为研究基层与面层间结合状态的失效对沥青路面内部结构应力响应和路面结构使用寿命产生的不利影响,采用BISAR3.0计算软件对不同基-面层间结合状态下沥青路面基-面层间的正应力、剪应力和相对位移突变进行分析。结果表明,基-面层间结合状态的缺失将直接导致层底拉应力和基-面间最大剪应力的大幅突变,且极有可能引起层间相对累积滑移;基-面层间不同计算点位处应力突变对层间接触状态的敏感程度有所差异,其中越靠近车轮作用中心位置,层间结合状态对应力突变的影响越大;层间滑移随着粘结作用的不断失效而增长,且其失效程度越高,相应其滑移累积越快,当层间结合状态简化柔量系数ALK>18时,基-面层间相对位移出现迅速增长。
通过建立沥青混合料的三维随机格形模型,加载适当载荷和边界条件求解后,采用体积平均法得出混合料等效弹性性质。大量重复随机投放过程可获得沥青混合料等效弹性参量的分布,卡方检验结果表明:等效弹性模量服从正态分布,期望值处于Paul上下限之间,并且接近上限值。同时,由于骨料分布的随机性,沥青混合料不同方向等效泊松比的期望值和标准差存在很小的差异,体现出很弱的各向异性性质。随着骨料体积分数的增加,沥青混合料等效弹性模量的期望值增大,而标准差减小。骨料和沥青砂的弹性模量越接近,等效弹性模量的的标准差越小。沥青砂弹性模量的变化对沥青混合料等效弹性模量的影响最大。
通过对应力吸收层沥青混合料低温抗裂、高温车辙、水稳定性能及抗疲劳性能的试验研究,表明其具有良好的路用性能。低温弯曲试验表明,应力吸收层在-10℃低温的最大弯拉应变和抗弯拉强度在4000~6000με和12~14MPa之间,满足应力吸收层抗反射裂缝需要的变形和强度要求。浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验表明,应力吸收层混合料的水稳性能良好。UTM-25试验表明,含应力吸收层的复合沥青加铺层路面具有优异的抗疲劳性能。Hamburg车辙试验表明,应力吸收层没有降低沥青加铺层路面结构的整体抗车辙能力。
针对车-路系统以及车-路耦合作用的特点,运用ADAMS动力学仿真软件,建立了某重型车的多自由度仿真模型,并利用ADAMS对模型进行了仿真计算,分析了车辆以不同载重量、不同速度行驶于不同等级路面时,车辆对路面的动载荷作用。结果表明:车-路耦合产生的动载作用受路面工况的影响较大,随着路面等级的降低,车辆对路面的动载荷有着显著的增大;在车辆正常行驶速度范围内,车辆对路面的动载荷也随着车速的增加而增大;而在相同条件下,满载车辆较空载车辆对路面的动载荷要大很多,即满载对路面的破坏作用更为显著。
为研究重型运输车辆对路面作用的动荷载,建立车辆动力学模型,模型中将簧上质量处理为空载簧上质量与装载质量,将轮胎刚度表示为轴重和胎压的函数。研究了轴重和胎压对车辆动荷载的影响。结果发现,车轮动荷载随着轴重和胎压的增加而增加;动载系数随着胎压的增加而增加,但随着轴重的增加而减小;胎压越高,车轮动载随轴重增加速度越快;仅仅采用轴重不足以评价重载高压车辆对路面的破坏作用,在治理超载的同时也应进一步治理超压;空载车辆对路面的冲击作用较大,不能忽视空载车辆对路面的破坏作用;实际高速运行车辆对路面施加较大的附加动荷载,现有《公路沥青路面设计规范》没有考虑附加动荷载是引起路面结构发生早期破坏的原因之一。
通过研究固定水泥剂量时,养生龄期、粉煤灰掺量等因素对于水泥粉煤灰稳定碎石的无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量等力学参数的影响规律以及各种力学参数之间的相互关系,对该类材料的力学参数体系进行了系统、全面的探讨,并结合其强度形成机理进行了合理的分析与解释。据此,提出了水泥粉煤灰稳定碎石的参考设计龄期以及该龄期不同评价指标的最佳粉煤灰掺量。结果表明,随着养生龄期的增长,材料的压折比逐渐降低,弹强比逐渐提高;随着粉煤灰掺量的提高,材料的压折比和弹强比均逐渐降低。
