应用有限元软件ABAQUS,采用合适的材料模型建立有限元模型,模型网格按不同密度进行划分,对沥青混合料劈裂试验进行二维与三维数值模拟对比研究。通过研究,对劈裂试验中沥青混合料试件内的应力、应变分布及变形特性和变化规律有了深入的认识,并据此得出沥青混合料的强度参数。结果表明,有限元模拟中,网格划分密度、划分形式对模拟结果有较大影响;对于不同的沥青混合料,其劈裂试验模拟应以相应材料的单轴抗压试验结果为材料特性进行定义;经三维模拟及理论对比验证,简化二维模型在一定条件下是可行的。对沥青混合料性能试验进行数值模拟研究,是一种形象直观、快速高效的研究手段,对沥青混合料研究水平的提高有一定意义。
针对轮胎接地形状的不规则性,构造理想传力垫层、运用三维有限元接触分析方法分析了矩形、椭圆、长圆3种简化荷载形状在具有不同单轮横向宽度及两轮中心距时铺装层的力学响应。结果表明单轮横向宽度与两轮中心距对横向拉应变有较大影响,而矩形形状荷载计算结果较椭圆和长圆形状荷载小。与实测数据的对比分析表明:以往计算采用的单轮横向宽度偏小,长圆荷载的计算结果与实测值更接近,在用简化矩形均布荷载分析钢桥面铺装力学响应时,单轮横向宽度与两轮中心距应该尽量按实际情况选取,并进行荷载形状修正。
提出了一种基于路面不平度自功率谱密度函数PSD计算国际不平度指数IRI(International Roughness Index)的方法。通过建立1/4车辆模型来分析路面不平度的输入和汽车振动的响应,由动态响应模型的理论分析得到路面不平度的自功率谱密度函数PSD(Power Spectral Density),再应用随机理论等方法,推得基于路面不平度自功率谱密度函数PSD的IRI值。用PSD计算IRI,能够使车辆和道路部门比较他们对路面不平度的各自评价标准,从而作为其设计、改进产品的依据,IRI的求得,为公路运输部门对道路的养护决策提供了依据。
为了分析弯沉测量结果上的差异,以水泥混凝土路面常见的2种弯沉测试方法为例,分析了板角弯沉测试时测点偏移对弯沉测试结果的影响,引入了测点偏移影响系数的概念,建立了允许偏移范围内实测弯沉的修正方法。结果表明,测点偏移对弯沉测试结果影响非常显著;测点向板内侧偏移时,2种测试方法均可引入测点纵向和横向偏移影响系数用来修正实测弯沉值,影响系数与荷载向板内移动的距离以及地基板相对刚度半径有关。因此,可以将测点偏移情况下的弯沉测试值转换为标准测点位置的弯沉值,方便了实测数据的统计处理,拓展了弯沉测试方法的应用范围,提高了弯沉测试的效率。
依据现有热拌沥青混合料疲劳试验的研究成果,结合泡沫沥青冷再生混合料的特点,确定了疲劳试验的参数,即采用10 Hz半正弦波荷载进行劈裂疲劳试验。基于不同的级配以及不同的水泥含量,选用了5种不同级配的泡沫沥青冷再生混合料进行劈裂疲劳试验。根据试验结果将应力水平与疲劳寿命分别在单对数和双对数坐标上采用线性方程进行拟合。通过对疲劳方程分析表明,对于小应力比作用下,少量水泥所引发的脆性性质难以表现出来,而水泥和沥青的综合胶结作用会增强材料的抗疲劳性能;泡沫沥青冷再生混合料与粗粒式热拌沥青混合料相同应力比条件下的疲劳性能基本相当,同时发现在2%的水泥用量之内,增加水泥用量不会明显影响材料的抗疲劳性能。
运用三维有限元方法,分析了不同道路纵坡下路面结构层层底最大拉应力、层底最大剪应力和土基最大压应变的变化规律,以及上坡路段在不同超载率、路面摩擦系数和温度状况下各主要路面结构力学指标的变化情况,并提出了相应的防治对策。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受拉力有影响,更易使面层产生开裂;各面层都是剪应力作用的主要集中区域;超载率、路面摩擦系数和温度对上坡路面结构受力都存在不同程度的影响,汽车超载的影响最大。因此,应尽量提高沥青混合料面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制上坡车辆超载。
