将数值模拟方法与室内试验相结合,从细观角度探讨了粗级配沥青混合料的骨架特征。从混合料的矿料组成看,根据不同粒径粗集料的组成百分比的变化,粗集料既可能是构成混合料的骨架单元,也可能起充填骨架间空隙的作用。以1/2最大公称尺寸作为粗集料偏粗及偏细骨料的分界尺寸,则当粒径小于分界尺寸的集料含量增加时,偏细的粗集料起充填作用的可能性随之增大,即细集料含量会影响混合料细观结构的传力特征;当细集料充填量足够大时,相当数量的细集料将具有与粗集料类似的结构特征,从而导致混合料由密实骨架结构向悬浮密实结构的转化。
基于Burgers模型,应用微观力学理论和粘弹性原理,建立了均质粘弹性材料的离散单元模型,对粘弹性材料的蠕变过程进行了数值模拟,并对模拟结果与已有且经过验证的理论公式计算结果作了比较。结果表明,数值模拟结果曲线与Burgers模型的理论蠕变曲线相一致,且数值模拟与解析解的结果整体上基本一致,相比解析解的复杂繁琐,DEM数值模拟是一种更加行之有效的较简单的研究方法。但是,数值模拟的结果在卸载后的部分与解析解不很吻合。总之,DEM数值模拟可以节省大量的室内试验并提高准确性,可用于对粘弹性材料的进一步研究。
对多聚磷酸改性沥青性能进行了研究。首先进行了多聚磷酸改性沥青胶结料的性能试验,包括针入度试验、软化点试验、直接拉伸试验和动态剪切流变试验。结果表明,采用多聚磷酸改性后,沥青胶结料的高温性能和低温性能得到了提高。然后进行了多聚磷酸改性沥青混合料的路用性能试验,包括车辙试验、弯曲破坏试验和水稳定性试验,结果表明混合料的高温和低温性能得到了提高,但是水稳定性不够,添加抗剥落剂后,混合料的水稳定性达到了规范要求。通过对多聚磷酸改性沥青的经济分析表明,采用多聚磷酸改性沥青是非常经济的。
以现行交通行业规范为基础,通过与非再生集料的技术指标和水泥稳定基层混合料的路用性能对比,分析了废弃水泥混凝土路面板再生集料的技术指标,研究了水泥稳定再生集料的路用性能,铺筑了以水泥稳定再生集料为路面基层的试验段,并对再生集料的生产与使用提出了建议。研究结果表明,再生集料的技术指标能够满足规范的技术要求,水泥稳定再生集料具有良好的路用性能。无论在技术上还是实践上,废弃水泥混凝土路面板在半刚性基层中的再生利用都是可行的,从而为废弃路面水泥混凝土的重新利用开辟了有效途径。
为研究不同类型混凝土路面的磨蚀过程和抗滑构造衰减情况,自行开发研制水泥混凝土路面加速磨耗仪,详细介绍了其研制的必要性和试验过程。分别对压槽、露石和多孔混凝土路面板进行模拟磨蚀试验,提出压槽混凝土磨蚀过程随承磨主体的变化而呈显著的阶段性,初期快而后期慢;露石混凝土磨蚀过程初期平稳而后期加快。多孔混凝土路面属均质结构,整个磨蚀过程比较平稳,没有明显的阶段性。作为对水泥混凝土路面磨蚀过程与抗滑性能衰减规律的探索性试验研究,对今后相关内容的深入研究有较大参考价值。
基于对现场4~5年预应力锚固结构腐蚀数据的分析,探讨了实际工程中预应力索体腐蚀的外观规律性表现,表现为"三段式"以及具有明显的应力不均匀特征,而其主要影响因素则是岩体中含有腐蚀介质的水。在此基础上,采用单位长度腐蚀量算法对外锚头部位自由段索体在富水环境中的使用年限进行了初步预测,得到单根预应力锚索的实际使用寿命为16年左右。详细分析了影响预应力锚固结构耐久性的各种因素,提出了锚固体系防腐的一些措施。最后,根据现场试验结论,提出了实际工程中预应力锚固系统的二次加固技术,可为临界失稳预应力锚固系统的二次处理提供参考。
