基于局部加载的思想设计了一种新的试验方法(局部三轴试验)来正确模拟路面实际状态,并获得准确的沥青混合料永久变形计算参数.通过ABAQUS有限元计算出试件、压头和底座的合理尺寸;利用该试验方法和常规三轴试验对AC20和SMA13沥青混合料进行了重复荷载蠕变试验,基于不同试验结果回归的参数对车辙试验建模计算,并与实测车辙对比分析.结果发现,局部三轴和传统三轴试验结果的规律性一致,流动次数FN均随温度和应力的增大而减小,且沥青混合料在高温或重载下均表现出较大的变形速率.但与车辙试验实测车辙量及永久变形率相比,由传统三轴试验所得参数计算出的结果偏小,而局部三轴试验所得参数计算出的车辙量及永久变形率与实测值较为一致;且从试验设备要求、试件制备过程和试验操作等方面分析,局部三轴试验更加简单易行.
通过对纤维沥青混合料的水稳定性试验、高温稳定性、低温抗裂性和疲劳性能试验全面研究纤维沥青混合料的性能.结果发现:纤维和沥青的粘附性很好,掺纤维后沥青混合料水稳定性也得到了提高,但应注意控制混合料的空隙率;纤维使混合料高温稳定性增强,动稳定度明显提高;建议在车辙试验采用动稳定度为指标时,剔除部分虚假试验结果,正确评价混合料高温稳定性.同时,验证了纤维对混合料低温抗裂性和疲劳寿命都有提高作用,而且聚合物纤维对混合料各方面性能改善作用都较明显,木质素纤维对混合料水稳性改善明显.
基于我国沥青路面设计理论及标准,参考国际成功的长寿命沥青路面结构,选取不同的长寿命沥青路面结构与材料参数,如结构层厚度、模量和泊松比等,采用BISAR3.0路面力学计算程序计算不同深度处的力学响应,分析其计算结果.数据分析结果表明,对于长寿命沥青路面结构:其力学响应规律具有普遍性,在综合考虑各种结构层材料性能与厚度条件下,沥青层内0~7cm为高受力复合区域,是各种损坏最易发生区域;沥青层最大拉应变易出现在沥青层表面和沥青层底面,是产生路表开裂和沥青层底疲劳开裂的主要原因;沥青层合理划分为3层,分别为磨耗层、联结层和下承层,给出了各结构层应满足的力学性能要求及厚度范围.
以有限元分析软件ANSYS为工具,进行了沥青路面结构可靠度的分析与计算,讨论了几何建模、网格划分、失效概率的计算、随机输入输出变量的确定、各设计参数的变异性对于沥青路面结构可靠度的影响、设计参数的相关性等问题.并通过基于多层弹性层状体系应力计算程序对可靠度计算方法进行了检验.结果表明:模量的变异比厚度的变异对可靠度影响大,尤其以土基模量的变异性对可靠度影响最大;面层厚度的变异对于可靠度的影响也比较大.输入变量相关程度都比较低.有限元软件ANSYS计算沥青路面结构可靠度有足够的精度,且计算简便,可以作为路面结构可靠度领域的一种新的计算途径.
采用自行研制的锥入度试验方法评价沥青胶浆的高温性能,由低温弯曲试验方法评价沥青胶浆的低温性能.根据试验结果可知:对于相同粉油比纤维胶浆的高温性能,加纤维的胶浆比不加纤维的胶浆其锥入度值变小、抗剪强度增大、高温性能提高,粉油比不宜低于0.8;对于纤维胶浆的低温性能,粉油比高于1.5后,低温劲度模量显著增大,即粉油比不宜高于1.5.沥青混凝土的低温性能提高,在粉油比为0.73~1.59范围内时,混合料的低温性能较好.全面考虑混合料综合路用性能,当粉油比在0.95~1.59时,性能较好,应根据地域气候要求在此范围调整选用.
依托沪宁高速公路(上海段)拓宽工程,选取典型断面,应用分层总和法进行特征点位的地表总沉降和差异沉降计算,并与有限元计算结果进行比较,确认分层总和法适用于旧路拓宽沉降计算.基于分层总和法的基本原理,针对道路拓宽工程的荷载形式,综合分析初始自重应力场、一次附加应力场和二次附加应力场的分布特征,以及应力水平与压缩模量的关系,指出一次附加应力和二次附加应力相向增长的叠加效应是导致旧路边坡区域浅层地基差异沉降显著的主要原因,土层压缩性高是导致深层地基差异沉降的主要原因.结合道路拓宽工程的施工特点,指出旧路路面区域饱和软土层差异沉降控制应通过新路拓宽区域地基处理改变其二次附加应力场分布,降低二次附加应力水平,减小总沉降量以控制差异沉降.