为了研究粘性包边土层与砂填料所共同构成的填砂路基边坡的稳定性,分析了填砂路基的破坏模式与破坏机理,并通过模型试验的结果得到了滑动面位置。根据所得的滑动面位置对填砂路基边坡稳定计算公式进行了推导,确定了稳定性系数的分析计算公式。研究表明:包边土可以使填砂路基边坡浅层滑动面向路基填料内部转移;在地基条件较好的情况下,被动土楔的滑动面为包边土内部过坡脚的一条斜线;主动土楔的滑动面位于填料内部的一条斜线,与被动土楔的滑动面构成折线滑动面;设计中应尽量选用抗剪强度较高的改良粘性土作为包边材料,同时应重视包边土的压实质量。
对流换热是多年冻土地区路基对外热交换的重要形式。利用自行开发的热风环境试验机,考虑不同路面材料类型、风速变化、温度梯度3个因素,对影响冻土路基温度场的对流换热状况进行室内模拟试验研究。研究表明:风速、温度梯度、路面材料类型3个因素对于对流换热系数有着交互影响,随着风速与温度梯度的增加,对流换热系数呈上升趋势。沥青路面材料的对流换热系数较水泥路面材料稍大。研究中给出了不同状况下对流换热系数的回归公式,并分别给出青藏高原地区沥青混凝土路面及水泥混凝土路面对流换热系数的推荐值。
以某路堑边坡为例,采用有限元极限分析方法,分别对无支挡、填土压坡支挡及条石挡墙支挡条件下边坡稳定性及坡体变形情况进行模拟分析,从工作机理上验证了填土加固技术——以土固土的柔性支护技术对地质条件较差、坡高不大的路堑边坡的适应性,并将其应用于实际工程。实践表明,与传统刚性支护(条石抗滑挡墙)加固方案比较,采用以土固土柔性支护方案不仅能极大提高路堑边坡的稳定安全系数,减少坡体的水平位移以及更好适应坡体变形,克服传统刚性支护容易造成的结构开裂、坡体变形过大等问题。
通过对钢管混凝土拱桥材料非线性分析方法的比较和总结,结合工程实例,采用纤维单元模型着重探讨了材料非线性对拱桥施工稳定性的影响。并对缆风在施工过程中对拱肋稳定性的有利效应、缆风设置等问题作了定量分析。结果表明,稳定安全系数不能拘泥于传统的定义和取值,应结合失稳形态并以实际荷载作用下结构的效应来计算;材料非线性对大跨度钢管混凝土拱桥稳定性的影响更为显著,有时达50%以上;缆风能显著提高拱肋稳定性,其合理布置方式应在拱腰和拱顶位置附近。缆风初张力对提高拱肋稳定性效果不明显。
为研究上承式大跨度钢管混凝土拱桥的地震反应性能,以大型有限元计算软件ANSYS为平台,分别以纵向+竖向和横向+竖向迁安波与EI Centro波作为输入地震波,对跨径为430 m的上承式钢管混凝土拱桥——支井河特大桥进行了地震反应分析。研究结果表明:前10阶振动以侧向振动为主,表明桥纵向刚度远大于侧向刚度;拱肋抗震设计最危险截面是拱脚截面,地震反应内力最大;横向+竖向地震动输入时拱肋轴力及弯矩略大于纵向+竖向地震动输入时,相差幅度不大,但横向+竖向地震动输入时弯矩My远大于纵向+竖向地震动输入;在横向+竖向地震动输入下最危险截面——拱脚处的地震反应轴力内侧拱肋大于外侧拱肋。
结合广西桂柳高速公路五里大桥的加固实践,总结出横向联系较弱和拱肋箱壁薄是混凝土箱肋式拱桥上部结构产生病害的主要原因。通过在拱上立柱间增设横向钢斜撑,加强拱肋和拱上建筑的横向联系,提高结构的整体受力性能;同时,采用粘贴钢板法来提高拱肋和拱上建筑等混凝土构件的抗弯或抗剪承载力。空间有限元分析和理论计算表明,加固后关键截面的弯矩值降幅在10%以上;粘贴钢板对构件承载力有大幅提高。从加固前后的荷载试验结果来看,加固后结构在竖向刚度、横向分布、基频和冲击系数等方面得到较大的改善,表明本加固方法能大幅提高箱肋式拱桥的受力性能和横向整体性能。
