针对公路岩质边坡稳定性分析评价问题,根据能量法原理和塑性极限分析上限定理,建立了岩质边坡平面滑动的屈服机构。在刚塑性假定条件下,视岩质边坡的滑体为刚体,没有内能耗散,视滑面为塑性区,能量耗散主要集中在滑面上,根据能量法可以得到简化后的虚功率方程。综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震惯性力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了公路岩质边坡稳定性评价的能量法上限解。通过典型算例,将能量法上限解和刚体极限平衡法稳定系数计算结果进行了对比分析。
利用碱钙硫复合激发矿渣粉潜在活性的机理,以水泥的强度、凝结时间、抗裂性为技术指标研制出了2种环保的新型路面基层结合料(NSB),该结合料的矿渣粉用量达到了75%。通过对NSB稳定细粒土与级配碎石的力学性能试验,分析了NSB用在稳定土中的可行性。结果表明:这2种NSB都具备了缓凝、抗裂性好的优点,且强度超过了半刚性路面基层对水泥的技术要求;用NSB稳定细粒土与级配碎石,具有抗压强度、弯拉强度与劈裂强度均较高、最大弯拉应变较大的特点;同时用数据说明了2种结合料对土有选择性,石灰石掺量为2%的NSB1适合稳定级配碎石,而石灰石掺量为4%的NSB2适合稳定细粒土。所有的研究表明这2种NSB能够满足半刚性基层的需求。
根据全钢载重子午线轮胎12.00R20的实际结构,考虑轮胎的几何非线性、材料非线性、接触非线性以及大变形等力学特性,应用有限元的方法建立轮胎的三维模型,橡胶材料采用Yeoh模型,橡胶-帘线复合材料采用加强筋模型,并通过轮胎径向刚度的测试验证了模型的有效性。在数值模拟中分析了轮胎在一定充气压力时,在不同垂直载荷和牵引速度的作用下,与地面在接触区域的变形情况、应力分布、摩擦应力分布等滚动接触规律。结果表明,轮胎与地面接触应力分布存在明显的非均匀性,轮胎的接地面积和地面总反力随着滚动速度的升高而增大。
将碎石化处治的旧水泥混凝土路面层视为宏观均匀、各向同性的线弹性体,采用双层弹性层状体系模型,深入分析了碎石化旧水泥混凝土路面上沥青加铺层的应力、弯沉变化规律,给出了对应不同交通量及沥青加铺层厚度下碎石化旧路面顶面最小回弹模量值,以及碎石化旧路面顶面最大容许弯沉值。研究表明,对应不同交通量和沥青加铺层厚度,要求碎石化旧水泥混凝土路面顶面弯沉在41~114(0.01 mm)之间变化,否则,顶面弯沉超过114(0.01 mm),则碎石化旧路面不能提供所需的刚度要求,需另外设置基层后再加铺沥青层。
以人工海水为侵蚀介质,采用加速腐蚀试验,对设计强度等级为C35的混凝土试件进行了0、10、20、30、40、50、60次干湿循环试验,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力-应变关系的影响。试验结果表明,混凝土随着干湿循环次数的增多,其表观质量和力学性能均呈现出不同程度的下降趋势。建立了混凝土随侵蚀循环次数变化的抗压强度折减模型、抗拉强度折减模型和弹性模量的折减模型,为进一步开展混凝土结构在侵蚀离子作用下的力学性能劣化机理与计算模型的研究提供了依据。
为了有效地预测折线先张的全预应力混凝土梁徐变挠度,对该类梁的徐变曲率进行了试验研究。通过对2根7.5 m长的折线先张全预应力简支梁进行长期加载,定时观测了2根梁的跨中徐变挠度和不同高度截面的徐变应变,绘制了试验梁的徐变系数和徐变挠度系数时程曲线,并将2个系数进行了对比分析。根据试验梁不同时段跨中截面不同高度的徐变应变实测值,绘制了试验梁不同时段跨中截面弯曲应变徐变图,验证了试验梁长期荷载作用下平截面假定的适用性,并指出徐变作用引起梁跨中截面中和轴的移动情况。基于平截面假定,以根据试验值建立的徐变应变几何模型为研究对象,以曲率参数为纽带,从理论角度推证了徐变挠度系数与徐变系数间的数值关系,与试验结果进行了对比,并提出了在徐变系数已知的情况下徐变挠度系数的计算公式。
选用叠层连续梁作为计算基本模型,将沥青铺装表面的最大弯拉应变以及钢面板与沥青铺装界面最不利剪应力作为设计控制指标,以实体工程的结构参数作为计算模型参数,采用有限元计算方法,分别计算分析了大纵坡、超高横坡条件造成铺装表面产生的水平力及其对铺装结构内部应力应变的影响。根据计算结果提出修正基本模型计算结果的方法与具体修正系数的计算。在此基础上提出匝道钢桥面沥青铺装简化设计方法。最后,以实体工程为例,将该设计方法用于工程实践。实践证明,以叠层连续梁为基本模型,考虑纵、横坡度修正后进行匝道钢桥面沥青铺装设计是可行的。