为改善水泥稳定碎石基层性能,以获得一种既保持水稳碎石高强度特点,又能最大程度避免反射裂缝,同时也经济可行的大规模路网改造用基层材料,试验中将低剂量(3.5%以下)与加入乳化沥青(2.1%以下,60%含量沥青)结合起来,先通过马歇尔试验选择了2.5%水泥、1.8%乳化沥青的合理用量,然后对其进行了无侧限抗压强度与变形、干缩、水稳定性、劈裂等试验,最后通过试验路验证了其使用功能。试验结果表明:按以上配比加入乳化沥青后,无侧限强度变异性较小,强度代表值与不加沥青时基本相同;水稳定性增加;干缩应变约减少27%,且失水过程减缓;劈裂强度略有降低;长期观测的表面反射裂缝情况明显改善。
为研究路基土湿度的动态变化特征,通过设置试验路段,进行了室内模拟试验和现场测试,对路基土含水量的变化进行了研究。根据试验数据建立了重塑土体积含水量、饱和含水量与张力的关系式,预估了土的含水量,并利用建立好的土回弹模量和土含水量的模型,进而预估了土的回弹模量的动态变化特征。结果表明,土张力与含水量之间具有较好的相关性,预估值和实测值相差不到10%,具有较高的精度。因此,采用张力计测试土张力并反演路基土的含水量是可行的,若再提高张力计的测试精度,可以更准确地获得路基土湿度的动态变化特征,并对路基的设计具有重要的指导作用。
为描述大跨桥梁服役前完好状态时的结构性能,建立了润扬悬索桥面向结构健康监测的基准有限元模型。首先,探讨面向健康监测需求、建立适度精细基准模型的目标,提出了采用正交异性壳单元等效钢箱梁的建模策略。然后,就钢箱梁的简化模拟、桥塔的动力模型修正、成桥状态初始构形及内力的确定、主梁边界条件的确定和钢箱梁局部应力分析等关键技术问题进行了详细的研究。最后,对所建立的基准有限元模型采用润扬悬索桥成桥试验的实测结果进行了验证。结果表明,该基准模型能从整体结构尺度与局部构件尺度两个方面准确地模拟结构的实际性能,从而为润扬悬索桥的损伤识别与状态评估提供了可靠的结构描述与分析依据。
应用空间有限元方法,对3跨变截面预应力钢箱-混凝土组合连续梁桥进行了建造全过程分析。着重研究了施加体外预应力对钢箱-混凝土组合连续梁桥受弯性能的影响,采用单元生成技术实现钢箱-混凝土组合连续梁桥受力全过程模拟。分析结果表明,当钢箱-混凝土组合连续梁桥跨度较大,且截面尺寸受限时,采用常规的墩顶强迫位移、桥面板施加体内预应力等措施仍不能满足中支座负弯矩区域的承载力要求。对中支座负弯矩区域桥面板施加局部体外预应力,对于改善钢箱-混凝土组合连续梁桥的受弯性能有较大的作用,能提高钢箱-混凝土组合桥梁的承载力,进而提高了跨越能力,具有更好的综合经济效益。
忽略钢-混凝土组合梁界面滑移,认为混凝土收缩引起的横截面变形符合平截面假定,由此建立混凝土收缩内力平衡方程和收缩应力计算公式。提出考虑混凝土收缩影响的组合梁混凝土开裂弯矩计算公式,以及混凝土收缩引起的组合梁挠度计算公式。算例表明,在进行组合梁混凝土的抗裂分析时,混凝土的收缩应力不容忽视。混凝土收缩引起的组合梁挠曲变形随组合梁跨高比的增大而迅速增加,大跨度组合梁的收缩挠度可以得到跨度的1/1000以上。对于混凝土翼板恒定的变截面组合梁,混凝土的收缩应力基本不随截面变化。组合梁混凝土收缩应力随混凝土翼板配筋率的提高而增加,但总的变化幅度不大。
应用大型有限元程序MIDAS/Civil,建立了韩江北桥主桥整体的空间有限元计算模型,根据钢管混凝土统一理论计算了各桥跨拱肋单元的截面特性,采用刚度、质量等效原则对复杂桥面板进行了简化模拟。依据桥梁设计规范要求对该桥梁成桥阶段的静力性能进行了详细计算。计算结果表明,当桥梁某跨上布置有汽车荷载时,其余各桥跨是否布置有汽车荷载,对该桥跨竖拱拱肋及桥面系横梁内力、变形结果影响较小。因此,在桥梁设计计算中,可大大减少作用效应组合的数量,在进行桥梁整体性能计算做作用效应最不利组合时,为简化设计计算,可仅考虑汽车荷载沿全桥各桥跨布置这一种典型情况参与组合即可计算得到足够精确的计算结果。本文计算结果已为韩江北桥主桥设计提供依据,并对同类桥梁结构设计也具有重要的参考价值。
