基于钢筋混凝土间粘结滑移的线性和非线性本构关系,建立了连续配筋混凝土路面(CRCP)在温度荷载作用下的力学模型以及按接触理论推导的有限元刚度矩阵。得出了考虑粘结滑移线性和非线性本构关系的有限单元数值解,据此分析了降温荷载作用下路面应力、位移的分布规律。同时讨论了裂缝间距和配筋率、配筋方式对裂缝宽度的影响。结果表明,在相同的降温荷载作用下,随着裂缝间距的增大,钢筋和混凝土的应力呈现非线性增加;采用不同配筋方式对裂缝宽度的影响较大,建议设计时尽量采用小直径多根数的配筋方式。按接触有限元法进行温度应力的非线性分析,为今后的科研和设计提供了很好的理论依据。
针对某旧水泥混凝土路面改造工程中,沥青加铺层中出现严重反射裂缝的问题,利用有限元软件ANSYS建立了考虑错台的三维线弹性路面结构有限元模型,分析了施工阶段压路机荷载和运营阶段标准轴载下、荷载作用位置、沥青加铺层厚度和水泥路面板错台高度等因素对沥青加铺层中最大剪应力分布规律的影响。计算结果表明,沥青加铺层中的最大剪应力是反射裂缝产生的原因,荷载作用下,错台显著地加剧了沥青加铺层中最大剪应力的集中程度。得到错台条件下的最不利荷位为荷载刚好完全作用在错台高板一侧,并给出了临界错台高度及临界加铺层厚度。最后指出施工中应重视错台的危害,轻微错台也要严格消除,并提出了进一步的研究方向。
以五河口大桥桥面铺装层受力薄弱处沥青混合料为研究对象,选取5种结构类型组合,通过复合板双层车辙试验和复合梁疲劳试验,更精确地模拟实际受力状况,并进行了劈裂试验、冻融劈裂试验以及低温小梁等常规路用性能试验,为铺装层结构选择提供依据。研究结果表明:在结构组合设计中,重点考虑铺装上层的抗车辙性能,对于铺装下层混合料设计则更多的关注其他的路用性能;综合考虑组合结构的抗疲劳性能、抗拉性能、抗水损害性能和低温抗裂性能,桥面铺装下层宜选用粒径较小的级配,添加纤维效果尤佳。综合比较路用性能指标,考虑桥面实际施工状况和经济性,铺装上层采用玄武岩SMA-13沥青混合料,推荐SMA-10沥青混合料作为桥面沥青铺装下层。
为提高沥青路面使用性能评价的科学性和合理性,利用神经网络技术对处理非线性映射问题有较好适应性的特点,开发了基于径向基函数网络的路面使用性能评价模型,模型综合考虑了交通量、温度、面层厚度、PCI指标等10个参数对沥青路面使用性能的影响,选择一定的样本数据进行了网络训练,并将训练好的网络模型的输出值与测试值进行了比较。计算结果表明,径向基函数网络模型弥补了传统评价模型的狭隘性、单一性等缺点,更真实地反映了路面工作性能与各影响因素之间的本构关系,且预估精度能够很好地满足工程实际要求,具有良好的推广性和可靠性。
在Mindlin解的基础上,采用数值积分的办法,计算了桩端的应力状态。根据莫尔-库仑破坏准则得出了桩端的破坏面形状以及极限端阻力。并具体分析了桩端破坏面形状以及极限端阻力与桩长、桩径、土性等因素的关系:桩端埋深越大,桩端破坏面稍偏大,对应的极限端阻力越大;桩径越大,破坏面越大,但是,桩端极限承载力却越小;内摩擦角越大,破坏面越大,桩端极限承载力也越大;粘聚力越大,破坏面越小,桩端极限承载力越高;泊松比越大,破坏面越大,桩端极限承载力越大。拟合了一个包含上述影响因素在内的极限端阻力简化公式。最后通过一些工程实测结果分析出了经验系数的取值范围。
对含砂低液限粘土、含砂低液限粉土与低液限粘土3种土样采用重型击实试验的方法进行了土的干密度与剪切波速的对比试验。大量试验结果表明,路基土干密度与剪切波速存在显著的相关性,各种土质的干密度与剪切波速的关系模型各不相同,但都可以利用4种典型回归模型来描述。论证了路基表层土压实度可以代表本层的压实度,提出了利用直达剪切波检测路基干密度的新方法。最后应用"振三压三"的压实方法对所得模型进行验证,将按照模型用剪切波速计算得到的数据与灌砂法所得数据进行了比较。现场试验表明:通过建立具体工程的干密度与剪切波速的关系模型,采用直达剪切波速检测技术,可以较好地实现路基压实度的无损检测。