首先,采用修正的Pairs公式分析粘贴预应力CFRP板加固的钢构件的疲劳裂纹扩展行为。然后通过粘贴CFRP板的预制裂纹钢梁4点弯曲进行疲劳试验研究,最后基于阻止裂纹扩展的角度提出一种初步估计加固所需预应力大小的简化计算和设计方法。结果表明,粘贴预应力CFRP板对钢梁疲劳寿命的影响很大,与预制裂纹阶段比寿命提高最高可达10倍以上。不同的预制裂纹,同样的加固措施效果差别可达10倍。采用后张法施加预应力效果很好,锚固装置可以实时控制有效预应力,且预应力损失很小。
针对矩形截面梁端部承受一个水平或倾斜锚固力的工况,根据主应力迹线构建出后张锚固区的拉压杆模型。在此基础上,利用拉压杆模型中节点力的平衡条件以及模型中的几何关系,推导出后张锚固区劈裂力大小的计算式。同时,利用有限元数值分析结果,拟合出劈裂应力合力重心位置的计算公式。在锚垫板宽度、锚固偏心距及力筋倾角变化的情况下,通过对比本文计算方法、美国AASHTO规范公式、欧洲FIP99建议公式的计算值以及有限元结果,表明所提出的劈裂力计算方法能够较好地反映锚垫板宽度、锚固偏心距以及力筋倾角对劈裂力大小以及劈裂应力合力重心位置的影响规律。与现有规范建议的计算公式相比,考虑的影响因素更为全面,计算精度更高。
根据以往的变形压力理论增加了塑性-分离阶段,由此提出了围岩变形压力发展过程的4个阶段,并在上述理论基础上建立了隧道衬砌结构稳定的功能函数,指出了该功能函数的隐式特征在求解可靠度时的困难。利用Kriging算法中变异函数对随机变量特征的表达能力和Kriging算法的插值技术,结合拉丁超立方试验设计抽样方法,推导出了隧道围岩最小支护阻力的变异函数建立方法以及隧道衬砌结构稳定功能函数的插值方法,并给出了建立变异函数和实现隐式函数插值的具体操作流程,从而解决了当隧道衬砌结构稳定功能函数为隐式函数时无法直接求解其可靠度的问题。将此算法分析结果与Monte-Carlo算法精确解相比较,其迭代次数大大减少,而失效概率的绝对误差仅为0.0049%,相对误差为2.523 8%,表明Kriging算法不仅计算效率高,并且能够满足计算结果的精度要求。
为测试悬浮隧道在洋流作用下的动力学行为,根据流场相似准则和弹性相似准则以及试验条件恰当地进行模型试验设计。考虑到实际流场洋流方向的不确定性,以圆形截面悬浮隧道进行试验,通过测试洋流作用下悬浮隧道管段的应变情况获得悬浮隧道的力学行为。试验模拟测试了在各种不同流速条件下,单节悬浮隧道管段在分别布置2组锚索支撑和布置3组锚索支撑时,悬浮隧道管体结构环向应变和轴向应变及张力腿锚索的轴力。试验表明:(1)管段外侧环向应变较内侧大,内外侧轴向应变相差不大;迎流面环向应变较背流面大,迎流面轴向应变较背流面小;外侧顶面环向应变与底面环向应变相差不大,外侧顶面轴向应变与底面轴向应变也相差不大;(2)增加支撑锚索数量能减小管段结构和锚索的受力;随着流速增加,管段上相同测点的轴向应变、环向应变都随流速的增大呈线性关系变化;(3)管段相同侧锚索轴力随时间的变化趋势基本一致,但受力变化并不均匀,迎流面侧锚索所受拉力随流速增大而线性增大,背流面位置处锚索所受拉力随流速增大呈线性减小后变为压力。
采用波函数展开法给出了半空间中衬砌洞室群在平面SV波入射下动应力集中问题的一个级数解析解。在满足一定的精度要求下,对无穷级数进行截断数值计算。衬砌分为刚性衬砌、无衬砌、柔性衬砌3种。计算结果表明:不同的入射角度对动应力集中系数具有重要的影响;洞室间距对动应力集中系数也有重要影响,当洞室之间距离较近时,洞室之间的相互作用对地下洞室群的动应力集中具有显著的放大作用;衬砌刚度对动应力集中问题也具有显著的影响,其中,刚性衬砌的动应力集中系数最大,无衬砌次之,柔性衬砌最小。
针对大跨度拱桥缆索吊装施工线形控制计算中有关模型建立、确定目标控制线形和吊装过程模拟计算等问题进行了研究。分别考虑吊装系统中各构件之间相互作用的复杂关系及其对结构的影响程度,根据最终成桥线形,采用倒拆法确定目标控制线形;根据设计线形和所有恒载、活载变形,确定预制时的无应力长度。针对拱圈预制节段的两种不同安装方法,提出分别采用正装迭代法和刚性支承-弹性索法计算拱肋安装坐标及扣索索力。通过工程实例分析表明,两种方法计算的扣索索力很接近,但安装坐标相差很大。施工控制结果表明,采用本文方法进行控制的拱肋线形与设计线形吻合良好。
