由于锚拉抗滑桩作为一种新型抗滑支挡结构,还没有一种规范的方法对其内力设计计算方法进行说明,于是基于双参数法和加权残值法原理,引入B样条函数作为试函数,提出了一种计算锚索抗滑桩全桩内力的新方法。该方法将锚拉力作用于桩顶,考虑各种桩底支承条件,针对受荷段和锚固段控制微分方程的不同,采用子域最小二乘配点加权残值法,得到了全桩内力计算的普遍计算程式,并编制了相应计算程序。同时此法可对全桩进行整体分析,无需对抗滑桩分滑动面上下两部分分别进行计算,也可考虑桩顶位移与锚索水平位移相协调。将本方法应用于2个工程实例的分析,并与传统的查表法和有限差分法进行比较,分析计算表明该法只需划分极为稀疏的网格就可达到很高的计算精度,而且计算所费时间极短,可大大提高计算效率。
为使锚索框格梁内力计算方法更通用,能适应不同类型框架形式,基于Winkler弹性地基模型,用有限差分法方法推导了单根有限长梁内力计算公式,以此为基础提出了框格梁内力整体求解的计算方法,即根据框格梁锚索作用位置力的平衡和变形协调条件求解锚索力在横梁和竖梁上的分配,并根据分配结果分别计算每根梁的内力。单根梁计算实例证明,有限差分法是一种较精确的数值计算方法。整体求解计算实例及现场试验结果表明:整体求解方法不受结构对称性及锚索力个数的限制,更适用于一般情况;计算结果与现场试验结果吻合较好,Winkler弹性地基模型用于计算锚索框格梁内力是合适的;锚索位置弯矩计算结果偏于安全可进行适当修正,同时此处应增加构造措施保证局部承载能力。
为了将实测得到的国际平整度指数IRI值引入到路面不平度模拟中,从而在车-路或车-桥相互作用的耦合体系中更准确地模拟由路面不平度引起的车辆动荷载,提出了一种通过实测IRI值得到该段路路面不平度的方法。由IRI的计算方法入手,通过建立1/4车模型来分析路面不平度的输入和车辆、地面的振动响应,并通过路面不平度标准差与IRI的关系等式作为中介,将IRI引入到路面不平度的模拟中,采用周期图表法,利用功率谱密度函数和傅立叶逆变换,进一步模拟出路面不平度。最后进行了实例模拟,通过程序分析,验证了该方法的有效性。
针对氯盐融雪造成的水泥混凝土路面腐蚀破坏的现象,分别从氯盐对混凝土的盐冻损伤及对钢筋的腐蚀破坏2个方面予以研究,揭示了氯盐融雪对水泥混凝土路面破坏机理,依此为据,对传统的氯盐对混凝土路面破坏评价模型从混凝土掺和料的劣化性、氯离子扩散的时间依赖性及氯离子对混凝土的应力影响因素等3方面予以了优化,得出了优化评价模型,即优化的Fick第2定律。在确定相应的临界指标基础上,提出了基于可靠度分析的极限状态评价模型。研究表明,极限状态评价模型能更好地反映氯盐对混凝土的腐蚀破坏随时间和空间变化的动态规律,在临界指标确定后,利用氯盐某时在混凝土某深度下的浓度,可较准确评价氯盐对水泥混凝土路面的腐蚀破坏。
针对目前钢桥面铺装面层沥青混合料容易产生疲劳开裂的问题,根据沥青混合料粘弹原理中的累积耗散能和滞后环线理论,提出通过降低沥青混合料每次滞后环线的损失能量从而提高沥青混合料疲劳寿命的观点。根据此原理开发了高弹改性沥青,对高弹改性沥青的高低温性能以及疲劳性能进行了试验验证,高弹改性沥青混合料的低温变形能力有很大的提高,-10℃低温大梁弯拉应变大于10000μ,ε4点弯曲小梁疲劳寿命比普通改性沥青混合料的疲劳寿命有了很大的提高,1 000με的疲劳寿命达到190万次,是普通混合料的疲劳寿命的20倍左右。
针对半刚性材料作为长寿命沥青路面基层使用问题,通过拟定典型路面,采用BISAR3.0计算了不同沥青层厚度下半刚性基层沥青路面的承载能力和疲劳寿命,分析了沥青层加厚对半刚性基层的基层应力和半刚性材料干缩、温缩的影响,研究了半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性。结果表明:相同荷载作用下,沥青层厚度增加,半刚性基层层顶压应力和层底拉应力明显减小,基层疲劳寿命大幅提高;半刚性基层受温度、水等外界因素影响明显减弱,半刚性基层的开裂、冲刷和路面反射裂缝等问题得以有效控制。