结合粉喷桩联合土工格栅在淮盐高速公路试验路软土地基加固中的应用,采用大型非线性有限元程序ABAQUS分析了分级加载条件下加固后软基的变形特性,计算结果表明,联合加固方法比单一的粉喷桩加固方法更有效。通过数值计算结果与同期的现场实测数据对比后发现两者误差很小,说明所采用的本构关系、计算方法和模型是合理可行的,数值模拟能较好地反映软基加固后的变形规律,同时分析了土工格栅筋材模量的大小对加固效果的影响。并总结了粉喷桩联合土工格栅加固高速公路软土地基的一些重要结论,为今后的工程应用提供了有益的理论依据。
针对低液限粉土孔隙小、透水性弱、结构性差、含毛细水等导致稳定性差的问题,通过对低液限粉土进行物理、力学性质试验,取得基本的研究参数;通过无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验、抗压回弹模量试验,对石灰粉煤灰加固低液限粉土的稳定性能进行了系统研究,并推荐低液限粉土的最佳稳定加固方案;从物理、化学等方面对其加固机理和影响因素进行研究。试验结果表明:随着石灰粉煤灰掺量的增加,试件各个龄期的无侧限抗压强度不断增加;影响低液限粉土最佳加固方案的因素有粒组含量、土粒级配、塑性指数等;粘粒含量和塑性指数对石灰粉煤灰稳定低液限粉土的稳定效果有显著影响,石灰粉煤灰对粘粒含量高、塑性指数小的低液限粉土的稳定效果相对较好。
为比较不同水泥稳定碎石基层材料的强度和收缩性能,寻求减少水泥稳定碎石基层因收缩而产生的横向裂缝量的方法,借助有限元方法建模分析不同水泥剂量的水泥稳定碎石基层结构内因失水或降温引起的收缩应力,采用不同水泥剂量的水泥稳定碎石材料进行室内强度试验并铺筑试验路。有限元分析和室内、外试验结果表明:随水泥剂量的增加,基层内部的收缩应力增大;水泥剂量仅为2.5%时,材料的7 d无侧限抗压强度就满足规范要求;在满足强度的基础上可以通过适当降低水泥剂量来减少水泥稳定碎石基层裂缝的产生,但水泥剂量越低,强度变异性越大,需改善施工工艺以减少施工变异性。
通过模拟冻土地区实际温度养生的水泥稳定砂砾的干燥收缩与温度收缩试验,分析了混合料的收缩特性。试验得出,模拟养生初期和早期试件的相对干缩应变的变化趋势基本相同,干缩系数变化趋势明显不同,相对失水率在65%~80%之间是干缩应变的最不利阶段。养生温度对混合料的温度收缩有明显影响,模拟了养生试件的温缩应变变化速率比标准养生大,温缩系数约为标准养生的1.5~5倍,变化趋势存在差异。0~-20℃是温度收缩的最不利温度段。冻土地区混合料收缩特性的变化主要与温度对混合料强度形成的影响有关。结果表明,加快冻土地区水泥稳定砂砾的强度形成,可以明显提高混合料的抗收缩开裂能力。
从沥青混凝土桥面铺装对防水材料的性能要求出发, 系统分析了乳化剂种类、乳化剂含量、固含量、胶乳、填 料、温度等诸多因素对防水层材料粘结力的影响, 并通过剪切试验, 确定了适宜的防水涂料最佳用量, 同时对垂直压 力、剪切速率对层间抗剪强度的影响规律进行了探讨。结果表明, 掺入与乳液同性的胶乳改性剂可提高防水材料粘结 力, 且填料和温度对防水材料粘结力也有较大的影响; 乳化剂涂膜厚度考虑施工工艺要求时, 以017～1 mm 为最佳; 3 # 桥面防水涂料用于水泥混凝土桥面铺装材料, 较其他沥青材料有明显的优势。该防水涂料的研制为沥青混凝土桥 面铺装防水材料设计和施工提供了科学依据, 有着广阔的应用前景。
为了对非均布轮载作用于不同钢桥面系的效应进行预估,在构造理想传力垫层建立三维有限元接触分析模型的基础上,计算了均匀分布、凸形分布、凹形分布3种荷载分布下铺装层的力学响应。计算分析表明,构造传力垫层加载的接触分析方法是分析正交异性桥面系作用复杂荷载模式的一种有效方法,特别是当要考虑多种复杂荷载模式、多个作用位置时。不同荷载下铺装层力学响应的对比显示:3种荷载模式下横向拉应变沿横断面的分布规律相当一致,但凸形分布的计算结果最大、均匀分布次之、凹形分布的计算结果最小;轴载一定时,高胎压轮胎服从凸形分布,所以高压轮胎对铺装层有更大的破坏作用。