结合云阳长江公路大桥的施工监控实践,简述了该桥施工控制结构分析方法、施工控制体系和施工控制正装计算各标准梁段4个施工工况的划分。详细论述了主梁悬臂施工立模标高的确定方法,并给出了主梁悬臂施工立模标高的计算公式,同时阐述了受温度、结构体系转换、施工荷载、混凝土在施工阶段的收缩徐变以及挂篮的非力学因素变形等因素影响后的主梁施工梁段立模标高修正值的确定方法。简述了该桥索力测试与索力调整方法、截面混凝土应力测量方法。施工控制结果表明:成桥后主梁线形平顺,索力与主梁内力控制在了允许的范围内。
为完善公路钢筋混凝土桥梁抗弯加固设计理论,针对CFRP布加固钢筋混凝土梁的受力机理和破坏特点,结合我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的设计理论,基于国内文献有关CFRP布加固梁的抗弯试验研究成果,建立了CFRP布加固桥梁的抗弯承载力计算公式,并提出了加固后梁承载力的提高程度、碳纤维布最大用量和最小用量的限制要求。公式计算值与试验值的对比结果表明,所建议公式具有较好的实用性和安全性,可用于公路钢筋混凝土桥梁的抗弯加固设计计算。
碳纤维增强复合材料(CFRP)具有高强、质轻、工艺性好和耐腐蚀好等优点,在混凝土结构加固领域的应用日趋广泛。针对实际情况下钢筋混凝土梁式桥因受弯承载力不足产生破坏的特点,对碳纤维布加固混凝土梁的受弯性能进行了试验和初步有限元数值分析,通过ANSYS有限元建模,其中,混凝土单元类型采用Solid65空间混凝土单元,钢筋单元采用Link8空间链杆单元,外部粘贴CFRP采用Shell41膜单元,混凝土梁支座采用Solid45单元。分析与试验结果表明,与普通混凝土构件相比,经CFRP加固的混凝土构件可有效利用碳纤维材料高强度的特性,混凝土梁的抗弯承载能力和刚度得到较大幅度的提高,在混凝土结构加固领域具有广泛的应用前景。
以3跨变截面箱梁弯连续刚构桥为研究对象,分别采用平面有限元和空间有限元方法计算了自重作用下控制截面的剪力滞系数,并对剪力滞效应进行了分析,主要对弯曲半径、宽跨比、粱高比、墩高、施工阶段等因素对变截面箱梁剪力滞效应的影响进行了分析了。结果表明,自重荷载作用下,弯桥半径对剪力滞系数影响较大,沿纵桥向变化非常明显,但任一截面中心点的变化不大;边跨支座断面的截面应力分布最不均匀;跨径不变,随着曲率半径的减小,剪力滞系数越大,应力的不均匀分布也加剧变化;梁高比越大,剪力滞系数越大;墩越矮剪力滞系数越小,高墩时,墩高的变化不会影响剪力滞系数的分布。在悬臂施工阶段中,悬臂端截面的应力剪滞系数随着施工悬臂长度的增加而减小。
首先,介绍了地质雷达的工作原理及其探测方案和探测技术参数的确定原则。其次,采用瑞典MALA公司的RAMAC/GPR通用型主机CUⅡ,同时结合掌子面地质素描,对某高速公路的3条隧道进行超前地质预报。根据现场工作条件及探测精度和深度的要求,测线布置采用"十"形测线,测量方式采用点测方式,测点间距为20 cm,天线中心频率主要采用100 MHz。结果表明,采用该方法对断层、溶洞、含水裂隙和软弱夹层等不良地质状况的预测基本符合掘进实际,保证了施工安全、加快了工程进度,同时为地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用积累了一些经验。
根据斜拉桥拉索振动的特点,建立了考虑垂度及斜度影响的振动微分方程,并利用奇异摄动解法进行求解。不仅考虑了索的刚度,而且将索的边界条件假定为简支和固支耦合的情况,在此基础上提出了频率法的索力计算实用公式。分析比较了目前国内外的其他主要计算公式,结果表明该公式具有高精度和计算方便的特点。将该实用计算公式用于南京长江三桥施工控制中,通过对实际斜拉索测试得到的各阶频率进行计算,并与设计索力和压力传感器得到的索力进行对比分析。计算表明该公式能够满足实际工程的需要,可广泛适用于频率法测估各种索类结构的内力。