高速公路桥头搭板脱空病害影响汽车行驶安全,利用地质雷达探测数据,如何提取此类病害信息,是探测研究的关键。采用常规的反射能量的观点来解释脱空病害存在一定难度,而ARMA谱对弱小信号的频谱变化具有较高敏感性,根据雷达波信号穿过脱空区域产生的谱变化和具有时间局部性特征,提出ARMA谱密度期望值的观点和相应的短时窗滚动谱算法,通过对脱空区模型进行数字模拟计算,给出了短时窗口关键参数的选取和脱空区谱密度期望值的响应特征。利用雷达波短时窗谱密度期望值响应参数的变化在许禹高速公路桥梁搭板脱空探测中得到了应用,验证了技术方法的可行性。
以某黄河大桥主桥(70 m+11×120 m+70 m波形钢腹板PC组合多跨连续箱梁桥)为背景,按合龙、张拉体外预应力钢束、施加二期恒载、施加活载等施工及营运流程,进行波形钢腹板预应力混凝土组合桥梁的上部结构顶底板混凝土应力、波形钢腹板应力及结构刚度(挠度)的有限元静力分析,验算其是否符合现行规范要求。结果表明,波形钢腹板的钢板厚度可以满足要求;墩顶处顶板不满足抗裂要求。正常使用极限状态下箱梁波形钢腹板竖向剪应力满足规范限值,但安全系数不高;波形钢腹板屈曲验算得到的剪切屈服强度为31 MPa,安全系数很大。
采用理论建模和ANSYS有限元预应力索结构模态分析的研究方法,对大跨径悬索桥无抗风缆猫道动力特性进行了研究,理论推导了无抗风缆猫道1阶竖向、侧向和扭转振动频率公式,数值分析了桥塔、矢跨比、横向天桥、材料性能及联结索等参数对猫道振动特性的影响。结果表明:桥塔对猫道自振频率影响很小;猫道的振动频率随着矢跨比的增加而呈减小的趋势;横向天桥的位置和个数对猫道低阶频率影响很小,对高阶频率有一定影响;平行索对猫道频率几乎无影响,交叉索对猫道低频影响很小,对扭转频率有一定提高;CFRP与钢承重绳猫道的自振频率差别不大,却能大大降低对卷扬机等施工机具的要求。
针对钢桁加劲梁悬索桥中的耳板节点存在应力集中,疲劳性能不明确的问题,对贵州坝陵河大桥钢桁加劲梁耳板节点进行足尺比例的疲劳模型试验。参考BS5400及AASHTO设计规范中疲劳设计的有关规定,考虑未来交通量的发展,计算得到耳板节点对应于200万次循环加载的内力幅。采用MTS全自动液压伺服疲劳试验机进行加载试验,研究了钢桁加劲梁耳板节点应力分布特点及关键构造细节的抗疲劳性能。研究结果表明,该结构部分区域存在一定程度的应力集中,在设计疲劳荷载幅作用下,关键构造细节应力幅水平不高,经循环加载疲劳试验结构关键部位未发现疲劳裂纹,耳板节点的抗疲劳性能满足设计要求,并具有一定的安全储备。
面向健康诊断,设计制作了悬索桥结构整体试验模型。利用该模型,对悬索桥进行了加劲梁、主缆、吊索等基本构件的损伤状态模型试验研究。分析了损伤状态下,加劲梁挠度与应变、主缆应变、吊索应变、固有频率的变化规律。悬索桥结构各种响应对加劲梁损伤的敏感性很低,对加劲梁损伤位置的相关性也不明显。主缆损伤引起的悬索桥结构静动态响应变化最为明显,并且响应的变化对损伤位置和损伤程度都呈现良好的相关性。吊索损伤导致的悬索桥结构响应变化对损伤位置和损伤程度亦呈现良好的相关性,但导致的加劲梁挠度和应变变化幅度很小。
连梁装置是在超出预期强度的大地震发生时,防止落梁发生的最终安全装置。结合我国公路桥梁设计和地震区划分布的特点,提出适合我国抗震设计思想的连梁装置设计方法。首先根据连梁装置的设计目的和我国新的公路桥梁抗震设计规范思想,引入桥梁重要性分类、地震动参数和桥梁地震荷载重要性系数等。根据地震荷载的冲击特性,考虑矩形脉冲的反应谱特性,最大动力放大系数取为2.0,提出了连梁装置的设计方法和设计荷载系数。最后对连梁装置的构造和设计过程进行了介绍。该设计思想和方法适合我国地震分布差异较大的特点,与我国现行公路桥梁抗震设计规范的思想一致。
