根据目前黄土地区公路路堑边坡设计仍以自然类比法为主要设计依据的现状,以陕西黄土自然边坡为调查研究对象,提出极限状态坡的定义及鉴别标志。测量了79个陕北至关中黄土极限状态坡,并将其按地形地貌、粒度组成和抗剪强度特征等的差异,划分为3个地段进行对数线性模型回归和不同置信度下的统计分析,给出3个地段不同置信度下坡高与坡度的相关关系,将自然类比法从各工点的定性分析转化为系统的定量分析。结果与目前已修建的黄土路堑边坡对比,认为量化的自然类比法可以作为黄土路堑边坡设计的一个系统方法。
斜坡地段公路的主要破坏形式是斜坡路基的稳定和沥青路面的纵向开裂。斜坡路基沥青路面的力学行为因其特殊的结构形式有其显著特点。现场调查表明轮载动力作用直接影响斜坡路基稳定及上承路面结构的响应。采用有限元软件ABAQUS建立了斜坡路基路面动力计算模型,分析了车辆荷载作用下斜坡路基动应力、路表弯沉以及基层层底拉应力的变化规律,重点研究了车辆轴载、行车速度、面层刚度、面层厚度、基层刚度、基层厚度、路基模量等外加荷载状态、路面层状组合与材料力学性能方面的参数对斜坡路基沥青路面结构动力响应的影响。分析认为斜坡路基填筑质量、基层厚度和动力作用对路面响应具有重要影响,设计、施工和管理中必需采取有针对性的措施以防止路面的早期破坏并保证路面的长期使用性能。
为分析沥青结合料性质对富沥青、砂粒式应力吸收层沥青混合料性能的影响,研究沥青性质与应力吸收层混合料性能之间的相关关系,采用6种不同沥青进行结合料老化前后的性能试验。在级配固定、沥青用量相同、体积参数一致的条件下,对6种沥青对应的应力吸收层混合料的疲劳性能、低温性能进行大量试验研究。研究结果表明,沥青性质对应力吸收层沥青混合料疲劳性能、抵抗低温开裂能力存在显著影响,沥青不同,应力吸收层混合料的疲劳寿命相差10~400倍,低温极限弯曲破坏应变相差3~6倍;此外,与老化后沥青相比,未老化的原样沥青结合料性质与应力吸收层混合料性能之间的相关性更显著,其中原样沥青60℃粘度、软化点及针入度等指标与应力吸收层混合料疲劳性能之间存在较好的相关性,建议作为选择应力吸收层所用优质沥青的关键指标予以控制。
对受到泥土污染的集料进行了水稳定性的试验研究,试验分析了粗、细集料在泥土含量相同的情况下对混合料水稳定性的影响程度,以及在保证集料清洁对沥青用量的影响情况。在此基础上,综合分析了粗、细集料清洁度和沥青用量对沥青混合料水稳定性的影响及分析。研究结果表明:不洁净矿料组成的沥青混合料的水敏感性大于洁净矿料组成的沥青混合料的水敏感性;沥青混合料的水稳定性随着集料含泥量的增加而降低,且细集料的洁净程度影响更为明显;在达到相同的水稳定性指标值情况下,含泥量降低1%左右,可以节省沥青约为0.2%。
借助于CT图像技术,以AC20、SMA16、ATB25混合料为试验研究对象,从细观角度对沥青混合料单轴压缩条件下的损伤演化规律进行了探讨。研究结果表明:在混合料损伤演化过程中,空隙对试件的变形起着控制作用;加载速度对内部裂纹的扩展速率和发育程度有重要的影响;温度对混合料的极限强度和裂纹扩展行为有显著影响;内部CT数等值线与外部同值等值线的连通可以作为启裂位置和损伤产生的判据。体应变为0的应力阶段所对应的损伤值可作为损伤门槛值,且损伤分维数与应力之间呈非线性关系,并随着损伤的演化发展逐渐增加。
