基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析.研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素.推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析.
针对空气耦合式雷达,建立了路面雷达电磁波在沥青路面结构中传播的二维时域有限差分(2D-FDTD)方程,并进行了沥青路面面层中存在沥青剥落病害的路面雷达电磁波模拟.模拟结果表明:当沥青路面出现沥青剥落区域后,在路面雷达回波的面层界面和基层界面的正反射波中间出现一负反射波,沥青剥落位置决定着该负反射波将会出现在面层界面反射波和基层界面反射波之间的位置;并且随着沥青剥落区域的竖向厚度增加,该负反射波波幅增大.为利用路面雷达快速检测路面沥青剥落病害提供了理论基础.
设计了干燥收缩、自生收缩、椭圆环约束等试验手段,研究了矿物质微膨胀剂、硅灰和减缩剂对水泥基材料体积稳定性的影响及其作用机理.试验结果表明:(1)矿物质微膨胀剂具有较强的收缩补偿作用,随其掺量的增加,干燥收缩与自生收缩降低,当掺量为25%时,可使初始开裂时间延长至82h.(2)随硅灰掺量的增加,干燥收缩和自生收缩增大,当掺量为10%时,初始开裂时间降低至22h,此时开裂敏感性最大,因此硅灰掺量应合理控制.(3)减缩剂可以大幅度降低砂浆的开裂敏感性,且与其他外加剂相容性良好,对养护温度变化不敏感.由此,设计制备出一种用于重大工程结构混凝土保护层的体积稳定性优良的减缩抗裂型水泥基材料.此外还介绍了"矿物质微膨胀剂-减缩剂-混杂纤维"裂缝控制技术在武汉长江隧道工程中的应用情况.
为深入认识连云港地区软土中的易溶盐对水泥土搅拌桩桩身质量的影响,通过无侧限强度试验和扫描电子显微镜(SEM)及X-射线衍射试验研究方法,研究高含盐量特征对水泥土强度影响的内在原因.结果表明:Mg2+、Cl-、SO42-都对水泥土强度起了不同程度的负面作用,其中Cl-对早期和长期强度都有影响;Mg2+从中期开始发挥作用;SO42-则对水泥土长期强度影响较大.滨海地区软土及地下水中较多的Cl-,会与水泥成分和水化产物Ca(OH)2反应,一种强度较低的生成物会包裹在粘土颗粒表面,阻碍了水泥土的强度增长.当软土中含有较多SO42-时,大量钙矾石晶体的生成会使水泥土膨胀而变得疏松,从而使水泥土的长期强度变低.
利用袋装砂井长度是砂井地基固结速率的重要影响因素,分析软基处理中处理区与下卧层之间的相互作用,对深厚软土地基固结度的计算方法进行合理改进,推导出计算固结度时砂井底面孔压不相连续的计算关系式,并从深厚软基中非理想因素、砂井长度方面对固结度的影响进行论述.结果表明,固结度随砂井长度的增加呈抛物线趋势先升后降.同时,从砂井长度对砂井处理费用的影响上进行定量关系计算,结果表明呈正相关性,因而,从理论上论证了袋装砂井最优长度的客观存在.通过某试验段工程实例,利用砂井深度与固结度增加百分比和投资效益比关系,结合总施工工期对固结度的要求、施工条件等对袋装砂井最优长度的确定方法进行研究,确定了最优砂井深度,实例计算结果表明,最优砂井深度为h0=22m,利用沉降观测数据分析,比原设计的h=25m砂井更为经济、合理,处理效果也达到设计要求.
基于弹性理论,采用有限元方法分析车辆荷载作用下,纤维沥青混凝土的模量、不同道路等级下的纤维沥青混凝土层位置和厚度、基层厚度对路表最大弯沉、基层和底基层的层底径向应力的影响.结果表明,纤维加入到沥青路面后,提高了路面的整体变形能力,从而可以减小路面面层的厚度;基层厚度的增加,不仅缓解了由于纤维沥青混凝土面层厚度减小而产生的基层和底基层的层底径向应力的增加,而且可以减小纤维沥青混凝土的掺入量.在考虑提高路面结构的整体性以及面层和基层之间的粘结力时,给出了不同道路等级下纤维沥青路面结构的合理设计.