采用落锤冲击实验装置,进行钢筋混凝土桥墩模型在侧向撞击荷载下的动力性能试验,研究在桥墩模型表面设置缓冲器对试件撞击动力响应的影响。比较了不同缓冲器的缓冲效果,分析了影响桥墩模型冲击裂缝扩展和破坏模式的主要因素,研究了冲击能量和试件峰值动力响应及撞击体平均冲击力的关系。试验证明,所设置的缓冲器可以较大程度地减少构件的冲击动力响应,对撞击区受压钢筋峰值压应变可降低74.60%,受压混凝土峰值压应变可降低54.69%,受拉钢筋峰值拉应变可降低63.02%,跨中峰值位移可降低57.73%,抗开裂冲击能增加180%,撞击体的平均冲击力可降低78.59%。研究结果表明,经合理设计的缓冲器具有高效的缓冲作用,可用以提高桥墩的抗撞能力。
以马鞍山三塔悬索桥的工程设计为背景,根据大桥结构的重要性确定了桥梁在两种概率水平的地震作用下的设防标准,并提出了相应的性能目标。根据桥址处地震危险性分析研究报告所给定的地震动数据对大桥进行反应谱分析和非线性动力时程分析,研究该桥的动力特性和地震反应特点,根据分析结果研究确定优化桥梁的抗震性能措施。经过计算分析比较得出,通过加设合理的液压阻尼装置可以减小结构在地震作用下的结构响应,提高全桥结构的能力需求比,增强了该桥的抗震性能水平,有利于桥梁结构在地震中的安全。
为了描述多枢纽选址与混合网络设计综合优化问题,引入了双层规划模型建立数学模型。上层模型为多目标规划模型,以最小化网络总阻抗和最小化总投资为目标;下层模型为固定需求的用户平衡配流模型。然后,给出了基于免疫克隆算法的具体求解设计和步骤。接着,给出了算例,在不同决策权重条件下进行求解。算例结果验证了算法的可行性和模型的有效性,同时结果表明在建设枢纽后,当决策偏重于交通网络管理部门时,更倾向于建设新路段以降低网络费用和总费用。
以北京市为例,从系统动力学角度分析城市私家车拥有量发展问题。剖析各要素间相互关系建立流图,通过VENSIM平台构建SD模型,在历史统计数据的基础上结合北京市"公交优先"的政策背景模拟私家车总量发展趋势,并根据2008奥运北京机动车实行"单双号限行"的措施,研究了长期实行该制度将对城市机动车和私家车拥有量未来变化造成的影响,为合理控制私家车总量给予了一定的政策建议。模型仿真与分析结果表明,在现阶段北京市私家车数量仍处于S形曲线的快速增长期,并未达到规模峰值,需要对其发展趋势进行关注和必要控制。而相对于车辆限行政策,大力发展公交事业可有效限制私家车总量,且不会随时间产生负面影响,是更为科学合理的调控措施。
提出了一种新的碰撞优化方法,即将试验设计(DOE)、有限元分析(FEA)、响应面法(RSM)和遗传算法(GA)结合起来,对S形薄壁梁多结构参数进行抗撞性优化设计。通过提取实际车架上使用的S梁特征参数,建立了S梁的碰撞模型。运用方差分析(ANOVA),选取那些对S梁吸能特性影响显著的因素作为主要设计变量,采用显式非线性有限元软件PAM-CRASH进行碰撞模拟。根据有限元分析结果并结合响应面理论,建立了S梁的总吸能和最大冲击载荷的响应面模型。采用遗传算法进行优化求解,得到了S梁的最优设计参数。优化后的S梁在碰撞中的总吸能能力大大提高。
在供应商管理客户库存的模式下,从新的角度全面规划长期的库存路径问题,通盘考虑库存与路径的动态整合。以具有随机需求的客户为重点,循序渐进地研究解决库存路径问题的3种策略:固定区域和固定路线、固定区域和变化路线以及变化区域和变化路线。使用报童库存模型、扫描算法、周期随机库存决策以及节约算法等方法对这3种策略下的库存路径问题进行分别求解,找到每种策略下客户的最佳配送数量和总的最短配送距离。从而,把一个长期的、动态的库存路径问题由短期向长期、由静态向动态进行逐渐过渡,实现更贴近于物流配送实践的数学描述与求解研究,为随机库存路径问题的研究提供一个新的思路。
物流设施的数量确定是城市物流规划面对的关键问题,需要考虑城市用地、城市产业结构、城市区位条件及物流供应与需求众多因素。在分析物流设施数量确定的一般程序的基础上,提出了一种基于相似度的物流设施数量确定方法,综合考虑定量与定性因素的影响,在相似系统理论与方法的思想下,综合运用灰关联分析理论、粗糙集理论,对其中涉及的指标选择、权重确定方法进行了研究,并进一步提出利用函数拟合、面积差的思想求解相似度的新方法,最后通过实证分析来验证了方法的有效性、实用性。