为了避免传统人工视觉裂缝检测方法的耗力、耗时、不精确、影响交通、危险、花费高等缺点,提出了一种新的基于图像处理技术的路面裂缝类病害自动识别算法。识别分为两个步骤:首先以一个5×5的窗口为基准,在这个窗口中确定9种不同的掩膜模板,对有噪音的路面图像进行平滑和增强;然后基于阈值分割理论,采用最大类间、类内距离准则对图像进行阈值分割,提取图像上的裂缝特征。最后对采集的200幅路面裂缝图像进行了平滑和分割试验研究,和Robison等常用的平滑模板相比,对图像进行增强的同时较好地保护了裂缝边缘。在对平滑后的图像进行分割当中,和Hough变换、数学形态学等分割算法进行了对比研究,结果表明了该算法在精度、速度和可靠性方面具有一定的优势。
以一种新颖钢管混凝土拱桥-斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,通过建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法得到结构的自振特性,并运用随机响应理论分别对该桥在纵向激励、纵+竖向激励、纵+横向激励、纵+竖+横向激励等4种工况作用下的地震响应与相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥进行了对比分析。分析结果表明,地震横向激励对斜拉拱桥的响应特性有较大的影响,在多维随机地震激励作用下,由于斜拉索的存在使得斜拉拱桥的横向抗震性能优于相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。
对LRB桥梁设计领域中流行的几种等效线性化方法进行了研究。对各个方法的等效刚度与等效阻尼比的计算进行了比较,确定了其参数敏感性,并对导致其不同的原因进行了初步分析,并分别比较了传统的经典阻尼理论与最新的模态应变能理论求解隔震系统阻尼比的计算方法。针对系统阻尼对桥梁设计反应谱的影响,列举了包括直接位移法在内的几个影响系数计算公式,分析了其中的异同。以一座实桥为例,通过与非线性时程分析比较,对各个等效线性化方法进行了评价。所有的方法大部分情况下均高估了结构的位移响应,即均低估了结构的阻尼。不同方法对结构力与力矩响应的评估水平不同,但是对隔震设计均能起到较好的指导意义。
介绍了一种桥梁结构模态参数测试中传感器优化布置的局部次优方法,也就是逐步消减法,该法基于识别误差最小原则,力求使得感兴趣的模态向量尽可能的线性无关。首先根据矩阵理论,通过QR分解使得矩阵列向量组具有较大范数,然后以MAC矩阵的最大非对角元为目标函数,根据传感器的可选位置对MAC矩阵的贡献大小,从剩余传感器的可选位置中去掉对目标函数贡献最小的可选位置,直到传感器数目达到最理想的数目。这种方法简单而且计算效率高,最后通过一个工程实例,验证了该法的可行性和有效性,具有广阔的工程应用前景。
采用有限元方法对预应力混凝土斜交空心板进行非线性数值模拟计算,得到了斜交空心板正截面的受力过程、极限承载力以及破坏时混凝土、预应力钢筋的荷载-应力曲线。预应力混凝土斜交空心板的受力全过程可以划分为预加力反拱、混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土压碎破坏4个阶段。通过多种工况的计算比较发现,达到极限状态时截面的破坏形式、极限承载力随荷载形式不同有一些差别,模拟计算得出混凝土斜交空心板的最小的荷载工况,以此最小的荷载工况为计算依据,提出了混凝土斜交空心板正截面强度计算公式,可供工程设计参考使用。