针对4种沥青改性剂路孚8000、TPS、Sasobit、SBS,利用控制应变的小梁疲劳试验,在一定的应变量下,研究各种改性剂对沥青混合料疲劳性能的影响.研究结果表明,无论何种剂量的路孚8000、TPS和SBS改性剂,对沥青混合料疲劳性能均有较大的改善,TPS和SBS改善效果较显著,尤其是TPS;SBS的疲劳寿命与基质沥青相比也增加了3倍以上.而对于Sasobit,在以一定应变为控制模式的疲劳试验中得出的结果是疲劳寿命减小.对于改性剂路孚8000和TPS,随着改性剂剂量的加大,沥青混和料疲劳寿命逐渐加大.
针对沥青路面摊铺离析导致路面出现早期损害和平整度衰减的问题,将摊铺路面分为多个检测道,借鉴ASTM(American Society for Testing and Materials)比对试验分析方法,视摊铺机在各检测道的摊铺行为为独立试验过程,采用无核密度仪和激光纹理仪两种无损检测手段,通过对沥青路面内部空隙率和表面构造深度均匀性分析来评价路面横、纵向摊铺离析,在检测试验结果的分析上,引入重复性标准偏差Sr、SR和一致性统计量k、h作为评价分析手段,并运用取芯切片及结合数字图像处理的方法来分析芯样截面的面空隙率差异,能有效评价沥青路面的竖向离析.结果证明,这种评价方法很好地反映了沥青路面施工质量的均匀性,该方法切实可行.
采用材料力学中的压杆失稳理论和弹性力学中的薄板压曲理论对半刚性基层由温度变化引起的拱胀问题进行分析.计算出了半刚性基层不发生拱胀破坏的临界应力,将临界应力与其温度应力相比较,可以判断施工完成时半刚性基层是否会发生拱胀.对影响温度应力大小的技术指标进行了分析,给出这些指标在施工中的建议值.研究结果表明:两种方法分析计算的结果是一致的,但用压杆失稳理论进行分析偏安全.为避免半刚性基层产生拱胀破坏,在实际施工中,应该尽量避免半刚性基层在冬季施工以减小整个施工过程中温差;施工单位不宜追求高强度而增加水泥剂量而导致基层材料的回弹模量值过高;应该尽量采用膨胀系数较小的骨架密实型基层混合料.
通过对土工格室+碎石桩双向增强体复合地基这一新型地基处治技术的承载机理的分析研究,结合实际工程,以振动沉管碎石桩+土工格室为例,探讨了处治高速公路软土路基的技术方法.在此基础上,针对土工格室垫层与碎石桩复合地基共同工作构成荷载传递和支撑体系以提高地基承载能力的特点,建立了考虑格室体水平加筋作用的土工格室+碎石桩双向复合地基的简化计算模型,并给出了一便于工程应用的双向增强体复合地基承载力设计计算方法.最后将该方法应用于京珠高速公路临长段地基处治实践.理论分析及实际工程实践表明,土工格室+碎石桩复合地基处治软土地基可充分发挥碎石桩的竖向承载能力及土工格室的水平加筋特性,两者共同工作可有效提高地基承载力.
为了给无机结合料稳定煤矸石基层路面结构提供设计参数,试验研究了无机结合料稳定煤矸石基层材料的抗压回弹模量和劈裂强度,并利用Shapiro-Wilk检验法对其试验结果进行了正态分布假设检验.结果表明,煤矸石基层材料的抗压回弹模量和劈裂强度在显著性水平0.05下均服从正态分布.基于此,针对现行规范确定半刚性基层材料设计参数推荐值的不足,运用数理统计中区间估计的方法得出了设计参数95%置信概率的置信区间,并综合考虑施工变异性等影响因素对其进行适当折减、视材料具体情况进行必要的调整后得出了无机结合料稳定煤矸石基层材料设计参数的推荐值,为无机结合料稳定煤矸石基层结构路面的设计提供了依据和参考.
