为了选择适合于隧道工作环境与交通条件的路面结构类型,提高隧道路面的使用性能延长使用寿命,在广泛调研的基础上,采用灰靶理论从整体刚度、耐久性、平整度、抗滑性能、耐磨性能、修复与重建难度6个方面系统地比较了水泥混凝土与沥青混凝土两种常用的路面结构类型在隧道内的适用性。分析结果表明,采用灰靶理论评判模型选择隧道路面结构类型在一定程度上克服了选择过程的主观因素,使隧道路面的选择结果更具有客观性;在隧道内特殊的工作环境与交通条件下沥青路面的性能更加优越,具有更好的适用性,能提高隧道路面抗滑性能,降低噪音,改善行车舒适性,维修、养护简便,保证隧道营运通畅,为实体工程路面结构类型选择提供依据。
针对目前对混合料的骨架密实结构判断准则,仅SMA给出了一个定性的不等式标准(VCADRC>VCAmix)的现状,根据粒子干涉及贝雷法球形模型假设理论提出了骨架密实度、骨架撑开度两个新的评价沥青混合料骨架密实结构的参数,然后通过室内试验对两个参数与沥青混合料高温稳定性之间的关系进行了研究。研究表明:沥青混合料的高温稳定性与骨架密实度呈抛线物关系,而随着骨架撑开度的增加迅速降低。最后,将研究成果应用于混合料的骨架密实结构判断中,从而改进了原有的单一判断标准。
为解决火山灰分布地区道路工程中传统路面基层原材料的短缺问题,依据火山灰材料的颗粒组成及化学成分,将其用作路面基层的集料、结合料。对不同配合比的火山灰路面基层混合料进行不同龄期的强度、抗收缩性能、抗冻性能及抗疲劳性能试验,通过和二灰碎石及水泥稳定砂砾基层材料路用性能的比较来确定火山灰路面基层的控制参数。同时对不同龄期的火山灰路面基层混合料进行XRD测试,结合测试结果分析火山灰稳定基层的反应机理。路用性能试验和反应机理分析结果表明,火山灰路面基层是一种有潜力的基层材料,火山灰混合料集料的颗粒组成范围可用于指导火山灰材料在路面基层中的应用。
基于弹塑性力学和有限元的基本思想,分析了粗颗粒粉煤灰路堤在交通循环荷载作用下的累计塑性变形发展的一般规律;同时采用室内试验与试验路场地验证的方法,对3种能够最大程度上利用细颗粒粉煤灰的基层混合料(灰土稳定粉煤灰、二灰、二灰土)进行了全面路用性能评价。分析结果表明:交通重复荷载下粗颗粒粉煤灰路堤累计塑性变形量明显小于一般性粘土路堤,从而有效地减少了路堤工后不均匀沉降对上部路面结构的影响;细颗粒低活性粉煤灰在水泥早强剂激发下形成的灰土稳定粉煤灰基层材料,不仅体现了良好的室内强度特性,同时在试验路路况评定中也表现了比二灰、二灰土基层试验段良好的路用性能。研究成果为低活性粉煤灰的整治利用提供了方向,并为在公路工程中的推广应用提供了充分的理论依据和技术支持。
为研究毛细作用对非饱和土路基土含水量的影响,分析了非饱和土路基毛细作用现象机理,探讨了毛细水上升高度的影响因素,在土颗粒等粒径假设下导出了毛细水上升高度与时间、土颗粒大小排列关系及毛细水半径效应;利用多孔介质理论建立路基土毛细作用多孔介质模型,探讨了多孔介质模型下的非饱和土渗透率关系;基于毛细水流质量守恒和路基毛细作用模型及土-水特征曲线,求得路基毛细水达到最大高度所需要的时间和单位体积路基土毛细作用下含水量的变化关系。路基含水量与地下水位(GWL)具体试验观测数据对比表明:毛细作用对路基含水量变化的影响较显著。