为了研究沥青路面微波加热再生过程中的温度场分布,根据傅里叶传热学理论建立了二维微波热再生传热数学模型;用角锥喇叭口面场近似辐射场,研究了微波内热源;建立边界条件并进行了归一化处理。基于控制容积的有限差分法(CV-BDM)建立了微分方程的隐式离散格式并进行了数值模拟;选用了工业频率2.45 GHz的微波试验系统,采用连续加热工艺和间歇加热工艺,研究在沥青路面内二维温度场中温度随加热时间的变化特性。结果表明微波加热时温度上升是非线性的,在加热初期升温较慢,后期升温较快;沥青混合料内温度分布是不均匀的,其口面中心区域附近温度较高,而边缘处温度较低。当采用间歇加热工艺时,可有效提高沥青混合料受热均匀性,必须合理选择加热时间。数值模拟和试验取得了较好的一致性。
以净跨180 m的上承式钢管混凝土拱桥为例,在考虑车桥耦合振动的基础上,引入振动加速度峰值和振动感觉指标,研究车辆荷载作用下桥梁的振动控制问题,给出了舒适度的评价方法。评价结果表明,该桥在设计车速下条件下VG值小于0.61,满足舒适度标准,但结构刚度并非象挠度检算表明的那么富裕,在稍微超速的情况下即以超限。由此可见,活载挠度限值并不能有效地控制桥梁结构的振动,为了确保桥梁安全和舒适性,建立我国桥梁振动判断标准势在必行,并使以人为本的设计理念得到真正的落实。
根据桥梁所在场地条件,选择合理的谱加速度衰减关系生成场地中值加速度反应谱,选择合理的持时衰减关系,抽取持时样本,生成2个匹配场地中值加速度反应谱的人工波库,对1座钢筋混凝土桥墩进行非线性动力时程分析,将持时对于EDP概率预计和PSDM的影响与幅值和频谱的影响进行解耦。得到以下结论:(1)考虑持时的分布与否对于EDP概率预计的影响不大,但可以有效地减小离散度,而且对能量需求参数的影响大于对位移需求参数。(2)当选择结构第1模态周期谱加速度和合理的能量需求参数分别作为地面运动强度参数和EDP建立概率地震需求模型时,可以通过选择地震波来考虑持时的影响。
针对自锚式悬索桥静载试验研究较少的现状,介绍主跨跨径为350 m的独塔单跨混合梁自锚式悬索桥——平胜大桥主桥的概况、成桥静力特性、静载试验内容、测试方法、静载试验工况、荷载分级、测点布置、试验结果及有限元计算结果的对比,并作出了评价。有限元分析及静载试验结果均表明:在成桥运营阶段,活载引起的平胜大桥自锚式悬索桥内力及线形变化与所受活载基本上呈线性关系;静载试验结果与理论计算值基本一致;残余变形、残余应变较小;在设计活载作用下,结构处于弹性受力状态,施工控制达到了较高的水平;同时也表明,静载试验的理论分析模型很好地反映了实际桥梁的受力特性。
根据大跨桥梁钢箱梁各类构件的受力特点建立了确定钢箱梁关键疲劳构件的评价模型,提出了基于结构有限元分析、应变监测信息、构件分级系统和桥梁结构人工检测等多方面信息综合评定关键疲劳构件的方法。以某大跨悬索桥钢箱梁结构为例,结合结构有限元数值计算和结构健康监测系统确定的关键钢箱梁截面,针对关键截面上的主要构件分布,利用应变传感器输出信息、结构有限元分析得到的应力分布信息、人工检测信息和桥梁主要构件的危险等级和易损等级信息,结合层次分析法和模糊综合评判理论确定了影响钢桥构件疲劳评定的各因素的权重,用综合隶属度评分法进行关键疲劳构件的等级评定。
为了研究桥墩截面形式对弯连续刚构桥动力及地震响应的影响,以某工程实例为背景,建立了空间有限元分析模型,研究了桥墩外形尺寸、截面面积、截面纵向刚度等参数对结构自振特性的影响,在此基础上,利用线弹性时程法,对比分析了这些参数变化对空心墩与实心墩结构地震响应的影响。研究结果表明,桥墩截面形式的不同使得结构的振型系列发生了改变,具有空心墩的连续刚构桥与具有实心墩的连续刚构桥相比,当两者的外形尺寸相同时,前者的频率较低,当两者桥墩面积相同时,前者频率较高,在纵向刚度相同的情况下,前者频率稍低;采用空心墩时,墩底应力及主梁位移比相应实心墩的小,当桥墩纵向刚度相同时,空心墩和实心墩的地震响应基本相同。