冲击压实的被冲压体响应是目前尚未解决的理论问题.基于应变能与冲击能分布密度相等的基本原理,假定:冲压n遍后的被冲压体为一维问题,冲压影响深度h0处应变为零,应变与弹性模量线性变化,建立了单次冲击能量、遍数等与土体压实度的关系,在施工参数与效果间建立了关联.结果表明,以相同的设备参数进行施工时,冲压影响深度随冲压遍数的增加而减小;前几遍冲压能影响较大深度,而后续冲击的影响逐步局限于上部土体.通过某砂性土工程实例,分析预测得知,单层80cm冲压35遍仍达不到规定的压实度要求,因此,实体工程中需采用分层压实的措施.所以,本研究可用于对冲压效果的预测,也可在冲压目标明确的情况下预估需要进行冲压的遍数.
分析了传统BP算法的不足,利用相关分析法筛选出公路工程主材价格的主要影响因素;在确定BP神经网络结构及选取训练函数的基础上,建立了基于改进BP神经网络算法的公路工程主材价格预测模型,并结合合肥市石屑价格预测的实例,利用建立的预测模型,采用BP传统算法及附加动量法、自适应学习速率法、两者相结合法等3种改进算法分别预测了合肥市2个季度的石屑价格,并将预测结果进行对比,分析了不同BP算法预测结果之间的差异.结果表明,使用改进的BP神经网络算法进行公路工程主材价格预测,可以将预测误差控制在6%以内,并减少95%左右的训练步数.同时采用自适应学习速率和附加动量改进BP网络的方法相对最有效.
建立了填土荷载对邻近桩排作用的三维有限元模型,分析桩顶边界条件和桩-土接触变化时桩基的不同性状,探讨了桩-土间土拱效应,分析了桩身挠曲、桩侧土压力和桩身轴力同填土荷载之间的变化规律.结果表明,填土荷载作用下,桩身挠曲与填土荷载成非线性关系,可以用三折线模型来模拟;桩顶自由时,桩前的土压力介于朗肯主动土压力和被动土压力之间,呈非线性分布.同种土中,桩侧土压力沿桩身呈线性分布,但比Ito理论和沈珠江理论求得的极限土压力都小.桩-土间设置接触单元能更实际地模拟桩基负摩擦力.所得结论对研究被动桩桩-土相互作用以及桥台桩基的设计和施工提供参考.
对预应力混凝土的计算方法和研究现状做出了评价,提出针对预应力混凝土结构分析的单元形式.通过自由度变换,把空间杆单元的节点自由度用空间虚拟层合单元的节点自由度来表示,即杆单元的节点无需固定在体单元节点上,共同模拟了预应力混凝土结构.在单元内采用选择性积分的方法计算单元刚度矩阵,用较少的单元模拟出了复杂的断面形式;并采用单独的空间杆单元模拟预应力束,能直接求解预应力对结构产生的变形和内力.经实例验证分析,使用该单元进行预应力混凝土结构分析,在网格划分比较稀疏的情况下,仍然获得较为精确的结果,较传统的预应力计算方法更为简单、更为准确.
在简要介绍自锚式悬索桥特点以后,着重从挠度理论出发研究其力学特性.首先详细推导了自锚式悬索桥挠度理论基本微分方程,然后在此基础上介绍了各内力影响线的求解思路,基于此,采用动态规划法加载原理编制了自锚式悬索桥挠度理论计算程序,通过实际的桥跨结构(主跨328m,自锚式悬索桥)根据挠度理论程序计算边、中跨各截面的弯矩、挠度影响线并与有限元计算结果相比较,反映程序计算精度较高,从而验证了公式和程序的正确性,为进一步对自锚式悬索桥的相关力学参数影响分析奠定了基础.
基于结构稳定性分析方法,借助大型有限元分析程序ANSYS,以某无塔非对称人行悬索桥为实例,建立了4个有限元计算模型,分别对设置有抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、有风缆的混凝土桥面板悬索桥结构和不设置抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、混凝土桥面板悬索桥结构进行了静风稳定性研究.研究结果表明,质量较大混凝土桥面板比钢桥面板更有利于结构抗风,设置风缆能有效地限制结构在风荷载作用下的横向位移,提高结构失稳风速,研究还发现,若将抗风缆和混凝土桥面板有效地结合最有利于结构抗风,且效果十分明显.
