采用半正矢波间歇荷载,进行了4种不同沥青混合料的三轴重复加载永久变形试验。以流动数为评价指标,研究混合料性质(级配组成、沥青用量和空隙率)、试验温度和应力水平对混合料高温性能的影响,对永久应变与荷载作用次数的关系进行非线性回归分析,提出了能够全面反映重复荷载下沥青混合料的永久变形特性的模型。结果表明:AC16流动数最高,AC13C次之,而AC20和AC13F流动数相对较小;沥青用量增加0.5%,流动数下降20%~30%;空隙率从4%增加到7%,流动数下降50%左右,应力水平越大,温度越高,流动数越小,而降低幅度也减小;在极端高温和重载下,不同沥青混合料的流动数较小,其变化幅度不大,不足以明显区分混合料的高温性能。
反射裂缝是半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面的主要病害之一,针对这一问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料作为裂缝缓解层的方法。基于开级配大粒径沥青碎石缓解层沥青路面温度应力的计算原理,以通用有限元软件ABAQUS为基础,对开级配大粒径沥青碎石缓解层沥青路面的温度应力进行分析,探讨了其结构层参数对其温度应力的影响规律。结果表明:开级配LSAM缓解层模量、厚度、空隙率对其自身温度应力具有显著的影响作用,是开级配LSAM缓解层沥青路面结构设计的重要参数。
把沥青路面视为层状弹性体系,并将材料特性作为随温度变化的参数,推导了沥青路面温度应力问题的理论解。首先,利用热弹性理论来描述层状弹性体系的温度应力问题,同时考虑了材料特性的随温度变化。其次,通过对热弹性力学的平衡方程进行Laplace和Hankel积分变换得到了单一层问题的解,再利用传递矩阵法得到了多层弹性体系温度应力问题的理论解。最后,将该理论解用于沥青路面温度应力问题的计算,并与材料特性取常数的情况进行了对比。结果表明随温度变化的材料特性对沥青路面的温度应力有显著的影响。
为研究任意形状分布的各种荷载作用下柔性多层弹性路面应力和位移的性状分布特点,利用层状材料的广义Kelvin基本解,建立了边界元分析方法。结合广义Kelvin基本解与边界元方法,建立柔性层状路面边值问题的边界积分方程,对于核函数中出现的奇异积分做了解答。该方程中不含在层状材料交界面上的积分,可求解任意形状分布各种荷载作用下的多层弹性体系应力和位移。算例分析表明:该方法可以获得较高的计算精度;由于采用了层状材料的广义Kelvin基本解,该方法能处理力学参数沿深度方向任意变化的柔性路面。
为提高级配碎石的回弹模量和抗剪切强度,降低沥青路面的疲劳开裂的可能性,提高其抗车辙能力,在无粘结级配碎石中掺加适量的二灰结合料,形成微粘结碎石,使其同时具有半刚性基层和级配碎石基层的优点。试验结果表明二灰的加入可以提高级配碎石的和易性,当填充系数在0.9~1.1之间时,压实系数提高5%,28 d龄期的回弹模量达700 MPa,塑性变形可降低60%,渗透系数满足排水性能要求;二灰微粘结级配碎石的二灰最佳外掺量为5.0%~7.0%之间,二灰:碎石的比例范围在4.5∶95.5~6.5∶93.5之间,二灰的配比宜采用石灰:粉煤灰=1∶4。
为解决岩溶地区公路建设面临的工程技术、环境保护和可持续发展等诸多难题,通过大量调研分析、室内外试验、理论分析和数值计算,对岩溶地区公路建设中地质勘察、基础稳定性评价、筑路材料资源利用、工程病害处治和岩溶环境保护等五大方面的关键技术进行系统研究。开发了隐伏溶洞顶板变形监测技术与装置,隐伏溶洞精细探测技术,建立岩溶地区公路工程综合勘察技术体系;提出含隐伏溶洞地基公路路基稳定性评价方法、桥基承载力确定新方法;揭示岩溶水作用下路基变形破坏机理,提出相应公路岩溶病害防治技术;研发了路面抗滑耐磨材料、机制砂高性能混凝土;提出岩溶生态环境影响评价方法、公路路域植被变化规律,研发了岩溶水污染控制技术与处理设施等。
研究公路工程项目管理中业主与承包商间的协调问题。在对业主和承包商间关于公路工程项目质量、工期、成本博弈关系分析的基础上,提出了基于激励约束机制的公路工程项目管理协调理论,建立了以各个工序间网络图关系约束基础上的业主与承包商关于公路工程项目质量、工期、成本博弈的双层规划模型,其中上层为业主追求激励强度效用值最大化模型;下层为承包商追求工程效益最大化模型。采用遗传算法对其进行优化求解,具体的工程项目仿真结果表明:按照"固定基本总价款+奖罚"的方式建立业主对承包商的激励约束机制,可实现以提高工程质量为主目标的业主与以经济效益为主目标的承包商间的协调,是提高公路工程管理水平的有效方法。