分析了青藏高原地区太阳辐射的特点,实测了不同路面类型获得的太阳总辐射和净辐射,计算了路表有效辐射,最终得出水泥混凝土路面和沥青路面的太阳辐射反射系数。利用实际断面地温监测数据分析了太阳辐射对于不同路面类型及其下伏多年冻土的影响,最后由太阳总辐射及大气温度反演了路表温度,并进行了验证,从而得出了一个计算路面表面温度的参数化方法。研究指出,青藏高原地区的总辐射及净辐射均很高,对冻土的稳定不利。路面太阳辐射的反射系数与太阳辐射强度及测试的位置无关,但与路面颜色的深浅关系密切;水泥混凝土路面的反射系数大约在0.48左右,沥青路面的反射系数大约在0.20左右;在相同太阳辐射强度下,沥青路面吸收的太阳辐射能量更多,其下伏的冻土也更容易受到热扰动而退化。
为获取土石混合料的物理力学特征,以指导土石混填路基的设计和施工,对土石混合料的本构特征以及如何有效地获取其本构参数进行了研究。采用修正的内勒K-G模型作为土石混合料的非线性弹性本构模型,推导出了切线体变模量Kt和切线剪切模量Gt的线性表达式。采用大型土石混合料三轴试验机,利用图解法确定Kt、Gt线性表达式中各个参数。结果表明:(1)采用修正的内勒K-G模型作为土石混合料的非线性弹性本构模型,力学概念清楚,参数易于测定;(2)采用大型三轴试验方法测定土石混合料的K-G模型参数切实可行;(3)K-G模型中考虑了剪应力对体积变形模量影响的修正,因而K-G模型适用于具有剪缩或剪胀性的土。
结合统一强度理论和极限分析法,对水平加筋增强体复合地基承载力进行了研究。通过对已有以主应力表达的统一强度理论关系式进行变换,导出了以任意平面上的剪应力和正应力表达的统一强度理论关系式;将统一强度理论与相关联流动准则相结合,解决了基于统一强度理论进行极限分析的基本问题;并结合加筋材料对地基极限承载力的影响,对水平加筋材料复合地基进行了极限分析,得到了水平加筋材料复合地基极限承载力计算公式。最后结合工程算例对地基极限承载力的影响因素进行分析,对实际工程具有一定指导意义。
针对简支体外预应力钢-混结合梁,考虑钢梁与混凝土之间的相对滑移,温度沿混凝土截面线性分布,体外预应力筋直线布置,剪力钉所受到的剪力和钢梁与混凝土板的相对滑移呈线性关系,推导出结合梁及体外预应力筋由温度效应产生的内力计算公式。通过算例与有限元分析进行对比,并讨论了在日照温度效应下,各种因素对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响。结果表明:公式法和有限元法计算结果吻合;日照温度效应使简支结合梁的混凝土板受压,钢梁顶部受拉,底部受压,对体外预应力筋应力影响很小;当剪力钉刚度足够大时,温度应力不随剪力钉刚度变化而变化,剪力钉布置和桥梁跨度对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响不大。
建立了基于增量变形的既适用于有粘结部分预应力混凝土梁亦适用于无粘结部分预应力混凝土梁受力全过程数值分析方法。该方法能够模拟构件达到其峰值承载能力后下降段的性能,并可考虑非预应力钢筋及混凝土由于结构进入承载能力下降段引起的卸载而导致的材料应力应变关系的变化情况。在此基础上,研究了不同加载方式、跨高比、综合配筋指标、部分预应力比率、混凝土抗压强度等对无粘结部分预应力混凝土梁延性性能的影响。研究表明,无粘结部分预应力混凝土梁的曲率延性系数随综合配筋指标的增加而减小。利用本文方法可以对无粘结预应力筋的应力变化、有粘结或无粘结部分预应力混凝土梁的抗弯强度等进行较合理而精确地评估。