针对寒区湿地公路软土地基在路堤填筑分级加载作用下的稳定性问题,为采用理论计算方法研究寒区湿地软土地基稳定性提供必要的计算参数,采集原状土,对寒区湿地两层软土进行三轴试验和直剪试验。研究寒区湿地软土在5个不同固结压力和3个不同固结度下主应力差与轴向应变关系的变化,以及5个不同固结压力和6个固结度下抗剪强度指标和抗剪强度的变化。试验结果表明:采用不排水剪,第1层软土的应力-应变关系呈现典型的加工硬化特征,第2层软土的则接近于理想塑性。在相同的应变下,随着固结压力和固结度的增加偏应力逐渐增大;抗剪强度随固结压力和固结度的增加而增大。粘聚力c在固结度U<20%时,随固结度的增加而减小;固结度U>20%,总体上随固结度的增加而增大。内摩擦角φ随着固结度的增大有所增加,但规律性不很明显。
利用探地雷达技术对路面结构层进行检测时,根据探测要求而采用不同频率的天线,尝试建立了雷达电磁波在结构层中传播的正演模型,通过得到的合成波模拟了其在结构层中传播的规律。根据经典电磁理论,利用傅立叶积分变换,通过典型激励和实测雷达入射波模拟了雷达电磁波在结构层中的传播情况,得到了合成的反射波,并与实际结构层测试雷达波做了比较。结果表明:频率低的情况下,雷达的分辨率较低,结构分层不明显;随着频率的增大,可以清晰区分出结构分层,但只有在高频率的条件下,结构厚度分层的反射信号才是合理的,能比较真实地反映实际情况。
在充分借鉴现有规范的基础上,重新确立了评价对象的组成,建立了高等级公路沿线设施养护状况指数(TCI)的计算模型结构,并且利用层次分析法的优化算法计算得到了模型结构中各评价对象的相对权重值。定义了评价对象的缺损,并且制定了确定沿线设施单处缺损扣分值的工作流程,给出了各评价对象的单处缺损扣分值。将研究成果应用于江苏省高等级公路沿线设施的养护质量评价中,结果表明,利用本评价方法得到沿线设施综合评分值与专家主观评分值线性回归判定系数R2达到0.95以上;与现有规范得分相比,分值分布较均匀。
为了掌握既有水泥混凝土路面MHB法碎石化改造时对周围环境的振动特点与影响范围,采用高精度震动测试仪对水泥混凝土路面MHB法碎石化时的施工振动特点、影响范围等进行了现场施工监测。对试验段现场振动测试的振动加速度时程曲线、加速度衰减特性曲线和加速度峰值随振中距衰减曲线的变化进行了对比、分析。表明采用MHB法对旧混凝土路面碎石化施工时所产生的机械振动加速度衰减速度很快,且具有冲击和瞬态振动的特点,对以填方为主在路堤边坡和挖方路堑边坡的安全影响范围与岩土体性质密切相关。通过试验建立了填方路基和挖方边坡的水平加速度和垂直加速度与MHB法碎石化振中距间的负指数和对数关系式,确定了混凝土路面MHB法碎石化振动对填方路基下边坡和挖方路堑上边坡上建筑物影响范围和最小安全距离,分别为5.5 m和25 m。
对我国公路预应力混凝土箱梁桥突出病害——梁体开裂情况进行了研究。通过对全国范围公路在用预应力混凝土连续箱梁、连续刚构桥箱梁开裂情况的调查,掌握了预应力混凝土箱梁桥裂缝的主要类型、分布规律和形态特征,并通过大样本条件下的分类统计首次获得了预应力混凝土连续箱梁裂缝多角度统计量化特征。研究表明公路在用预应力混凝土箱梁桥的开裂现象普遍,多种裂缝并存,裂缝成因复杂,裂缝形式多种多样,腹板斜裂缝和箱体纵向裂缝是主要裂缝形式。量化的分析结果为了解我国公路预应力混凝土箱梁开裂总体状况及箱梁开裂相关研究提供了充分依据和重要支撑。