提出使用倒退分析法得到每根钢绞线的初张力。通过分析各次钢绞线张拉后及张拉前的状态,推导出各阶段拉索应力的相互关系,可以由最后一个阶段的拉索应力逐步计算出每根钢绞线的初张力。通过使用该方法对金婺大桥单根换索过程的模拟表明:在拆索的过程中剩余钢绞线的拉力是增大的;在张拉的过程中,已有钢绞线的拉力是减小的。通过使用倒退分析法得到的钢绞线初张力进行换索,可得到均匀的、闭合的索力,即换索前后,结构的状态没有发生变化。利用倒退分析法,不仅可以计算新建桥梁拉索中每根钢绞线的初张力,还可以确定旧桥换索过程中每根钢绞线的张拉力。
基于能量变分法原理推导了波形钢腹板组合箱梁在集中荷载和均布荷载作用下的剪力滞效应计算公式,讨论了波高区混凝土的合理计算宽度取值问题;制作了2根模型梁、并进行了在集中荷载和均布荷载作用下的加载试验,通过实测箱梁翼板的纵向应力分布来研究这种组合结构在外荷载作用下的剪力滞效应的变化规律;在此基础上利用空间有限元分析程序进行了数值分析。结果表明:剪力滞系数的理论值、模型实测值以及空间有限元计算值吻合良好,波高区混凝土按1倍波高进行取值计算时结果偏于安全;集中荷载相对于均布荷载而言,其剪力滞系数较大;结果证明了本文公式可用于波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应计算。
考虑行波效应和空间相干效应,利用随机振动的基本理论和分析方法建立了桥梁结构计算模型。对某一曲线高架桥分别进行了地震波单向输入时的一致和非一致地震随机反应分析,分析了不同视波速下的行波效应和不同空间相干程度对曲线桥结构反应量的影响规律。分析结果表明,在随机地震作用下,当考虑行波效应且视波速较小时,曲线桥在地震作用方向的墩顶位移、墩底内力变化较大,且随着视波速减小其反应增加的幅值越大;考虑空间相干效应时,在地震作用方向结构的反应却是减小的,随着相干程度的减弱,其减幅值增加,在完全不相干作用下,其减幅值最大,在30%至60%之间,即使在强相干作用下其值也不可忽略。
以营口辽河公路大桥为背景,对斜拉桥的抗震性能进行研究。从斜拉桥的抗震分析方法和动力分析模型入手,研究斜拉桥的结构动力特性,用斜拉桥地震响应的反应谱法和时程积分法分析计算。动力特性分析结果表明初始索力和重力对结构的动力特性的计算结果影响很小。对于大跨度斜拉桥至少取前30个振型进行反应谱分析才合理。在3个方向的地震作用下,采用反应谱法计算,斜拉索的地震力较小,静内力加动内力均小于索的设计值,索始终保持弹性工作,且无松弛现象。以全飘体系顺桥向+竖向输入地震波进行时程分析,计算出塔根部支座反力、辅助墩及边墩支座反力、节点位移最值、拉索单元轴力最大值,并绘出顺桥向和竖向EL-centro地震波时间历程曲线图。
沪蓉西高速公路分岔连拱隧道中墙结构的稳定性及合理宽度确定是设计施工中的首要问题。针对连拱隧道设计采用的整体式直中墙和复合式曲中墙2种结构,建立了不同的三维数值模型,采用三维弹塑性损伤有限元分别进行了研究。分析了不同埋深、不同中墙宽度情况下连拱隧道的稳定性及中墙变形受力情况、损伤区和屈服区分布。研究表明2种中墙内的损伤区和塑性区主要分布在中墙上部和底部,并随埋深增大和中墙宽度减小而增大,该部位是薄弱部位,应重点加固,相同条件下直中墙的受力和稳定性比曲中墙好,设计中应该优先选用直中墙。最后建立了中墙完好宽度与埋深和中墙宽度的多元线性回归预测模型,该模型可以根据埋深和中墙宽度预测中墙的完好宽度,从而确定中墙合理宽度。