基于流体粘滞阻尼器的力学特性,以荆岳长江大桥为工程背景,研究了附加非线性粘滞阻尼器对大跨度桥梁抗震性能的影响。利用动力非线性时程分析方法,对非线性粘滞阻尼器的阻尼系数和阻尼指数进行了参数敏感性分析,讨论了阻尼器布置位置对减震效果的影响,并与不设阻尼器情况的地震响应结果进行了比较。分析表明:通过在适当的位置设置纵向粘滞阻尼器,可以有效地降低结构在地震作用下关键部位的位移,改善结构构件的地震力;减震效果取决于阻尼器参数;同时,设置阻尼器避免了相邻主梁可能发生碰撞引起的结构损坏。
基于文献[1]提出的腐蚀钢筋混凝土钢筋锈胀力的公式,利用断裂力学理论推导了锈蚀钢筋混凝土构件裂缝扩展应变能释放率的表达式,应用双G断裂准则对锈蚀钢筋混凝土结构的裂纹扩展寿命进行了预测,分析了裂纹扩展寿命与混凝土强度等级,保护层厚度和钢筋直径的定量关系。结果表明:构件初始裂纹长度对锈胀的起裂、稳定扩展和失稳扩展寿命影响非常严重;钢筋直径和混凝土强度等级的增加会引起裂纹扩展寿命的增加,随着混凝土保护层厚度的增大,裂纹扩展寿命略有下降趋势。因此,为提高混凝土结构的耐久性,合理设置混凝土保护层厚度是至关重要的。
建立波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥空间有限元模型,对钢腹板在多约束条件下进行多设计参数优化计算分析,使之受力最合理,材料最经济。结果表明:目标函数(材料用量)在前几次循环中波动较大,随着循环次数的增加呈逐渐减少趋势,并趋于极小值;设计变量(结构各尺寸参数)及状态变量(强度和变形限制)在前几次循环计算时波动较大,随后趋于稳定;优化计算使各尺寸参数达到了最优组合,造价最低,优化后波形钢腹板的折叠角度和腹板厚度比常用范围偏小,但目标函数值最优并非是设计变量最终取值时唯一考虑的因素。
为了保证斜拉桁架桥杆件悬臂拼装过程中结构的安全性,对其力学特性进行了分析研究。基于卡子湾大桥的三维有限元实体模型,计算了各施工阶段的结构线形、关键截面的应力及稳定特征值,并将结构竖向位移、杆件轴线偏位计算值、关键截面应力与现场测试值进行了对比分析。结果表明,结构实际刚度较大,使结构竖向位移测试值较计算值偏小;关键截面应力测试值与计算值的在整个施工过程中的变化趋势吻合较好,且结构从最大悬臂状态到全桥合龙阶段的结构受力状态是最不利的。从结构的稳定性来看,随着悬臂长度的增加,结构的面外稳定明显低于结构的面内稳定性,主要体现在部分桁架杆件的局部面外失稳。
采用理论分析和试验验证的方法对设置回车道、紧急避车带的隧道内火灾规模及烟气传播速度进行了研究。研究结果表明:可使用风机转向及开启台数控制烟气传播速度;火灾工况可按3个阶段(起火阶段、撤离阶段、灭火阶段)进行控制;在起火阶段烟气传播的速度控制应在0.5 m/s左右以抑制火势的蔓延;撤离阶段应控制烟气向距离火灾区近端洞口流动,且隧道内气流速度必须大于烟气传播的速度;在灭火阶段应保证隧道内气流速度大于2.5 m/s,并应向距离火灾区近端洞口流动。在每一阶段根据火灾发生位置,车辆采用顺序行使、倒退及调头(先倒退至紧急停车带、回车道)行使等措施进行疏解。