为了克服现有方法存在的一些不足,提出基于小波包和支持向量机的混凝土桥梁损伤识别方法。采用小波包对环境振动下的信号进行分解,获得各个频带上的能量,该向量对损伤敏感,可以作为模型识别的输入向量。利用支持向量机强大的分类功能,提出根据频带能量建立支持向量机并进行损伤模式识别的方法。应用该方法对一座三跨连续梁桥进行了损伤识别分析。结果表明经过训练的支持向量机可以较准确地识别出损伤位置和程度。对小波频带能量进行主成分分析后建立的支持向量机会获得更好的识别效果。获得更精确的实际信号特征将进一步提高有限元模型精度和实际应用效果。
针对钢管混凝土拱桥拱肋横撑对整体桥梁结构的竖向抗弯刚度和扭转刚度的影响作用,运用通用有限元分析软件ANSYS对某一跨径为400 m的钢管混凝土拱桥建立空间有限元计算模型,分8种工况计算了该桥的动力特性和稳定安全系数,对比分析了横撑的位置、形式及数量等因素对这类型桥梁结构的动力性能和稳定性能的影响。计算结果表明,大跨度钢管混凝土拱桥的拱脚和拱顶必须设置横向联系,拱脚横撑对面内基频的影响不大,对面外基频和结构稳定性影响大,而拱顶横撑对面外基频、面内竖弯基频以及稳定性影响不大,但对扭转基频影响显著,另外,"K"撑对动力和稳定性能的影响比"米"撑显著,建议在不改变横撑数量的情况下优先采用"K"撑。
首先介绍了钢管混凝土拱桥线性和非线性稳定计算理论,为了对比不同拱肋刚度计算方法对钢管混凝土拱桥稳定系数计算的影响,以章江大桥为例,分别采用3种钢管拱肋刚度计算方法,使用有限元程序ANSYS对成桥运营阶段第1类稳定和第2类极值点稳定进行了分析。结果表明,考虑几何非线性、材料非线性和初始缺陷的非线性稳定的失稳荷载比线性屈曲计算值要小很多;换算截面法和试验数据法计算结果中的弹性稳定系数和非线性稳定系数比较接近,而采用复合材料法计算结果与两者相差较大;采用试验数据法模拟钢管拱肋刚度计算结果中无论弹性稳定系数还是非线性稳定系数都较为安全。
针对传统的层次分析法(AHP)的缺陷,在大型桥梁综合评估中引入不确定型层次分析法,并首次将最优传递矩阵法应用到大跨径桥梁的综合评估中,介绍了该方法的基本概念以及解决问题的步骤。将不确定型层次分析法和最优传递矩阵法应用于哈尔滨松花江斜拉桥的综合评估中,建立了该桥的综合评估模型,确定了评估指标的权重并得到该桥最终的综合评估值。结果表明,该方法能够较为全面地考虑影响桥梁安全性和耐久性的主要因素,反映桥梁的综合状况;并能够更好地反映桥梁评估中的模糊性和不确定性,很好地表达桥梁专家的意见。且采用最优传递矩阵法得到的评估指标的权重可信度强、准确度高。因此,不确定型层次分析方法得到的评估结果可靠、适用,从而确保了桥梁的安全与通畅。
通过对桥梁养护数据管理、安全状态评估、养护辅助决策分析、信息共享等需求进行分析的基础上,应用Web-GIS技术和基于B/S网络结构技术对桥梁养护管理系统(BMMS)进行了设计,给出了系统结构、功能模块和养护评估模型;应用面向对象的软件开发技术研制了基于区域性管理的桥梁养护管理系统。将所设计的方案和研制的软件应用于江苏省汾灌高速公路桥梁养护的实际工程中,结果表明,桥梁缺损状况的评估结果与江苏高速公路工程养护有限公司技术工程师的评估结果一致,证实了所开发系统(BMMS)的可操作性,并实现了各个职能部门的信息共享和桥梁养护的区域性管理。