南京江心洲大桥边跨主缆锚固大横梁设计独特,结构受力非常复杂。为了获得锚固横梁局部应力的大小与分布规律,对其传力途径进行研究,以通用有限元程序为计算平台,采用空间索单元模拟横梁中配置的预应力束以及主缆束股,三维块体元模拟混凝土锚固横梁,应用二次开发技术,建立精细三维有限元模型。在此基础上采用合理的加载模式对锚固横梁在空缆阶段和成桥状态2种不同工况进行应力计算与分析。结果表明:在空缆与成桥2种状态下锚固横梁的应力值与分布规律变化较大;为保证锚固横梁在施工过程中的受力状态处在合理的范围之内,锚固横梁中配置的大量预应力束应配合主缆束股的内力变化而分批次张拉。
针对受压区增大截面加固后的组合截面受弯构件正截面承载力计算公式并没有对其新增混凝土高度的限制条件进行说明,对钢筋混凝土梁受压区加固后新增混凝土高度进行分析。考虑新增混凝土的应变超前效应,对加固后钢筋混凝土梁进行应力应变分析,得到界限破坏的3种形式。对每种界限破坏形式利用截面材料的应力应变关系,得出加固后的钢筋混凝土梁极限承载力计算公式。通过引入截面有效系数和承载力可提高系数以及程序得出新增混凝土高度对其承载力的影响,并进一步得出新增混凝土高度的限制条件。分析结果表明,原截面高度与加固后截面高度比尽量要超过0.8,这样避免原构件的截面受拉钢筋应力很快达到屈服状态,发生少筋脆性破坏的情况。
以多点支撑加固坦拱桥技术原理为依据,在完成2片模型试验拱的制作、加固前后测试的基础上,对比分析了圬工坦拱多点支撑加固增强处治前后主拱的应变、挠度、裂缝控制、破坏形态、极限承载力及支撑纵向钢筋应力指标。从加固前后试验拱的应变、挠度对比分析结果可看出:主拱经增设支撑加固增强处治后,强度、刚度明显提高,在同级荷载作用下,其应变值减少30%~40%,挠度值减少30%~50%,新增设的钢筋混凝土Y型支撑能与主拱协调变形、分担部分活载作用效应,提高了主拱的承载力。同时,增设的支撑对主拱裂缝的发展有抑制作用。该加固增强技术提高坦拱桥的承载能力的效果显著,可广泛应用于实践。
采用LRB隔震支座增大了梁体在地震作用下碰撞的可能性,确定隔震梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙对于桥梁减隔震措施的设计有着显著意义。以隔震连续梁桥梁端相对位移为研究对象,通过桥梁结构拆分,运用振型分解法推导梁体在地震作用下相对位移的最大值反应谱计算方法。采用等效双线性铅销橡胶支座模型,通过迭代计算梁端相对位移并分析SRSS和CQC振型组合法适用性。采用非线性时程分析法计算连续梁的相对位移,验证了反应谱方法预测梁端地震临界间隙的可行性。结果表明:地震作用下梁端相对位移与相邻结构的周期和阻尼比有关,梁端采用CQC组合的反应谱方法能较好预测梁体在地震作用下梁体避免碰撞的临界间隙。提出了基于反应谱方法隔震桥梁间隙设计方法,可供设计人员参考。
为深入研究恒载性超载对在役桥梁安全性的影响程度,以加固后桥梁名义恒载效应与原名义恒载效应之比作为恒载超载系数,详细分析了在役桥梁受弯构件可靠指标随恒载超载程度的变化规律。鉴于新老桥梁设计规范极限状态设计表达式的不同,采用《公路工程可靠度设计统一标准》建议的抗力与荷载效应的统计参数,分别计算了与不同恒载超载系数对应的受弯构件可靠指标。计算结果表明,随着恒载标准值效应所占比重的增加,恒载性超载对桥梁结构安全性的影响愈明显。桥梁结构或构件隐含的可靠度越高,相应结构或构件的抗恒载性超载能力越强。在满足目标可靠指标要求的前提下,结构或构件容许一定程度的超载作用。
基于钢筋锈蚀后钢筋及其周围混凝土的应力、应变发生变化的事实,提出了一种混凝土中钢筋腐蚀监测的新方法,即应用基于布里渊光时域分析计(BOTDA)的光纤传感技术监测钢筋混凝土结构的应变,通过应变分布的变化实现对钢筋锈蚀的监测。通过试验梁对该方法的可行性进行了验证,并对比分析了钢筋局部锈蚀对应变分布的影响,对试验梁的锈蚀位置进行了识别。结果表明,利用BOTDA系统的识别效果与荷载大小,锈蚀位置,锈蚀长度有关,荷载越大,锈蚀段长度越大,越靠近跨中,识别效果越好。因此,BOTDA光纤传感技术能够识别钢筋的锈蚀损伤,实现混凝土结构中钢筋锈蚀的分布式监测。