结合石板坡长江大桥的设计及施工特点,运用大型有限元软件ANSYS建立了石板坡大桥钢混结合段结构分析的空间有限元模型,钢箱梁用shell63壳单元模拟,混凝土箱梁用solid95实体单元模拟,预应力钢绞线用link8单元模拟,并采用约束方程模拟预应力筋和混凝土间的粘结作用。根据运营过程中的最不利荷载工况,分析了钢混结合段在4种工况下的应力状态,检验了设计的安全性与合理性。结果表明,除钢箱梁锚垫板下预应力管道支承钢板以及与混凝土箱梁结合面折角处存在应力集中现象、部分拉应力超出混凝土的抗拉强度外,结构总体受力合理,内部应力满足设计要求;鉴于钢混结合段的构造与受力都很复杂,建议在此部分的混凝土箱梁采用钢纤维混凝土作为加强措施。
畅通可靠度是在研究交通供需之间关系的基础上提出的概率型指标。根据畅通可靠度的计算方法,将各小区交通需求和各路段通行能力视为符合正态分布的变量,通过组合不同交通供需分布方式,对所需要研究的路网采用多次随机试验的方法得到各道路单元、路径及系统的畅通可靠度,并研究不同交通供需分布方式对路网车速和畅通可靠度的影响,寻找在不同交通供需下道路畅通可靠度的变化规律。分析表明:道路单元、路径、OD对间及路网的畅通可靠度变化规律是一致的,并且畅通标准越高,路网的畅通可靠度就越低;在同一畅通标准及相同的需求变化范围下,需求越低,相应的畅通可靠度会越高;同时,随着畅通标准的提高,道路通行能力和交通需求方差越大,道路畅通可靠度也越大。
针对传统干线控制方法的不足,提出了新的控制策略,采用递阶结构将传统的控制方法与模糊控制结合在一起对交通干线进行实时协调控制。由上层的中央协调单元通过传统的线性规划对交通中的确定性因素进行建模,得到干线控制所需要的信号周期、各个路口之间的相位差和绿信比等参数作为初步配时方案;然后针对交通问题中较强的随机性和不确定性,以模糊控制对得到的初步方案进行补偿,主要通过模糊逻辑对相位差进行调整,并最终由路口信号机根据路口的实际情况对绿信比进行调节,使整个干线控制得到优化。仿真结果表明,该方法比传统的定时控制和感应控制能更有效地提高干线的通行能力。
相位差是区域信号协调控制的重要参数,其动态优化直接影响通行能力和路网延误。论文考虑交通流诱导与交通信号控制的协同运作,通过研究车队在停车线车头受阻和车尾受阻的不同等待状态,建立了相位差与诱导参数路段行程时间的相关关系,基于诱导控制协同的动态性考虑,提出基于预测型诱导用行程时间的信号控制相位差优化技术,阐述其优化算法流程。论文利用长春市长春大街含3个交叉口的路线进行算例试验,结果表明利用预测型行程时间优化相位差之后干线总行程时间最高节约12.9%左右,延误减少高达51.3%,达到诱导控制信息共享、协同运作提高路网运行效率的目的。
通过将交通路网中路径搜索的定向式启发策略与深度优先的树搜索算法相结合,提出了一种有效路径的定向树搜索算法。该算法利用节点坐标划定有效搜索区,使搜索范围缩小。在具体的求解过程中一是利用已求出的节点位势确定下一步搜索的邻接节点范围,二是利用一个简单的节点估价函数确定进一步要选择的节点。通过给每一个节点一个搜索标记号来记录搜索树的分杈情况,可以顺利的实现有效路径的连续搜索,并结合博弈理论建立了新的交通流分配模型,给出了博弈配流的步骤。新模型合理反映了交通路网中出行者的出行路径决策行为,提供了唯一的路径流量解,因此便于在交通网络的灵敏度分析和优化设计中应用。最后,用一个简单算例说明了该方法的有效性。
通过分析直行自行车与右转和左转机动车之间的冲突规律,采用冲突区占有率方法,研究了直行自行车对机动车饱和流率的修正系数,建立了直行自行车与右转机动车对冲突区占有率的关系模型,结果表明直行自行车对冲突区的占有率随着流量的增加而增加,进而标定了其对机动车饱和流率的影响系数。针对左转机动车,通过分析车流运行特性和通行规则,建立了直行机动车对冲突区的占有率模型,并以此为基础标定了直行自行车对左转机动车饱和流率的修正系数。本文的研究成果为机非混行条件下交叉口的通行能力计算和信号配时方案设计提供了依据。