应用试验校正的高精度三维有限元模型,对斜拉桥主梁结构损伤位置识别的斜拉索张力指标进行了研究。模拟12种可能的损伤情况,研究了基于斜拉索局部模态基频构造索张力指标的方法,索张力指标对各损伤情况下损伤位置的识别效果和对损伤程度的敏感性。结果表明,用斜拉索局部模态基频所构造的张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性和灵敏性,对模拟的12种损伤情况的正确识别率可达75%。该方法的突出优点是只需测量斜拉索局部振动模态的基频,就能获得较好的损伤识别效果,比其他面向损伤检测的测量容易得多。该方法可十分方便地推广应用于悬索桥加劲梁结构的损伤定位,具有较高的实用价值。
讨论了桥梁拼接技术中伸缩缝连接、刚性连接和碳纤维薄板(CFL)连接3种方案。基于3个基本假定,应用有限元原理建立CFL弹性薄壳单元模型,给出了CFL弹性薄壳单元刚度矩阵。以一座跨径组合为5×30 m的5跨预应力混凝土连续箱梁拓宽工程为例,对刚性拼接和CFL拼接结构分别建立三维有限元模型。重点研究了CFL拼接结构的三维仿真模型。对于不同拼接方案,对比分析新旧桥拼接后结构内力及位移的变化情况。研究结果表明,相对于常用的刚性拼接方案,CFL拼接方案对于既有箱梁的轴力、弯矩、剪力的变化影响较小,是桥梁拓宽工程中的一种可行的纵缝拼接方案。
为了提高混凝土裂缝检测的能力,引进了在工程物探中应用广泛的叠加偏移成像技术,运用射线追踪方法来建立速度模型,研究了混凝土结构最短路径射线追踪方法。该方法采用两阶段射线追踪,第1阶段初选射线路径,第2阶段通过对初选射线路径进行校正分析来确定最终射线路径。对混凝土介质,可以从任意给定的初始路径出发进行逐段迭代计算,校正时,射线只是在一个网格内移动。最后用C++语言编制了程序,并输入了含有缺陷的二维速度模型来验证。结果表明,该方法追踪速度快,追踪到的路径很接近实际。在实际应用中,逐段迭代法的优势得到发挥,可以提高计算速度。
针对目前既有预应力混凝土空心板桥承载能力评定方法的不足,结合工程实例阐述了对既有预应力混凝土空心板桥进行承载力评定的方法,提出了承载力评定的检测指标,介绍了检测内容、检测方法和检测结果。根据结构表观质量检查结果、材质状况检测结果和活载调查结果,引入承载能力恶化系数、截面折减系数和活载影响修正系数,分析了考虑截面损伤的抗力-荷载效应对比。结果表明,在考虑横向分布的情况下,所检测的试验板在荷载作用下,能够有效地保证结构的安全性和可靠性,并有一定的安全储备,较好地验证了规范方法的合理性和有效性,可为既有钢筋混凝土空心板桥的病害调查分析、承载能力技术状况评定和加固设计提供参考价值。
通过理论分析并建立有限元实体单元模型大量计算,对传统力学假设和简化计算与实际结构间存在的差异,以及桥梁结构由于破损或加固造成的横向分布变化进行研究,并以实际桥梁工程为背景,用计算实例进行验证。结果表明,各实际桥梁结构与简化计算结果间存在差异,传统的桥梁横向分布计算方法存在偏不安全的地方;提出了一些实际桥梁结构的横向分布系数的修正系数,用于修正横向连接的缺损或加固导致横向分布系数的变化。提出的修正系数具有较好的工程实用性,得到的桥梁受力状态将更加符合板梁的实际受力状况,可供工程设计参考。
