辆诱导系统中,并进行了实际路网测试,结果表明应用该方法能够在包含禁行路线路网中求解最优路径,且比经典算法的运算效率高。
为了在交通影响分析中准确预测道路网络的宏观交通流和局部路口的微观交通流特征,开发了利用交通量分配模型和交通仿真技术组合分析交通影响的方法。首先在地理信息系统(GIS)的支持下,利用Voronoi图对交通小区进行几何分割,并借助GIS的空间聚合分析功能分割相应的属性数据,然后利用MCI(Multiplicative competitive interaction)模型推求新OD矩阵。从而使交通需求预测模型的输出结果可以直接作为交通仿真的初始数据,以便利用交通仿真技术实施关键路口的微观交通流分析。最后通过一个试验验证了方法的有效性和精度。
OD矩阵(Origin-Destination Matrix)是路网规划与评价的基础数据。以往OD矩阵数据是通过交通调查的方法获得,这往往耗费了大量的人力和物力。运用贝叶斯定理的先验分布原理,构造贝叶斯智能学习的网络拓扑结构,提出由各路段交通流量的观测值来推算估计以及预测OD矩阵的一种有效方法。利用此方法可以准确估计出OD矩阵数据,同时在优化网络拓扑中,能对未来交通量的分配进行预测。对比分析表明,此方法能有效地提高交通运输规划的效率以及交通评价准确性。
研究了SB分布函数的分布特性,发现SB分布比正态分布和对数正态分布能更好地表达单向偏好因子的参数,结合合肥市居民出行调查数据,建立了Logit交通方式分担模型和两种约束条件的SB分布Mixed Logit交通方式分担模型MIXED1和MIXED2,通过对比分析发现MIXED2模型对原始数据解释更合理,且更能体现出行者对出行时间认识上的差异性,文章最后对模型进行了公交出行时间敏感性测试,结果表明实施公交优先后,公交客流转移量主要来源于自行车使用者。基于SB分布Mixed Logit模型不存在Logit模型的IIA缺陷,且能体现出行者对影响因素认识上的差异性,其更适合于交通方式分担建模。
综合考虑到浮动车检测技术与感应线圈检测技术的优缺点,为了提高道路行程时间估计的精度及完备性,提出基于浮动车与感应线圈的融合检测技术的行程时间估计模型。该模型利用神经网络技术对两种检测技术同一路段的检测数据进行融合,从而达到提高道路行程时间估计精度和完备性的目的。最后,以广州市7 000多辆装有GPS装置的出租车所提供的浮动车数据、100多个安装在广州市各主要道路口上的感应线圈检测器提供的感应线圈数据以及广州市交通电子地图为基础,在10条道路上分别随机选取的500个两种检测数据对提出的模型进行了验证,试验结果表明,此模型在道路行程时间估计的精度方面较浮动车移动检测技术与感应线圈技术有较大提高。
论述了在人-车-路(环境)系统中驾驶员弯道安全感受的非线性特性。为了体现车辆、道路结构对驾驶员认知过程的作用和认知结果形成的影响,驾驶员弯道安全感受模型采用弯道平曲半径、车辆运行速度和驾驶员驾龄作为道路线形、车辆结构动力性、驾驶员经验的主要特征参数集,在增加积极和消极补偿运算的基础上,构建出模糊逻辑推理规则与神经网络优化逼近运算相互结合的5层推理预测模型,并结合实例数据,进行了对比分析验证,表明5层结构模型能够较好的满足特定弯道条件下驾驶员主观安全感受的认知推理预测要求,能够准确的、稳定的再现出驾驶员主观安全感受同驾龄、平曲半径和车辆运行速度间的相互作用关系。
在对大量的双车道公路进行了调研和采集了海量的公路、交通、事故数据基础上,针对接入口对双车道公路交通安全的影响进行了量化分析。采取的分析方法包括接入口单因素对安全影响分析、考虑交通量和路段长度因素接入口对安全影响分析、接入口和其他因素综合对安全影响分析等。分析结果表明,接入口对双车道公路的总事故率尤其是追尾事故率有重要的影响,并得出了双车道公路接入口对交通安全影响的量化结论。全部事故、一般以上事故、路侧事故、追尾事故和碰撞事故等的次数都随接入口密度增加而增加;在山区双车道公路上,在其他要素不变的情况下接入口密度每增加一个单位,全部事故增加4.36%,追尾事故增加11.9%。