结合高速公路路基膨胀土的判别实践,提出了基于属性数学理论的膨胀土属性测度评判模型.首先根据《公路路基设计规范》对膨胀土评判要求以及有关专家学者的研究成果,提出用于膨胀土判别的评价指标,然后根据属性数学的基本理论构造属性测度函数,以属性测度函数计算单指标的属性测度和不考虑指标权重的综合属性测度,以该综合属性测度对膨胀土的膨胀等级进行判别,最后以置信度准则进行膨胀土胀缩等级的属性识别.研究中,以客观性权重和相似权分别对评价指标进行赋权,计算赋权后的评价指标的综合属性测度,从而对不考虑指标权重的综合属性测度评判模型进行对比和验证.结果表明,三者评价结果相同,且评价结果与《公路路基设计规范》评判法、模糊综合评判法的评价结果有较好的一致性.
研究振动和击实成型方法对级配碎石基层材料的应力应变特性和抗剪性能的影响,并分析强度差别产生的原因;试验中应用高精度静三轴仪对选定的级配碎石进行振动成型和击实成型的抗剪强度研究,揭示不同成型方法对抗剪强度的影响.试验表明,振动成型级配碎石的峰值应力、残余强度和初始模量较击实成型分别提高了22%、20%和90%,破坏应变有所降低,下降的幅度为10%;对强度参数来讲,内摩擦角φ提高2°,振动成型法的粘聚力C比击实法的提高了38%;振动成型试样的抗剪强度比击实的提高20%;振动成型试样的颗粒定向作用明显优于击实成型,使其抗剪强度高于击实成型试样.因此,在工程中要加强级配碎石的振动碾压,以提高级配碎石的抗剪强度潜能.
通过对石灰、粉煤灰和土进行物理、力学性质试验,以高温养生、标准养生为手段,通过配合比试验、抗压回弹模量试验、劈裂强度试验,对二灰土的力学性能进行了系统研究,取得了基本研究参数.通过对试验数据进行回归分析,得到高温养生与标准养生条件下材料的强度增长规律关系,从而由短龄期的高温养生强度确定标准养生下180d龄期的强度.并利用电镜扫描技术,对高温养生和标准养生条件下试样的微结构进行观测对比分析.研究表明,高温养生可以改善二灰土的微结构,显著地提高其早期强度,缩短稳定材料的养生龄期,快速确定二灰土的设计参数和施工配合比设计主要控制指标,解决目前工程设计和施工周期长的问题.
通过10 m×2.5 m×4.1 m(长宽高)的大型模型试验,研究了深层浸水条件下膨胀土地基膨胀变形和含水率变化规律,进行了含水率、表面隆起、深层隆起等测试.试验结果表明,土体干密度和上覆荷载对膨胀变形和含水率变化影响较大,土体含水率的变化可分为起始、突变、稳定3个阶段;上覆荷载越大,土体表面隆起越小,表明上覆荷载能有效抑制膨胀土膨胀变形;膨胀土地基可划分为压密区、中性区和膨胀区3个变形特征区,或3个区的组合,变形区的高度不仅与外加压力值有关,且与基础大小和形状有关.研究结果对膨胀土路基的设计和施工具有重要的理论和工程实际意义.
将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统,引入车桥系统几何协调条件和力学平衡关系,采用含增量动力平衡迭代格式的Newmark-β方法编制了汽车-桥梁系统空间耦合振动分析程序,并采用弹簧质量系统匀速通过简支梁对程序的可靠性进行了验证.然后以杭州湾跨海大桥为工程实例,运用所编制程序详细研究了车辆数目、车辆间距、不同车道、车辆相向行驶、不同路面粗糙度以及不同车速时车流通过桥梁时主梁跨中的动力响应和冲击系数.研究发现:主梁跨中冲击系数随着路面粗糙度变坏而明显增大,与车辆数目、车辆间距、车辆相向行驶以及车速没有必然联系.
为了揭示钢桥梁桥面沥青混凝土铺装的实际受力特性,利用有限元方法对大跨径正交异性钢桥面铺装层的瞬态动力学响应进行了分析和计算.在不同层间接触条件时,对铺装层静力和动力响应计算结果分析的基础上,着重对完全光滑条件下不同加载周期、不同铺装层模量以及不同铺装层厚度等对铺装层动力响应的影响进行了探讨.结果表明,完全光滑和完全连续接触条件下铺装层的动力响应截然不同,完全光滑时铺装层的最大拉应力为完全连续时的近10倍;加载周期及铺装层模量对铺装层的动力响应影响不显著;铺装层厚度对铺装层动力响应影响较大,当铺装层与钢桥面板之间完全滑动时,6cm左右的铺装层厚度是最不利的.与静力学计算结果相比,动力计算结果更加接近实际情况.