为研究一种新型波纹腹板钢梁——折线形腹板钢梁在静力荷载作用下的抗剪屈曲性能,完成了折线形腹板钢梁及在梁长四分点设置或不设置加劲肋的平腹板钢梁在跨中集中荷载作用下的静力试验,对其受力性能进行了分析,着重探讨了折线形钢腹板的屈曲性能、屈曲形式和屈曲后强度。试验研究表明,折线形钢腹板的相邻板件互为支承,弯折处很好地起到了加劲肋的作用,从而使折线形钢腹板的抗剪屈曲能力较一般的平直腹板有很大的提高。用折线形腹板钢梁来代替传统的平腹板钢梁可以使钢梁腹板的厚度减小,可以不设或少设间隔加劲肋,有明显的经济效益,值得进一步研究和推广。
针对目前国内跨度最大的波纹钢腹板预应力组合箱梁桥——三道河中桥,对其箱梁主体、波纹钢腹板、剪力连接键及预应力布置等方面的设计及构造细节进行了介绍;并采用ANSYS建立了其空间有限元模型,参照现行的桥梁设计规范对其设计计算过程中的截面受力、波纹钢腹板的受力、剪力连接键的抗剪能力以及主梁变形等关键性问题进行了详细的阐述。计算结果表明,在正常使用极限状态下,混凝土顶底板的应力、波纹钢腹板剪应力及主梁挠度满足要求,且波纹钢腹板不会在其发生剪切屈服之前而发生局部屈曲、整体屈曲或合成屈曲破坏;在承载能力极限状态下,主梁承载能力满足要求;剪力连接键的抗剪能力满足要求且具有较大的安全储备。可为今后波纹钢腹板预应力组合梁桥的设计计算提供参考。
基于实际调查和观测分析,采用冲突技术法建立了机非混合交通流条件下四路停车控制交叉口机动车流的通行能力计算模型,进一步提出了422型和444型四路停车控制交叉口共用车道和拓宽路口通行能力的计算方法。通过对比冲突技术法推荐模型计算通行能力与典型交叉口观测通行能力和车队分析法计算通行能力,验证了通行能力计算模型的有效性。此外,探讨了行人流和非机动车流对机动车流通行能力的影响。最后,计算分析给出了422型和444型四路停车控制交叉口行人和自行车流量与交叉口机动车流通行能力的回归关系式,为四路停车控制交叉口通行能力的确定提供参考。
分析了交通控制和交通诱导的相互影响与相互作用。综述了交通控制系统和交通诱导系统集成的研究现状,重点对交通控制和交通诱导集成的6个关键问题进行了讨论分析。提出应用演化博弈论、有限理性和人工情感等研究探讨驾驶员对交通诱导信息的反应机理和先由交通诱导系统将交通流诱导到合适的路网上然后由交通控制系统来适应这些交通流的思想建立集成模型。提出应用人工交通系统与平行系统的思想来研究交通控制和交通诱导的集成实施问题,通过人工交通系统的"计算试验"对交通控制方案和诱导方案进行试验和评估,期望为交通控制和交通诱导二者的集成提供新的思路和方法。
研究了针对物流配送车辆导航,利用层次分析法进行路径规划求权。物流配送车辆导航系统的核心功能之一是路径规划,道路权值是路径规划的基础。考虑到物流配送涉及的多方面利益,首先确定道路权值需要综合考虑各种道路与非道路的影响因素。以配送总代价最低为优化目标,在全面分析各影响因素的基础上,就各自特点对其进行量化和无量纲化处理,然后利用层次分析法,提出道路权值的计算方法,计算出各影响因素组合权重,由此得到路径规划所需要的道路权值。该求权方法以物流配送车辆导航为基础,权值综合体现了多方面利益,为物流配送车辆导航的路径规划提供依据。
介绍了上海交通大学与吉林大学共同开发的微观交通仿真系统MTSS的体系结构;建立了公交网络描述模型、公交车辆产生模型、乘客需求模型、公交站点事件反应模型和公交车辆运行模型;以微观交通仿真系统MTSS为仿真平台构建了公交车辆运行微观仿真模型;对上海市斜土路非港湾式站点与华山路港湾式站点进行了实地数据调查,利用实测数据对建立的公交车辆运行微观交通仿真模型进行了验证,测量值与仿真值之间的误差在10%以内。验证结果表明,建立的公交车辆运行微观交通仿真模型可以较好的描述公交车辆的运行过程以及与其他交通流之间的相互影响关系。