为进一步研究大型桥梁工程中常见的大型桩基厚承台的受力性能,根据规范建立新疆伊犁河特大桥九桩双薄壁墩承台空间桁架计算模型,对承台内部应力进行了现场测试,并对测试结果进行分析。结果表明,本工程九桩承台属于厚承台范畴,内部完整应力流可近似为一个理想的桁架,即:以主压应力混凝土区为压杆,桩顶区域的受拉钢筋为拉杆的空间桁架模型;承台开裂之前,混凝土拉杆效应不可忽略,但随着裂缝的开展,受拉区混凝土逐渐退出工作;采用空间桁架模型进行设计符合厚承台受力机理,具有更好的合理性。
简述了拉萨柳梧大桥概况及其主桥上部结构(主、副拱)的施工。根据施工特点确定了施工监控的主要内容:主跨基础桩身应力监控、主桥线形监控、应力监测、吊杆内力监测。采用空间有限元分析方法对施工阶段进行了验算,并对施工工序进行了优化。结果表明,内、外拱吊杆的张拉顺序和吊杆内力控制值对各施工阶段以及成桥后拱桥结构状态影响较大;结构特点决定了线形、应力和吊杆内力在施工过程中变化频繁,施工监控中应对桥梁动态跟踪;主桥预拱度设置合理,施工阶段的理论值和实测值吻合,各项监控内容均达到了预期效果。
为了充分了解围岩与支护结构动力系统的变化特征,根据现场实测数据分析深埋隧道的围岩稳定性,对提取的时间序列进行相空间重构,计算了关联维数,定性分析了系统的混沌动力学特性。进一步应用反演理论,建立了深埋隧道围岩系统的非线性动力学模型,通过模型逼近,获得待定参数和正演模型的各变量,定量的分析了系统的混沌动力学特性,结果表明,各变量计算与实测的分布曲线非常接近。利用该模型可较好地预测在高地应力条件下围岩与支护结构系统各特征变量的变化规律。
桥梁挠度值在进行桥梁的安全性评定时是一项非常重要的指标。介绍了一种适合大跨度桥梁挠度测量的方法及其软件的开发原理。在一跨或者连续多跨桥梁上布置适当数量的倾角仪,通过倾角的测量,可算得试验跨桥梁各个断面的挠度值。通过工程实例来说明使用倾角仪法测量大跨度桥梁挠度的优点;通过对倾角仪法与光电挠度仪法测量的桥梁挠度值进行对比和分析,证明了倾角仪法计算得到的桥梁挠度值精度满足工程测量要求;最后对倾角仪法测量大跨度桥梁挠度所产生的误差进行了分析。结果表明,将该方法用于大跨度桥梁的挠度测量是切实可行的。
首先系统地介绍了信号配时模型的现有研究成果,然后分析了Synchro仿真系统中信号配时优化模型、用于延误计算的百分比延误方法(PDM)模型、排队长度计算模型、停车次数计算模型、通行能力计算模型和服务水平等模型。以广州市天河北路与天河东路交叉口为例,使用延误、停车次数、排队长度组合成的综合性能指标对交叉口的当前信号相位、相序进行了全面的优化研究。应用Synchro系统优化后,最大车流量和通过能力比由1.24减小到1.02,平均控制延误由85.8 s减少到60.3 s,服务水平由F级提高到E级。试验结果表明应用Synchro系统可有效提高路口的控制效果。
根据美国、加拿大、英国、澳大利亚等国关于乡村公路交通事故的数据和资料,以人的行为为重点,对乡村公路交通事故的致因进行归纳分析,主要有:第一,乡村公路上男性、年轻人、轻型货车乘员和后座乘员的安全带使用率较低;第二,乡村公路上男性和年轻人倾向于超速行驶,摩托车和小型车超速行驶的比例较高,在周末和夜间超速行驶的比例较高;第三,男性和年轻人是乡村公路上酒后驾驶的主要人群,周末和夜晚因酒后驾驶导致的交通事故较多;第四,乡村公路交通事故中男性疲劳驾驶的比例低于女性,年轻人疲劳驾驶的比例仍较高,周末、夜间和下午的因疲劳驾驶导致的交通事故较多;第五,65岁以上的老年驾驶员容易在乡村公路上发生由于未按规定让行和不遵守交通信号指挥而造成的交通事故;第六,导致乡村公路交通事故的道路环境因素主要有道路环境突变、车道狭窄、弯道半径过小、安全视距不够等;第七,乡村公路的交通事故救援响应慢、质量低、效果差。
针对甘肃省的地理特征和交通发展现状,提出了实施东部保护、中部恢复、西部治理的生态交通工程战略。以雅永公路的具体实践为例,阐述了直线穿越沙漠、修建宽阔平整带、铺设平铺式粘土(砂砾)沙障、铺筑渣油沥青光滑路面和营造防沙林带或插设直立式沙障等公路交通工程防沙治沙的具体措施。根据甘肃西部的地域特点,提出了率先在甘肃西部实施生态交通工程项目试点的三点建议:组织开展生态交通工程项目理论研究和技术攻关;着手编制甘肃省生态交通工程项目规划;选择试点项目实施近中远期生态交通工程项目规划。