为了保障桥梁协同设计群体间的数据交流,基于现有的关系数据库,引入代理技术,提出了一种基于代理的异构数据库系统集成模型。研究了桥梁异构数据库中的数据表达模型、全局代理与局部代理设计方法。提出了SQL运算与SQL定性扩展语句,完成了对传统关系数据库中SQL语句的扩展,实现了全局代理中的语言解析;应用基于角色控制策略实现了桥梁协同设计环境下的用户管理;提出了包含知识匹配、几何推理、公式推理和约减推理在内的自动推理策略,并以大跨度桥梁抗震设计性能目标为例,对自动推理中约减推理模块的实现过程进行了模拟。结果表明,提出的异构数据库集成模型应用于桥梁协同设计时能够有效的实现群体间的数据交换,并且能够保证数据传输的结果可靠性。
归纳国内外已建和在建的桁架加劲悬索桥的一般情况,论述了加劲梁的受力特点,分析了主桁、横联、水平联和桥面的各可选型式的特点,根据统计数据得到了若干设计参数的经验取用规则。分析研究表明,在大跨度悬索桥中,抗扭能力是桥面结构最主要的加劲要求;加劲桁梁的高跨比与桥面设计风速的平方存在线性回归关系,因此可以由跨径和风速参数来初步拟定桁高;桥面设置一定透空是桁式加劲梁增进气动稳定性的有效和简便手段;上下平联采用K形撑比X形撑获得的扭转刚度要小,但K形撑不参与主桁竖弯,受力状态相对简单。对比混凝土桥面、钢桥面和合成型钢桥面3种方案的技术经济特点,合成钢桥面有助于提高加劲梁扭转性能和结构轻型化。
根据工程实际需要,提出横向分段施工预应力混凝土斜箱梁结构的施工方式,并对此施工方式的箱梁桥和整体浇筑的箱梁桥进行模型试验研究与有限元计算。通过各种工况的试验加载,及对实测得到的试验数据(挠度和应变)数理统计、图表分析比较和相应的有限元分析,定量比较了两者的受力性能差异,即混凝土开裂前,横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的挠度比整体浇筑斜箱梁的挠度约大5.3%,纵向应变比整体浇筑斜箱梁的纵向应变大13.5%,湿接缝的纵向应变是整体浇筑施工斜箱梁的纵向应变的59%。横向分段施工预应力混凝土斜箱梁截面上存在着预应力的应力重分布,此重分布应力对湿接缝的混凝土受拉变形产生了抑制作用,且现有的有限元通用程序尚无法计算此应力重分布值的大小。
从Mander等人给出的约束混凝土应力——应变本构关系出发,根据实际应用情况进行适当地简化、推导,得出了矩形、圆形截面桥墩力学配箍率与桥墩轴压比、塑性铰的曲率延性系数及构件截面等因素的关系表达式,即变形能力公式。将该公式与25组试验数据、已有的相关研究成果及规范进行对比,证明了该公式的正确性及应用该公式得到的横向配筋水平。为方便应用,将桥墩的变形能力公式进行变换,得到了力学配箍率与桥墩的顶点位移延性系数、破损指标等因素的关系表达式,在此基础上,提出了基于性能的钢筋混凝土桥墩的设计方法,并给出应用该方法的工程实例分析过程,其结果在平均意义上与非线性时程分析结果吻合较好,进一步验证了公式的合理性。
以营口辽河公路大桥为背景,研究斜拉桥施工阶段及成桥状态的稳定性能。对成桥状态、最大双悬臂状态、最大单悬臂状态(考虑配重)、最大单悬臂状态(不考虑配重)的全飘体系、半飘体系稳定特征值及主塔施工状态全飘体系稳定特征值分别进行了研究。采用空间杆系模型、ANSYS程序进行特征值屈曲计算。得出了成桥状态全飘体系、半飘体系的稳定系数分别为3.23、17.6;最大双悬臂状态全飘体系、半飘体系的稳定系数分别为4.45、8.04;最大单悬臂状态全飘体系、半飘体系的稳定系数分别为2.76(不考虑配重时3.11)、13.19(不考虑配重时16.27);主塔稳定系数为11.42。
对不确定需求条件下交通网络平衡问题的分析方法进行了研究。针对不同的需求情形,分别提出了求解交通平衡模型的基于需求点逼近的点估计法和基于模型的表达式分析法。首先给出了点估计法求解交通网络平衡问题的过程,研究了点估计法的局限性;然后,提出了求解交通网络平衡模型的表达式分析法,即从模型表达式出发,在需求分布为已知的条件下计算模型的解,包括模拟法、公式推导法和情形概率法,并以用户平衡模型求解为例,分别研究了各种方法具体的适用范围和求解过程。最后通过实例,对各种分析方法进行了对比分析。