为了保证桥梁结构安全,并使维修效果最好,研究了如何确定桥面板最佳维修策略的问题.建立了桥面板维修的多目标优化模型.提出一种基于交互式遗传算法的维修策略优化方法,通过非精确偏好信息引导遗传搜索,使种群朝着多个目标的最佳综合性能进化.引入适应值共享方法增加种群的多样性,最终获得符合决策者偏好的解集.并通过算例进行了分析验证.结果表明,基于交互式多目标遗传算法的混凝土桥面板维修优化方法可以在有限的桥梁维修资源和良好的维修效果之间进行折衷,不仅获得一组比较理想的维修方法组合,还可以考虑决策者的个人倾向,降低了维修策略的选择难度,为桥梁管理者提供了有力的决策支持.
依托新疆伊犁河大桥,基于其单桩静载自平衡试验结果,通过单桩有限元数值模拟与静载试验反演分析,确定土性参数,对大桥施工阶段群桩承载性状作了现场监测,并用ANSYS对承台群桩基础与土体共同作用进行三维弹塑性有限元分析,数值模拟所得群桩中各单桩桩顶和桩底反力与现场监测成果较一致.在用静载试验和现场监测成果验证数值分析的正确性下,用数值分析对群桩在各荷载工况下的单桩反力分布情况、承载变形曲线作了深入分析.结果表明,群桩基础受力处于合理的范围,几乎无不均匀沉降,基础下不同部位桩的受力随上部荷载的增加而有所调整,但最大与最小轴力差相对变化不大.所得结果可为类似的设计工作提供可靠的理论依据和参考.
从旋转对称壳基本理论着手,总结发现工程计算法、解析法等均不适用竖向受力的涵洞工程.根据试验数据用有限元法分析了钢波纹管涵洞大应变与小应变问题,得到两者的结果非常接近,完全可以采用小应变方法进行分析.针对工程现场采用的反开槽回填法施工,建立了有限元力学分析模型,采用底面约束所有位移和扭转自由度、管两侧立面施加水平位移约束、顶面施加荷载、其余面自由的边界条件,施加竖向汽车荷载进行分析.结果表明,该模型得到的计算结果和现场实测值拟合良好,说明该法是可行的,所得的结论是可靠的.
针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法.研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度.随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑.以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行.
为了解决已有的动态交通分配模型普遍存在的优化计算时间过长,严重影响网络规模扩展的问题,提出了一种新的动态交通分配优化算法.将模拟退火和隔离小生境技术有机地结合起来,融入到遗传训练过程中形成了一种混合小生境遗传-模拟退火算法,不仅可以有效地避免传统遗传算法可能出现的不收敛现象,加快进化速度,具有更强的全局寻优能力,而且计算速度和算法稳定性也得到提高.将其与Papageorgiou M.提出的动态交通分配模型框架相结合,设计了动态交通分配的快速模拟优化算法,并进行了实例研究.仿真结果表明,新的优化算法显著降低了优化计算时间,大大提高了动态交通分配模型的实用价值.
对现有的交通流动力学模型进行了简单的评价,在此基础上提出一种新的高阶混合交通流动力学模型,新模型重点研究了混合交通中的干扰项,用粘性项来计算交通阻力,然后对建立的交通流动力模型在特征根问题(车流应是各向异性)、负速度问题(车流倒退)和线性稳定性(主要指高密度下的车流稳定性)问题进行了理论分析.理论分析结果表明,新的高阶交通流动力学模型有效解决了困扰大多数高阶非平衡连续流模型难以处理的问题,而且新模型充分考虑了混合车流中不同车型比例车辆间的粘性阻力,相比较其他模型更能准确反映非纯小车流情况下的交通真实情况.
面向典型的十字形信号控制交叉口,建立了具有8个机动车相位和4个行人相位的双环相位结构,采用一种半环分析方法,讨论了可能存在的相位组合方案和相位切换方案,定义了起始相位和末尾相位两种机动车相位属性,分析了相位切换过程的基本规律.建立了具有不同属性的机动车相位的固定最小绿灯时间与相位结构、行人相位绿灯时间、绿灯间隔时间的数值关系.以相位结构、最小行人过街时间和绿灯间隔时间为主要依据,离线计算得到机动车相位固定最小绿灯时间.控制时段内,自适应控制策略可以根据当前信号周期内的机动车相位属性,为其动态分配固定最小绿灯时间.算例分析表明,该方法具有较好的可操作性.