在总结中外学者研究成果和国内外设计规范的基础上,提出了一种计算闭口加劲板稳定承载力的分析理论,该理论计入了材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷、焊接残余应力等4种不利影响,讨论了加劲板结构的初始几何缺陷以及残余应力分布模式;结合空间有限元重点分析了U形闭口加劲板的屈曲特性。结果表明,U形闭口加劲板的稳定承载力均较高,材料非线性效应和残余应力对稳定承载能力影响较大,而几何非线性效应和初始缺陷大小对稳定承载能力影响不大。对于目前广泛应用的闭口加劲板结构,横隔板间距在3~4 m之间时,其破坏平均应力与屈服强度之比均能达到0.78以上,较高。所得结论可供钢箱梁设计参考。
采用风洞试验和程序分析相结合的方法分析猫道的静风失稳机理;根据节段模型静力三分力风洞试验结果对猫道有限元模型加载,进行猫道非线性静风响应计算,分析猫道承重绳张力和位移随风速变化。计算结果表明,猫道发生静力扭转失稳的原因是空气力矩的作用使猫道面层处于正攻角,当风攻角较小时,升力系数可能为负值,即升力方向向下,风攻角逐渐增大时,升力系数转为正值,大小随风攻角的增大而增大。当风速提高同时攻角增大到一定程度时,向上的升力使部分承重绳的张力产生松弛,猫道扭转刚度减小,不能抵抗空气力矩的作用,导致猫道扭转失稳。
以白河特大桥主桥为研究对象,采用有限单元法,对其进行抗震性能分析,以提高其抗震能力;运用有限元程序Midas/Civil,结合该桥的结构特点,建立了桥梁的空间有限元模型,对其分别进行自振特性、反应谱和地震波下的时程响应分析。计算结果表明:该桥梁整体刚度较大,整体竖向刚度相对其横向、纵向刚度弱,桥梁振动以竖向振动形式为主;24号桥墩墩底截面受力最为不利,可作为全桥抗震设计的控制截面;并建议在主梁两端支座处需采取一定挡护措施,避免主梁两端在地震中产生横向偏离支座的情况发生。
为了反映现实中交通出行者实施出行与否的决策过程,通过对实际城市交通网络状态的分析,引入了非稳定均衡网络状态的概念。同时通过对出行者出行选择行为的深入分析,引入了多用户多准则非稳定均衡网络状态的非线性互补问题模型和变分不等式模型,并利用超级网络的概念证明了两者的等价性。新模型能够将出行者的路径选择决策、目的地选择决策、出行方式选择决策以及出行与否决策合理的整合在一起,从而可完整的反映城市交通流的形成模式。给出了求解多用户非稳定均衡态的变分不等式模型的修正投影算法,并通过一个数值例子验证了算法的有效性。结论部分给出了多个可进一步深入研究的方向。
在冰雪路面环境下,调查数据表明车辆的运行特征发生了显著变化,主要表现在车速、加速度下降了30%,饱和流率下降了16%,起动、制动损失时间上升了27%。基于HCM、Webster信号控制理论与不同路面环境下的车流运行特征值,对信号控制中周期时长、绿信比、相位差以及黄灯时间、红灯时间的合理取值问题进行了分析,得到了冰雪路面环境下信号控制参数取值的影响因素与变化范围。仿真研究表明:在冰雪路面环境下采用非冰雪路面环境下的信号控制方案会增加车辆延误与排队长度,加剧交叉口的拥挤程度。因此,交通信号控制系统应针对不同的路面环境分别制定与路面环境相适应的信号控制方案。
首先对常规事故多发点鉴别方法进行了分析和评述,并通过实例揭示了多发点的鉴别本质。在此基础上,建立了基于三层BP神经网络的城市干道路段事故多发点鉴别模型。该模型考虑了交通事故7个方面的影响因素,并能将常规鉴别方法不易识别出的多发点鉴别出来。其次,应用哈尔滨市市区430个干道路段上1999年至2004年发生的13764起交通事故数据及关联因素数据,对神经网络的权值和偏置值进行了标定,并应用该模型进行了事故多发路段鉴别。最后,分别应用了事故次数概率分布法、矩阵法和质量控制法对430个路段进行了多发点鉴别,并对鉴别结果进行了对比分析。