研究了机动车稳态加载工况(ASM)废气排放检测系统总体方案的制定和设计,在此基础上完成了对该系统的硬件和软件的开发设计。首先,讨论了研究的目的和意义。其次,根据要求对系统硬件组成设备进行了选配,设计了系统的整体方案,说明了各个部分的内容及功能,并从多个方面保证硬件系统的测试精度。涡流机涡流加载的闭环控制由涡流加载装置内部的PID调节电路来完成,速度信号由光电隔离,经过单片机处理传送给上位机。然后,根据稳态加载(ASM)工况测量方法设计出了测试系统的软件系统。本软件系统综合了VB串口通讯技术、VB数据库接口技术、SQL Sever2000数据库存储技术、网络技术、数据库远程存储和读取技术。最后,对系统进行运行试验,得出试验结果,系统设计完成。
路面不平度是车辆行驶中振动的重要激励。为了识别路面不平度的功率谱密度函数(路面谱),提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络识别路面谱的新方法。该方法以7自由度汽车振动模型为基础,以MATLAB软件仿真得到的汽车车身质心垂直加速度谱为神经网络理想输入样本,以GB7031-86建议的路面谱为神经网络理想输出样本,应用RBF神经网络建立汽车车身质心垂直加速度谱和路面谱之间的非线性映射模型。另取一组仿真得到的车身质心垂直加速度谱代入已训练好的网络进行路面谱识别。结果表明:该方法具有较强的抗噪声能力和较理想的识别精度,识别的路面谱与拟合的路面谱吻合一致。
根据有竞争的物流配送中心选址问题的特点,以新增物流配送中心获取最大的市场占有量为目标函数,建立了有竞争的物流配送中心选址问题的数学模型。由于建立的数学模型是一个高维、非线性、非凸性,并具有多个局部极值点的复杂函数优化问题,传统确定性优化算法很难求解得到问题的最优解或满意解。为此,提出将一种新型的启发式进化算法——克隆选择算法用于求解建立的数学模型,并详细描述了应用克隆选择算法求解数学模型的方法和步骤。仿真试验表明,克隆选择算法求解有竞争的物流配送中心选址问题是可行而有效的,并且具有收敛速度快、全局搜索能力强和稳定性好的优点。
在车辆超载超限的治理机制中,尤其是在长效治理机制中,经济内容是至关重要的。经济措施是治理车辆超载超限长效机制的根本。文章对降低运输成本、提高运输效率和加大经济惩罚力度等3项基本措施进行了深入的分析。降低运输成本、提高运输效率是治理的基本思想;提高运输的组织化程度,适当地提升市场的集中度是治理的基本目标;而降低公路通行费、对养路费征收方式的改革、控制各类规费征收水平等则作为治理的基本措施;针对自由裁量权过大和力度不够等当前经济惩罚规定的现状,文章还提出了进行车辆超载超限定量经济处罚的数学模型。
为了巩固全国治理车辆超限超载工作已取得的成绩,理顺治理工作业务流程,规范执法,研究了治理车辆超限超载智能管理信息平台的总体设计及其相应系统功能实现,给出了全国治理双超智能信息平台的总体构架,重点介绍了该平台的功能模块设计,探讨了构建该平台的相关关键技术。同时,以北京市省级治理车辆双超智能信息平台为例,简要介绍了治理双超智能信息平台构架的具体实现。该平台经过前期试运行表明,平台构架科学合理,能够满足治理双超工作及相关行业的业务需要,北京市省级治理车辆双超智能信息平台工作稳定可靠,提高了北京市车辆超限运输的治理水平,基本实现了平台建设的总体目标,同时为交通行业运政管理系统功能完善提供了有力支持。