为了解决在多种交通模式条件下出行者的路径与出发时间选择问题,提出了一个变分不等式模型用于模拟具有变需求的多模式随机动态出行选择行为。推荐了一个改变的投影压缩算法求解相应的变分不等式问题,并给出了算法的迭代步骤。最后在一个相对真实的路网上进行了仿真试验,从两个OD对之间的一个路径上的路径入口流量率以及增补的路径旅行费用状况中可以看出,小汽车和卡车的路径入口流量率以及增补的路径旅行费用都可以达到一种平衡状态,表明了模型和算法的有效性和正确性。
在分析特殊路段交通特性及需求的基础上,对一类含特殊路段的城市干道协调控制方法进行了研究,提出基于主动性思维设计控制策略。通过干道协调控制人为调节关联交叉口交通阻抗来影响用户的交通行为选择,从而在某种程度上限制特殊路段交通的过度增长,在保障路段交通安全的基础上充分发挥交通效益。针对南方某城市隧道的实地情况和流量数据,设计出根据流量和排队长度两个参数综合选择实时控制方案的方法,进而说明该控制方法的具体实现及仿真效果。试验证明该方法对一类含特殊路段的城市干道协调控制具有指导意义。
分析了现有道路通行能力计算方法,认为其在计算的过程中忽略了公交停靠站对通行能力的影响,使得计算结果偏大,针对这一明显的不足,提出了改进思路。列举了国内常见的6种公交停靠站点设置形式,并对其进行了比较分析,按照公交站点对道路通行能力的影响方式的不同,将它们分为4类。研究各类公交停靠站处交通流的运行特征,指出车辆在公交站点处的排队现象可以用M/M/C系统进行近似分析,在此基础上,就3个主要类别的公交站点对道路通行能力的影响程度进行量化,得到了相应的修正系数。最后,通过实例的验算,证明了所得修正系数的可行性及正确性。
使用Wirtgen W600DC型铣刨机在试验路段上设置了5种形式的路肩隆声带,采用驾驶员头部位置处的噪声值、地板和座椅处的振动加速度值作为测量参数,进行了3种车型(轿车、中型客车、重型货车)的道路试验,建立了路肩隆声带警示效果与结构参数间的经验模型。试验结果显示,在隆声带条件下,噪声增大了8~23 dB,且在车速为25km/h时出现峰值,在车速大于40 km/h时,随车速的增加而增大;车辆地板加速度均方根值平均增大4~7倍,车辆座椅加速度均方根值平均增大2~3倍。车辆地板和座椅加速度,在隆声带深度大于14 mm时增幅较大,且对于同一结构尺寸的隆声带,在车速为20~35 km/h时出现波峰,在车速大于40 km/h时,随车速的增加而增大。最后,在保证路肩隆声带警示效果以及使用安全性的条件下,提出了适用于我国高等级公路的路肩隆声带合理结构参数建议。
在交通部试验场利用动态心电分析仪、Frecord数据采集系统及动态GPS,研究驾驶员特征对紧急状况主观评价和车辆行驶控制的影响。研究表明,具有不同驾驶经验、个性、年龄特征的驾驶员对同一紧急状况做出的紧急度主观评价和制动操纵存在差异,其中驾驶经验的影响最明显。经验丰富的驾驶员采用减速度相对较小,变化相对平缓;相对于谨慎型驾驶员而言、鲁莽型驾驶员制动减速度变化剧烈;年龄对驾驶员操纵也有一定影响,通常年轻驾驶员会进行快速制动,这与驾驶员的生理状况有很大关系。研究结果可为驾驶员安全管理提供理论依据。
从区域内部空间单元的相互关系出发,应用区位商、非平衡性系数、空间自相关等理论和方法分析道路客运发展的时空特征,建立一套区域道路客运发展时空结构分析体系,主要包括非平衡性体系、相关性分析体系、分析方法及衡量指标。空间非平衡是通过一些衡量指标来体现的,给出了变异系数、加权变异系数、锡尔(Theil)系数、基尼(Gini)系数等系数的定义和表达式,其中又以锡尔指数与基尼系数最能表现空间结构的不平衡性。最后,以浙江省为实例进行分析,深入探讨道路客运发展的规律性。