以公路平交口为研究对象,引入交通冲突技术定量分析交通安全状况,提出应考虑不同严重程度的冲突对交通安全的影响。通过录像观测冲突距离、冲突速度参数,间接获得了一般冲突和严重冲突的TTC指标,并借助累积频率分析的方法,界定出我国公路平交口交通冲突严重性的判定标准,为冲突的分类采集提供了依据。结合对交通量参数的观测,以分时段不同严重程度的冲突数与交通量的比值作为评价指标,运用灰色理论的相关计算方法,对多项评价指标进行聚类分析,得到所调查的8个公路平交口的安全评价结果。
以科学评估路网可靠性为目标,认为该问题涉及到对路网可靠性的认知和表达两个方面。视路网可靠性为模糊性与随机性的统一,从而发现其理论基础同云理论有着内在联系,进而采用云理论研究路网整体可靠性的评估。根据路网综合失效的严重程度,将路网可靠性划分为6个等级,将影响可靠性的因素划分为5大类别,并采用路网综合性能模型对5个类别的影响因素进行衡量、对路网可靠性所属等级进行评判。鉴于人脑的思维是对路网可靠性认知与表达的主体,而自然语言是思维的载体,故以语言值来表示可靠性的定性概念与其定量数值之间的不确定性转换,并通过应用分析描述了该方法的应用过程。
从车辆运行状态的角度出发,将直线段上车辆的运行分为加速行驶、匀速行驶和减速行驶3个过程,分析了车辆在不同行驶过程中的行驶时间与行驶距离,以直线段上最长行驶时间70 s作为最大直线段长度的控制条件,推导了基于运行车速的高速公路直线段最大长度计算模型。模型表明设计速度为120 km/h的高速公路直线段最大长度要比20倍设计速度小,而其他设计速度的高速公路则要视直线段相邻曲线起终点的运行车速而定。以现场实测数据为依据,建立了高速公路平曲线起终点小型车运行车速与平曲线半径的回归模型,并给出了计算实例。基于运行车速确定高速公路直线段最大长度能够较好地满足驾驶员的实际需求,提出的计算模型可为高速公路设计及安全审计提供依据。
结合科技文献理论,从气象条件、道路状况、驾驶行为等各个方面详细分析了使用因素对汽车燃油经济性的影响,并且通过大量气象条件和道路状况试验,对汽车燃油经济性的影响进行了定量的研究。得出汽车使用诸因素中环境条件、道路状况和驾驶行为对汽车燃油经济性的影响不可低估。温度对汽车燃油经济性的影响并不是简单的比例关系,环境温度高于常温时,温度对于汽车的影响相对比较稳定,而高温与低温的油耗相比相差悬殊。环境温度为-10℃时和常温相比,其燃油消耗量增加竟高达45%,在不同道路类型中,汽车在省级公路上行驶最省油,不同的道路条件对燃油经济性的影响高达30%,不同的驾驶行为对燃油消耗量也能产生高达20%的影响。
针对当前国家建立以公共财政补贴制度为基础的农村客运公共政策支持体系问题,从微观经济学与公共经济学的视角,探讨了农村客运的准公共服务经济属性以及其对经济社会发展的外部正效应现象。在此基础上,运用经典经济学中有外部正效应的公共服务供求价格理论模型,探索了政府直接供给与市场供给下的财政补贴供给对外部效应内部化的不同影响,并从提高经济运行效率的角度分析了两种模式的差异。结合农村客运发展特点,提出了农村客运供给理论模型。运用这一模型分析框架,分析得出了政府对农村客运实施公共财政补贴的理论基础及在实证层面具体公共政策的选择方式。