结合广州新光大桥采用1∶10的缩尺模型试验和有限元有限元分析,根据相似理论设计了加载方案和配重方案,针对缩尺模型重力效应问题,采用加多点施加竖向荷载的方式补偿。重点研究了三角刚架在施工阶段中斜腿悬臂施工时对拉预应力杆的张拉力和放张时机,以及斜腿由悬臂变为刚构的体系转化过程中的正应力发展和分布规律、混凝土开裂可能性等问题。依据试验数据和计算结果对三角刚架的施工方法以及预应力张拉、拉杆拆除等重要施工工艺进行了深入讨论。结果表明在施工阶段三角刚架的最大压应力出现在斜腿根部、最大拉应力出现在斜腿顶部,预应力张拉及拉杆拆除的顺序对拉应力有较大影响。
通过对高地应力区深埋隧道上下台阶法施工过程的弹塑性三维有限元数值模拟,对初期支护锚杆、喷射混凝土、钢支撑及二次衬砌混凝土的力学特性进行了分析。结果表明:喷射混凝土拱顶、拱肩处的位移和最大主应力及拱肩处的剪应力较大,受钢支撑影响显著;隧道开挖后的应力集中对其周边1.0 m范围内的锚杆轴力有很大的影响;钢支撑轴力和竖向剪断力随距掌子面距离的增大而增大;二次衬砌不同层位、不同位置处的主应力和剪应力有较大的区别。分析结论为高地应力区深埋隧道支护结构设计及其稳定性评价提供了依据。
分岔隧道连拱段至小净距段的过渡处,中墙由钢筋混凝土变为原岩,施工过程十分复杂。采用三维数值方法和施工现场监测相结合的方法研究了分岔隧道施工过程中的稳定性,数值模拟了无支护开挖和施加锚喷、二次衬砌支护后隧道的受力及稳定性。计算结果表明,支护后稳定性显著增强,与现场监测结果对比一致,隧道整体稳定性较好,但是中墙产生较大的应力集中,靠近连拱段的小净距段稳定性较差;锚喷、衬砌支护对于减缓围岩应力集中程度,减少塑性区、降低位移量有明显效果。最后在保证隧道安全的基础上提出了隧道支护的优化措施。
针对小样本条件下拟合交通流调查数据的统计分布的困难,基于概率加权矩与最大熵原理建立了统计分布函数估计的新方法及其实用的数值计算方法。传统上基于经典矩的最大熵原理是重要的拟合交通流统计分布的方法,然而实际交通研究中的小样本量导致高阶经典矩不能稳健估计参数。将概率加权矩引入统计分布建模建立的新方法克服了基于经典矩在小样本量下统计估计的大偏差问题。新方法直接从样本信息出发,不需要对待估随机变量的统计分布函数作任何先验假定,从而为建立统计分布函数提供了便利。理论例题仿真与实例计算验证表明,大样本下新方法计算精度高于经典方法,在小样本量下(<30)新方法明显优于经典方法。
结合农村公路网建设与社会经济发展的相互关系,建立了有别于干线公路网评价的量化评价指标体系,评价指标分为两大类:一类是考查节点连接程度的通达性指标,另一类是考查路网道路交通条件的通畅性指标。在指标的具体设计中充分考虑到农村公路的基础数据相对缺乏的实际情况,从定性的视角出发,基于统计思想提出了如村镇通达方向、农村公路的经济吸引半径等技术指标,反映农村公路网建设的深度和广度。最后结合保定市农村公路网建设的现状,应用模糊综合评价方法进行了实例分析,取得较好的效果,证明了该评价体系的合理性,并指出了评价路网中现存的问题,为农村公路网的进一步规划提供了可靠依据。
基于认知心理学的有关知识,提出一种将驾驶员的直觉、分析和推理三者相结合的驾驶员认知结构基本框架,在此框架体系下对车辆跟驰过程中驾驶员的认知过程进行了详细的分析;结合五轮仪试验系统采集的数据,采用因子分析法确定出对驾驶员的车辆跟驰信息提取过程有独立作用的4个因素,包括前车位移、前车速度、前车加速度和后车位移,相应地将驾驶员认知过程划分为4个阶段,构建了跟驰过程中驾驶员的认知结构模型,并对各个阶段做出了具体分析,建立了相应的车辆跟驰模型。仿真结果表明,基于驾驶员认知过程的跟驰模型可以较好地揭示跟驰过程中的驾驶行为。