结合我国交通规划实际情况,提出新型的基于活动的出行需求分析方法,通过大量的调查数据和严密的分析,研究了数据转换的过程及方法,用以分析活动与出行的关系,并以此作为活动模型与出行模型之间的桥梁.详细阐述了数据选择和整理方法、有效性检查规则;应用居民出行调查数据,分析活动及出行特征作为模拟的基础,并提出基于交叉分类的出行量预测方法;然后制定活动-出行行为的详细模拟流程,研究各特性变量的模拟方法;给出模型的验证及确认方法,并编写计算机程序实现模拟流程.该方法已应用于辽宁某市城市居民的活动与出行特征分析,验证结果显示该方法具有较强的实用性,为活动模型的研究提供了参考.
基于非集计离散选择模型的基本理论与建模方法,结合2003年北京居民出行调查数据,对影响居民出行方式选择的因素进行了分析,选择包括公交车、出租车、私人小汽车等在内的5种日常生活中较为常用的交通方式作为居民出行的方式选择肢,确定了影响居民出行方式选择的特性变量及相应的取值方法,建立了交通方式选择MNL模型.应用Matlab优化工具箱中的无约束最优化函数对所建的MNL模型的参数进行了标定,并通过命中率的计算验证了模型的有效性.结果表明,非集计建模方法能够较全面的考虑居民出行选择的各方面影响因素,尤其是将出行者的个人特性影响因素引入模型,提高了模型的预测精度和实用性.
提出了一种用于基于视频的交通事件自动检测的交通行为模式学习方法.首先为了获取利用神经网络进行车辆行为模式学习所需的训练数据,一种基于运动估算的车辆跟踪算法被建立,将采集到的灰度视频图像序列转化为车辆标号场时空序列.其次,使用轨迹建模和编码的方法,将跟踪结果转化为轨迹数据用于网络训练.在此基础上,建立自组织神经网络,并针对自组织网络的不足使用改进的GSOM模型,选择欧氏范数作为测度,自主开发了试验软件,以U形转事件为对象开展试验,对轨迹数据进行学习.对比试验结果表明改进的GSOM算法能有效提取行为模式.GSOM相比SOM用于行为模式学习更为有效和准确.
结合近年来积累的交通事故调研经验,以北京市汽车碰撞行人事故分析案例为基础,构建了行人事故的深入数据源.该数据源以计算机电子数据表存储和分析与事故相关的人、车、路、环境的数据信息,可用于事故统计、事故再现和深入数据分析等方面的研究.基本数据源中包含事故的基本数据、车辆数据和行人数据3个部分,另外还存储了中国人体相关参数和车辆相关参数供分析时使用.目前,该数据源已收录了近200例行人事故中的深入数据,已用于有关人车碰撞特点分析及辅助事故再现等方面的研究,为汽车被动安全及交通安全研究提供必要的数据基础.
为研究公路货运车辆重载运输对社会经济的影响,基于系统动力学理论建立了公路货运系统的仿真模型,通过仿真分析车辆载重程度对货运需求、车辆使用决策、车型演化、车辆运输成本以及路面性能的长期动态作用,继而进行公路重载运输的社会经济影响评估.基于安徽数据的仿真结果表明,在货运车辆普遍重载的条件下,生产要素价格的变动、路面厚度的提高和路面维修间隔期的改变均不会对车流轴载水平乃至公路货运系统的运行产生根本性影响,系统表现出较高的稳定性.此时,车辆载重标准的引入是极为必要的.在实施严格的车辆载重标准后,系统行为又表现出以下重要特征:反直观性、远期与近期利益相矛盾、系统绩效受产业结构的影响较大.
为取得公路货运网络的规模经济,提出采用共同配送模式来优化公路货运网络.针对已有运输网络设计模型中对运费函数和路径选择分析的不足,提出包含分段费用函数和最短运输路径选择的公路货运枢纽网络设计模型.通过实例计算,采用共同配送模式的公路货运网络中的货物周转量比采用传统的"点-点"网络模式中的货物周转量增加38.07%;而前者的干线公路运输费用却比后者下降了26.48%.结果表明,采用共同配送模式有利于实现公路货运网络的规模经济,文中提出的运输网络设计模型能较好用于公路货运网络优化中.
首先分析了小汽车社会成本与个人支付成本计算指标构成,并考虑现有条件下可获得的数据情况,对部分指标的计算方法进行调整,对于不易直接获取成本额的成本指标,采用市场价格代替成本数据进行估算.然后以北京市各历史年城市客运交通领域的投资等数据为基础,分别计算成本各构成指标,汇总得到北京市2000年、2005年小汽车社会成本和个人支付成本.结果表明,北京市小汽车个人支付成本偏低并且低于社会成本,从一定程度上可解释小汽车出行比例增高的现象.同时说明,可通过一定措施来调整个人支付成本与社会成本的差异,以引导北京市公众出行方式的选择.