以营口辽河公路大桥为背景,研究斜拉桥在施工阶段及成桥状态的抗风性能。对斜拉桥在基本风速与设计基准风速及颤振检验风速的确定,气动参数计算,弯扭耦合颤振与分离流扭转颤振的颤振稳定性分析,成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态、桥塔施工状态的风荷载及风载响应4个方面进行研究。按平板近似公式估算,得出该桥桥位处的基本风速、桥面高度处的设计基准风速、成桥状态的颤振检验风速、施工阶段的颤振检验风速。用ANSYS大型结构分析程序进行分析和计算。该斜拉桥方案无论在成桥状态或施工最不利状态均满足颤振稳定性要求。给出了成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态以及主塔施工状态的桥塔风载内力及主梁风载位移。
为提高车型识别的准确率,提出信号处理的方法:首先采用快速小波变换抽取原始曲线的近似轮廓,从而削弱了噪声等细节信息的干扰,并实现2n倍的数据压缩;其次利用五点三次滤波器对上一步获得的近似曲线进行平滑,使得离散信号更接近于真实的连续信号;在此基础上提出基于峰值时间差的强鲁棒性车长检测方法;最后,根据形态匹配的要求,采用Akima插值法进行信号尺度的归一化处理。车型识别试验采用观测点的实测数据,并将结果与其他文献进行比较,说明所提出的方法的有效性。
在参阅大量文献的基础上,对制动产生的振动及噪声问题进行了分类,对国内尚未开展研究的制动颤振问题的发生机理、研究方法和影响因素进行了综述:制动颤振的产生是由于制动盘和摩擦衬片之间的粘-滑运动造成的,制动颤振的研究方法主要分为试验研究和理论研究,理论研究又包含线性和非线性系统动力学方法、多体系统动力学方法和有限元法,其影响因素包括系统的摩擦因素、机械系统参数和动力传动系的参数等。最后指出未来的工作应在于系统地研究制动颤振的产生机理,振源及传递环节上各参数的影响,指导系统的参数匹配和优化。
建立了4自由度1/2车体力学模型,针对车辆悬架为一非线性、时滞、不确定系统,设计了一种改进的主动悬架模糊PID控制器。以SANTANA2000实车悬架为仿真参数,以阶跃信号激励为路面输入,在Matlab中进行了时域仿真。结果表明,改进的模糊PID控制的主动悬架对车身垂直加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷等平顺性指标改善明显,响应达到稳定状态的时间也有了显著的缩短,车辆乘坐的舒适性和操纵稳定性优于被动悬架和单纯的模糊控制的主动悬架,对车辆主动悬架控制的开发具有参考价值。
针对经营性公路项目的合理回报目前法律上没有明确规定,社会上各方认识不统一的问题,研究提出了经营性公路合理回报的衡量指标——合理收益率,明确了合理收益率的考核模式,并对确定的考核模式,给出了测算合理收益率区间上限和下限的具体方法。最后,运用提出的测算方法,借助于经营性高速公路项目进行了实证分析。根据研究结果,建议经营性高速公路项目的合理收益率上限值取10.0%,下限值取相应年份的无风险收益率。测算结果为经营性高速公路项目的投资及行业收益监管提供了参考依据。
为实现城区交通尾气污染状况的可视化描述、分析和评价,设计开发了一个机动车尾气污染分析系统。系统将机动车尾气排放模型、扩散模型与WebGIS结合在一起,采用200 m×200 m的分辨率对城市中机动车尾气排放所造成的污染分布状况进行模拟分析,结果以GIS图层方式显示出来,从而直观地反映出城市交通污染状况和气象、地理、交通等因素的关系。将模拟计算结果和实测数据进行比较,两者具有较高的相关度,显示出系统具有较强的操作性,可以为城市交通尾气污染的预测及控制提供较好的技术支持。