在分析国内省域公路网(高等公路网、普通公路网)管理机制共性的基础上,提出了省域公路ATIS系统规划方法。首先对省域公路ATIS规划目的、规划定位及规划服务对象进行了分析;制定了通用规划流程,从信息需求分析、体系框架设计(用户服务、逻辑框架、物理框架、标准需求)、系统设计(功能要求分析、系统架构设计)、建设项目规划、实施保障(商业运营模式、保障机制)、规划成果评估等6个方面对规划方法及规划内容进行了探讨。以江苏省公路ATIS规划作为实例,验证了该方法的可行性,并对规划方法特征进行了总结性分析。
在分析现有城市道路交通量短时预测方法缺陷的基础上,针对目前广泛采用的基于经验风险最小化的BP网络易于陷入局部最优解等缺点,结合遗传算法容易寻找全局最优解与支持向量机回归法具有结构风险最小化的特点,提出了将两种算法相结合的GSVMR预测模型,该模型同时具有结构风险最小和容易寻找最优解的双重特性,并对某城市四车道主干道路8∶00~8∶45的交通量进行了预测,结果表明用该模型进行城市道路交通量短时预测所得结果误差较小,依此验证了用GSVMR模型进行城市道路交通量短时预测的有效性。
首先阐述了路侧安全评价对于减少公路交通事故的重要意义,在对国内外相关研究进行分析和比较的基础上,构建了一个用于路侧安全性评价的指标体系。随后利用贝叶斯网络所具有的表达不确定性知识和进行不确定性知识推理的能力,提出了一种基于贝叶斯网络的安全评价模型。该模型能够处理复杂的逻辑关系,很好地表达变量间的不确定性关系,可以灵活方便地对系统进行预测及诊断分析,有效地处理专家意见不一致的情形,并能够在某些专家意见缺失的情况下得到合理的结果。最后将此方法应用于评估某路侧的安全等级,结果表明此方法是合理有效的。
针对目前我国城市建筑项目交通影响评价中缺乏交通出行率指标的现状,参考美国等发达国家对土地使用及交通出行率的研究方法,在对北京市城区范围内334个住宅小区进行交通出行率调查的基础上,应用相关度分析方法确定了出行率重要相关参数,并分别用平均生成率法、参考调查点法(图表法)以及回归分析方法对调查数据进行了分析和处理,初步得到了北京市住宅建筑出行率指标的建议取值标准。本文建立的方法可用于城市其他类别建筑项目交通出行率调查和分析处理工作,所提出的居住类建筑交通出行率指标值可供城市交通影响评价工作参考。
首先分析当前国内物流节点规划和运作中存在的主要问题,寻求解决以上问题的途径和方法,从而提出实施物流节点互动的必要性和必然性。其次,从多种角度来对物流节点的分类进行界定,提出此次研究所涉及物流节点的分类标准和结构层次,再通过运用经济博弈理论从核心物流节点之间互动、核心与非核心物流节点互动以及非核心节点之间互动3个层面建立博弈模型,针对3类物流节点互动形式下具有代表性的物流节点互动情形逐一进行研究并得出相应的物流收益分配结论和理性的行为策略,在上述分析结论的基础上,提出物流节点之间的几种互动模式以及相关措施与保障,为我国物流节点的规划和运作提供一定的理论支持。
为了适应当前汽车运输企业的经营现状,通过建立燃油消耗统计模型,对燃油消耗量进行统计。以燃油消耗量为因变量,以影响燃油消耗的因素:周转量、客运量、车龄、驾驶员驾龄、平均车速、实载率、行驶里程作为自变量,建立多元线性回归模型。通过拟合优度检验、F检验,判断其线性相关性,再运用逐步回归法优化统计模型,从而实现在知道有限数据信息的情况下,预测出该企业当月的车辆燃油消耗总量。将企业调研的实际统计数据代入统计模型计算的燃油消耗量,与实际统计燃油消耗量比较接近,而且统计过程得到简化。结合统计模型的研究方法开发了相应的统计软件。