针对CFS-GFS混杂加固钢筋混凝土梁的一种新型加固方法,使用非线性有限元方法,考虑胶层处出现空鼓缺陷对HFRP加固界面性能的影响,分别对缺陷尺寸、缺陷位置以及缺陷数量3组界面模型进行了数值模拟,得到了不同缺陷形式下胶层界面剪应力与正应力以及界面处混凝土第1主应力和纤维布轴向应力的分布规律.研究结果表明:胶层剪应力对空鼓缺陷大小的影响较敏感,随缺陷尺寸的增大,胶层端部最大剪应力呈非线性增长趋势.界面端部混凝土第1主应力随缺陷尺寸的增大,数值呈缓慢减小的趋势,且在缺陷空鼓处混凝土第1主应力出现突变.
润扬长江公路大桥南汊悬索桥北锚碇基坑工程,在初步设计阶段,结合科研,针对冻结壁围护结构、沉井、地连墙围护结构的设计方案,进行了施工风险分析和对策研究(特别是冻结法方案).针对冻结法方案大直径结构冷量损失大、冻结壁均匀性要求高、基底突水、停电等风险,提出了三排冻结管布置、冻结壁保护、基底注浆、双回路供电、钢筋混凝土内衬等对策;针对沉井下沉控制困难、地表沉降及井底流砂等风险,提出了空气幕或触变泥浆助沉、控制降水等对策;针对地连墙成槽风险,提出了液压铣槽机成槽等对策.最终将地连墙围护结构方案用于工程实践,实现了润扬大桥北锚基坑施工的万无一失.
针对现有交通流数据采集设备存在造价高、采集精度不够及难于后期分析等实际问题,提出了一种利用车辆音频时域信号特征进行交通量检测的方法.该方法根据车辆噪音信号的波形特点,通过提取车辆噪音时域特征参数短时能量和过零率,进行端点、特征跳变点检测及车型辨别、分类,统计出交通量数据.试验结果表明,结合音频信号时域能量分布和过零率能够实现交通量信息的有效检测,同时为保证音频信息采集的有效性,数据采集设备应安装在车辆加速行驶路段或凸形竖曲线顶部附近.该检测方法具有检测方便、设备投入少的特点,统计精度能够满足工程实际需要,适用于一般公路交通量的调查.
研究车载交通流诱导系统的最优路径选择问题.采用广义路阻的定义,考虑了驾驶员在路径选择中的不同要求,并借助一种具有暂态混沌和时变增益的神经网络(NNTCTG),针对最优路径选择问题设计了神经网络结构,构造了能量函数,提出了一种能够满足不同出行者偏好的最优路径选择算法.所提出的算法具有很多优良特性,即暂态混沌特性和平稳收敛性,能有效地避免传统Hopfield神经网络极易陷入局部极值的缺陷.它通过短暂的倒分叉过程,能很快进入稳定收敛状态.仿真结果表明,NNTCTG求解指定起讫点对之间的最优路径问题时,总能收敛到全局最优,同时具有更高的搜索效率.
为了研究公交线路的布局及其发车频率两因素对乘客候车难易程度的影响,以公交网络拓扑为基础,借鉴工程可靠性理论,从直达站点对、非直达站点对以及公交网络3个层次提出了乘客候车可靠度概念,建立了相应的计算模型,并设计了可行的计算机程序.其中直达站点对、非直达站点对的乘客候车可靠度指标反映了在给定的公交站点对之间乘客候车难易程度,公交网络乘客候车可靠度反映了所有站点对之间乘客候车难易程度的平均值.乘客候车可靠度图中各站点对之间用线条连接,其宽度表示乘客候车可靠度值大小.该图可反映乘客在站点对之间出行时等候公交车辆难易程度的分布规律.算例证明了乘客候车可靠度及其图形能够为公交网络的定量、定性分析提供依据.