在回顾分析一般公路网合理发展规模确定方法的基础上,对影响收费公路合理规模的3个要素的地位和作用进行了分析,提出了收费公路合理规模确定的原则。结合收费公路的特点,从收费公路规划决策者和用户的角度,建立基于双层规划的收费公路合理规模优化模型。其中上层模型是从收费公路规划决策者的角度出发,优化收费公路规模,使得收费公路总效益最大化;而下层从用户的角度出发,采用随机用户平衡模型来描述用户的出行规律,合理安排出行者的出行路线。采用遗传-模拟退火算法混合优化策略对该模型进行求解,提出求解思路和步骤。并结合河南省收费公路合理规模确定实例,对模型科学性进行了验证。
针对目前国内城市道路平面交叉口设计的理论及应用问题,基于质量控制理论、"交叉口时空一体化设计"和"以人为本"的设计方法提出了交叉口设计过程的质量控制模型;分析了交叉口4个不同设计阶段的校验指标;建立了交叉口设计过程的6个强约束校验指标及其计算模型,包括:多股车流冲突通行能力校验、左右转车道校验、行人等待时间校验、短车道校验、考虑行人、非机动车通行时间及机动车消散时间的机动车通行空间校验以及最小绿灯时间校验。杭州市某典型交叉口改善设计表明该模型可显著提高平面交叉口设计的效率和效果。
基于对南京火车站车道边出租车流、社会车流的调查,通过分析车道边交通流特性,运用交通流理论建立一定条件下的车道边通行能力计算方法。提出了车道边基本通行能力的定义,分析调查数据获得车辆落客时间的统计分布规律,运用可接受间隙理论计算车辆汇入等待时间,完成对车辆占用停车位时间的调整;接着考虑停车及入口选择行为的影响,对车道边通行能力计算公式进行修正,并将其应用于郑州市综合客运交通枢纽车道边的规划设计。结果表明,当枢纽车道边到达车流服从泊松分布时,方法能够有效定量的计算综合客运枢纽车道边的通行能力。
提出了利用超级电容作为储能元件实现电动汽车再生制动的能量回收方案,针对TI公司生产的TMSLF24-0XDSP,应用脉宽调制PWM控制技术,设计了电动汽车超级电容再生制动系统控制器。介绍了电动汽车再生制动控制器的数字信号处理器DSP及其外围电路、故障信号处理电路、输出隔离电路与滤波电路,以及用C语言编写的各工作模块。调试试验结果表明,当负载突变和充电电流突变时,模糊PID控制策略的再生制动控制器在响应快速性、鲁棒性和自适应性方面效果良好,从而验证了系统的软硬件设计能够很好地回收电动汽车再生制动能量。由于软硬件采用了模块化设计,通用性好、灵活性强,可作为开发平台,应用于多种控制器的设计。
为了满足近年来物流运输业快速发展的需要,促进物流中转运输网络的合理化建设,研究了枢纽型物流中心的功能和选址原则,详细分析了影响枢纽型物流中心选址的各种因素,提出了基于结点带权的欧氏Steiner最优树的枢纽型物流中心选址方案。针对该方案设计了相应的智能优化算法,并进行了具体的程序实现。借助该方案不仅可以使总的运输成本最小,而且能够在无需事先确定备选点的数量和位置的情况下实现同时确定枢纽型物流中心的数量及位置的目标。最后以长三角地区枢纽型物流中心的建设问题为背景,对各种数据进行了仔细的分析比较,从中确定若干区域作为物流服务需求点集,并将各种因素的综合效用作为物流需求点的权值,对上述算法进行了有效性验证。
根据高速公路收费站区实际环境,考察来流风向与风速、车流量、建筑物等因素对机动车排放污染物扩散的影响,建立高速公路收费站区污染物扩散的CFD仿真模型,进行三维流场的数值模拟,运用风向频率加权模型,比较模拟结果与实地采样分析数据,预测探讨高速公路收费站区空气流场和污染物迁移扩散特征。结果表明,数值模拟结果和实测数据符合较好,显示两者具有良好相关性;受收费站布局和大气边界层的影响,在建筑物背风面形成气流漩涡,污染物难以扩散形成局部高浓度污染,在环境温度25℃,风速1.9 m.s-1,小时车流量为465 veh.h-1,NOx的浓度达到0.232 mg.m-3;污染物扩散特征主要受环境建筑、气象条件及车流量的影响,在1.5~2 m高度范围污染物呈现较高的浓度。