为了提高视频交通检测交通流参数提取的精度,研究了视频交通检测技术中的阈值分割算法;文中使用分形维数法、双峰法、迭代法和大津法研究了获取图像的阈值分割方法使得车辆和背景分离。结果表明,分形维数法处理时间较长;迭代法编写程序较复杂,且运算时间长;由于双峰法对满足一定要求的图像处理效果较好,而试验证明双峰法不适用与车辆视频图像处理。大津法分割后得到的二值图像中仍然存在车辆内部存在黑色像素点的问题,但其效果图中车辆与背景的分离情况较好。所以课题中选取大津法作为视频车辆检测中阈值分割的最终处理算法。
研究基于对VISSIM仿真模型参数系统地校核与标定,遵循动态空间理念,凭借仿真演示分析了各类车辆对交通流的影响程度,提取VISSIM仿真MOEs数据库中的车辆记录资料,应用车头时距法对当量系数进行了统计分析。研究表明,各种车型的当量系数与运行条件如车道数、限制速度、交通流量等存在一定的相关性,是车辆性能、道路条件、交通组成、交通管制措施和超车选择行为、超车机会等方面的协同作用的集中体现,其值的确定原则上不具有普适性,应该基于特定条件下进行针对性分析,以期科学合理地确定拟建道路的建设规模与道路等级。
针对目前多传感器数据融合算法存在的问题,提出了一种基于冗余信息的多传感器数据融合算法。此算法利用分布式融合结构的优点和强跟踪滤波对于机动目标获得局部状态估计值,通过提取各局部状态估计之间存在的冗余信息建立局部状态估计间的相互支持度,从而实现对其权系数动态的合理分配;通过理论分析和Monte-Carlo仿真表明,本文提出的算法得到的融合估计效果明显地优于利用单传感器测量数据得到的滤波估计结果,算法受外界随机干扰的影响较小,也证明了用分布式融合结构和强跟踪滤波对机动目标的局部状态估计值可信度高,基于冗余信息的多传感器数据融合算法具有较好的鲁棒性。
研究基于计算机视觉的视线估计方法,对驾驶员视线估计的暨有研究成果加以回顾与评述,并对可能的发展趋势进行分析。主要针对3类基于计算机视觉的方法展开论述:基于PCCR(Pupil Center Corneal Reflection)技术的视线估计方法;基于AAM模型(Active Appearance Model)的视线估计方法;基于统计模式识别的视线估计方法。总体上讲各种技术都是基于图像传感器的,很难突破图像传感器特有的鲁棒性不强、难以适应全天候工作要求的缺点,但各种技术有着各自的特点,因此也很难用统一的标准去衡量各种监测技术的优劣。本文给出了几种有代表性系统的性能比较。
在总结国内外现有研究成果和工程经验的基础上,对公路交通安全性改进中涉及的核心技术进行了研究,包括安全问题的诊断程序、安全改进方案的经济效益分析以及安全改进地点和改进方案的选择。结果表明:采用双变量区间过滤法可以方便、快捷地找出安全改进地点;我国事故成本由伤亡成本、车辆损失、路产损失、社会机构损失、交通延误损失等5部分构成,并采用数理统计的方法得到了2006年度平均事故成本为272305元;采用0-1整数规划可以在改善资金受约束的条件下选择经济效益最大化的安全改进地点和改进方案。文章最后给出了应用示例。
依据纳米TiO2光催化降解特性,进行纳米TiO2最佳添加量和表面活性剂使用量的优化配比试验,并利用喷涂负载技术,研制了水泥混凝土纳米TiO2光催化环保材料,从而净化机动车排放污染物。通过自行开发设计的室内模拟自动检测系统试验,得出纳米TiO2最佳添加量为5%,表面活性剂最佳使用量为3%的优化配比方案;同时证明了采用渗透负载技术制备的水泥混凝土纳米TiO2光催化环保材料在2 mm磨损范围内,仍具有良好净化效果。在此理论研究基础上,进行了实际公路环境应用,并通过TiO2喷涂区与非喷涂区对比测试试验验证,结果表明该环保材料的有效净化范围在6%~12%。