针对目前我国寒冷地区冬季冰雪天气条件下道路交通安全管理被动、消极,部门间协调性差,紧急救援效率低的局面,对比分析了国内外冰雪天气条件下的道路交通安全特征,通过总结国内外冰雪天气条件下的道路交通安全处理策略,得到了3类有效降低冰雪天气对道路交通安全影响的管理措施:信息提供、交通控制和冰雪处理,并从道路维护管理者、紧急事件管理者、道路交通管理者和道路交通参与者4个方面就3类管理措施各自所能取得的安全成效进行了分析,初步建立了寒冷地区冰雪道路的交通安全管理体系,期望能对我国寒冷地区的冰雪道路交通安全管理有所帮助.
为提高基于视觉导航的智能车辆对结构化道路车道标识线的识别和跟踪精度,同时消除车流、阴影和光照不均匀等不利因素的影响,提出一种基于最大相关准则的图像分割算法及基于感兴趣区域的车道标识线跟踪算法:首先,对图像进行滤波和光线补偿等前期处理,采用最大相关准则的图像分割算法对道路图像进行阈值分割;然后,根据车道的结构特征及先验知识提取车道标识线的特征点,并运用最小二乘法对特征点拟合,得到车道模型的参数;最后,通过建立感兴趣区域(ROI)的方法实现对车道标识线的准确跟踪.试验结果表明,该算法具有很好的准确性、实时性和鲁棒性.
在运输调度等组合优化问题的最优路线的搜索中,传统蚁群算法ACA(Ant Colony Algorithm)存在搜索时间长、收敛速度慢、易陷于局部最优解等缺点.为了克服这些缺点提出了一种改进的蚁群算法,该算法将遗传算法和蚁群算法结合起来,在蚁群算法的每一次迭代过程中,首先采用自适应策略控制它的收敛速度,然后使用变异操作来确定解值,从而提高它的搜索性能.再结合建立的运输调度性能指标,利用遗传算法、蚁群算法和改进蚁群算法3种方法分别进行运输规划,通过比较其时间花费和运输费用,验证了改进蚁群算法的有效性.实践证明,改进后的蚁群算法基本上克服了传统算法自身的不足,提高了算法性能.
针对双车道公路路侧事故的各种影响因素,建立适合我国国情的双车道公路路侧事故预测模型,探索双车道公路路侧事故的分布规律.研究中根据我国双车道公路两侧用地情况,把公路划分为普通路段、村庄路段和交叉口路段,并对普通路段进行了路侧事故预测模型研究,主要内容包括普通路段的划分、路侧事故的定义、路侧危险度的划分、模型的结果自检验以及应用检验等等.研究结果表明交通量、货车比例、平曲线用长度加权的弯曲度、所在地域对路侧事故率的高低有较大影响,模型验证结果表明路侧事故预测值和实际值呈现一致性.
基于运输企业联盟合作伙伴选择的三个阶段,采用层次分析法(ANP)、数据包络分析(DEA)和0-1整数规划法的三阶段模型结合实际算例对由公路、铁路和海上运输三种主体运输方式企业组成的联盟合作伙伴选择进行了研究.先用ANP法和DEA法从备选合作伙伴中选出每种主体运输方式企业中相对效率较高的企业,然后将选出的相对有效的各主体运输方式企业组合在一起,以实际花销的费用和时间与最小值偏差最小为目标,用0-1整数规划法选出一组最佳组合,组成运输企业联盟.研究方法对运输企业联盟的建立具有技术上的借鉴价值.
为降低汽车排放因子CO对人类生存环境的影响,研制汽车排放污染物CO因子试验系统,测试分析夏季植物生长对环境中汽车排放因子CO浓度分布的影响.研究结果表明,在环境温度为25℃,6m·s-1的入口风速下,树高为2.4m,树冠直径为1.4m的樟树,背风侧CO的最大浓度值相对于无树木环境的浓度值增高16.1%,迎风侧CO的最大浓度值相对于无树木环境的浓度值增高4.1%,树木对汽车排放污染物CO因子扩散有阻滞作用;结合植物对汽车排放污染物的净化效能,来实现大气的植物修复是可行的.