以某市交通事故统计资料为例,首先采用功率谱分析方法论证了分形理论用于交通事故分析的可行性,计算结果表明在统计意义上,该市交通事故时间序列具有自仿射性。接着利用分形的自相似性与标度不变性将内区间的分形特性进行延拓,并由此构造了具有外推功能的分形插值算法,实现交通事故预测。该算法利用内区间的迭代函数系和吸引子由特定初始点进行搜索,通过迭代使得到的点集与吸引子的均方偏差最小,从而获得需要外推点的函数值作为预测值。最后对交通事故时间序列进行R/S分析,进一步验证了预测结果的合理性,结果表明该市未来几年交通事故仍有增长趋势,应继续加强交通管理。
为提高公路隧道进出口区域的运行安全,对该区域的线形设计进行深入研究。针对隧道进出口区域的运行环境过渡特征,基于隧道进出口前后5 s设计车速行程范围的平纵面线形要素的科学组合,构建了隧道进出口线形过渡技术指标,用于衡量隧道进出口区域线形设计的安全性。鉴于我国目前隧道进出口事故资料的统计尚不完善,选用运行车速差作为中介指标采用间接分析法进行研究,提出了基于运行车速差的隧道进出口区域运行安全性的评价方法和评价标准。并在理论分析的基础上,对实测隧道进出口线形和运行车速数据进行了统计分析,建立了隧道进出口线形过渡技术指标与运行车速差的二元回归关系模型。据此提出了基于运行安全的隧道进出口区域线形设计的建议值。
以我国几条典型高速公路交通事故统计资料为基础,研究了车辆平均车速、车速标准差对路段交通安全的影响。首先分析了车辆平均车速、车速标准差对路段事故率的影响机理;然后利用统计样本进行了路段事故率与平均速度、速度离散性、车速标准差系数的偏相关分析,从计算结果发现分析路段事故率与车速离散性的相关系数最大,表明影响分析路段交通安全的主要因素是车速分散性;最后采用质量控制法,筛选出同类型路段事故多发路段,并提出了同类型路段车速离散性临界值的确定方法。研究结果表明,在平均车速低于设计车速时,为降低道路事故率,应着重控制车速分散性。
提出汽油发动机富氧燃烧技术,在单缸化油器式汽油机上进行富氧燃烧试验。利用燃烧分析仪对相同负荷状态下不同氧气浓度富氧燃烧时发动机的燃烧特性进行分析。当进入气缸助燃的空气中氧气浓度增加到24%时,气缸的最大压力升高15%,最大压力发生时刻提前,燃油放热增加,开始放热时刻提前,燃烧过程的循环变动量降低,燃烧稳定性提高。同时利用尾气分析仪对怠速状态下不同氧气浓度富氧燃烧发动机的尾气进行监测,检查发动机排放的变化。试验结果表明,富氧燃烧发动机尾气中HC和CO浓度大大降低,NOX浓度升高。
分析了城市热岛形成的主要原因,指出城市下垫面特性、城市大气污染和城市人工热源是城市热岛形成的主要影响因素。通过试验数据和数学计算论证了路面温度对城市大气温度的影响。介绍了太阳辐射、云层状况、大气相对湿度、风速、降水等环境因素对路面温度的影响,并利用数据、公式和图表重点讨论了路面反照率、路面湿度等路面特性因素对城市路面温度的影响。根据路面反照率与路面温度的数值关系,提出通过铺装水泥混凝土路面或碎石封层的方式提高路面反照率,缓解大城市热岛效应;根据路面湿度与路面温度的关系,提出通过增加透水性路面面积,缓解大城市热岛效应。
为了防止超限超载运输的反弹,有必要研究治理超限超载运输的长效机制。运用经济学原理,通过建立利润模型分析了治理超限超载对运输企业、道路经营者、低附加值产品生产者、原材料需求者相关利益主体的影响。提出只有超限超载中涉及各方利益主体的经济利益都能得到有效补偿,才能真正走出超限超载怪圈。保证资源流动过程动力链的连续性,是长效治理超限超载的根本;完善货运市场组织结构,建立良性的市场结构模式是长效治理超限超载的关键。实现上述条件的基础是,存在一个良好的有序竞争的货运市场。因此,治理超限超载不应仅仅停留在对车辆的查超上,应通过治理超限超载来整合整个货运市场,建立一个有序竞争的货运市场。
