对沥青混合料的抗车辙性能进行优化设计,设定骨架密实和设计8%空隙率2个优化条件,据此提出新型矿料级配设计方法——分级掺配法。矿料成型采用改进的干捣实方法,根据集料分界点分2步逐级掺配集料,粗集料部分每级集料掺配比例依据骨架判断公式和高斯拟合结果得出,细集料部分每级掺配比例依据高斯拟合结果得出,进而确定粗细集料各自总的质量百分率,由此得到一条骨架密实型级配曲线,并进一步按照优化条件确定油石比。用成型试件对混合料沥青膜厚度、矿料间隙率、空隙率、动稳定度等各项性能指标进行验证,结果表明沥青混合料抗车辙性能较好,功能化设计方法能有效地改善沥青混合料的性能。
为了对长期交通荷载作用下粉砂土路基累积不均匀沉降变形进行有效预测,必须合理描述其在不同应力及密实度状态下的变形规律。利用GDS动三轴仪,考虑不同初始密实度、不同初始围压及不同动应力水平,进行了一系列循环加载的三轴试验研究。动三轴试验表明,动应力水平越高、初始密实度越小、初始围压越低,则塑性应变增长率越高,但随着加载次数的增多,增长速率逐渐减缓。同时,粉砂土累积变形符合幂函数变化规律,在已有经验公式的基础上进行了改进,提出了粉砂土路基不均匀变形的预测公式及相应计算方法,可较好的反映上述4种因素的影响。
首先基于合理的渗水理论选用了适宜的新型渗水仪器,并与现规范仪器进行了性能对比,验证了新型渗水仪试验结果的适用性;然后使用该渗水仪对不同级配类型沥青混合料的渗水特性进行了综合分析,同时对各种沥青混合料的渗水数据做了统计处理,以此为基础并参考国内外技术标准提出了沥青混合料的统一临界渗水系数;最后通过临界渗水系数与渗水曲线确定了不同沥青混合料满足渗水要求的临界空隙率,并以此为基础提出了AC类沥青混合料的空隙率标准。研究结果表明:通过渗水系数和空隙率的双重指标控制可以减少路面结构内部的水分蓄积,降低水损坏的发生概率,改善沥青路面的使用性能。
为了研究半刚性基层、沥青稳定碎石柔性基层、级配碎石柔性基层和应力吸收夹层在减缓高寒地区沥青路面的半刚性材料层反射裂缝方面的不同效果,采用断裂力学理论和有限元技术,对半刚性材料层已有裂缝的4种路面结构进行了在车辆荷载和高寒地区的骤然降温综合作用下的热-力耦合分析。从应力强度因子和疲劳寿命两方面,开展了上述4种路面结构对反射裂缝在沥青面层中的扩展行为影响的对比研究。结果表明,在沥青混凝土路面的面层和半刚性材料层之间设置的柔性基层和应力吸收夹层可大幅度减缓反射裂缝的扩展速度,从而延长路面使用寿命,并按照沥青稳定碎石柔性基层、级配碎石柔性基层、应力吸收夹层、半刚性基层的顺序依次递减。
以湖南湘潭至衡阳高速公路西线加筋格宾挡墙为工程依托,通过大尺寸的拉拔试验,研究了钢丝直径分别为2.2 mm和2.7 mm的2种双绞合六边形金属格宾网与红砂岩的界面摩擦特性。试验改进了筋材的夹持方法,有效地限制了试件的横向变形和在拉拔过程中的颈缩效应。此外,利用Flac3D对本次试验进行了数值模拟。结果表明,2种格宾网的拉拔位移-剪应力曲线变化趋势大致相同;双绞合六边形格宾网的拉拔系数比土工膜和土工格栅要大,并且它们的抗拉强度高、延伸率低;数值模拟中,拉拔试验各项指标与模型试验差距甚微,相对误差均小于4.6%,提高了研究的可信度。
针对山西省运煤专线行驶的车辆轴重大、轮压高和多轴化的特点,采用弹性地基上多层结构模型,对试验路段素水泥混凝土(PCP)路面结构组合的荷载应力、温度应力进行了仔细的计算分析,给出了钢筋混凝土(JRCP)、连续配筋混凝土(CRCP)路面的配筋率,进而对试验路不同路面结构组合的疲劳寿命进行预估。结合近期试验路段路况调查结果,对试验段不同路面结构组合形式的适应性进行评价分析。分析表明,(1)增加水泥混凝土面层厚度,是保证运煤专线在车辆轴重大、轮压高和多轴化作用下具有较高疲劳寿命的首要选择;(2)采用连续配筋混凝土结构组合,存在裂缝间距不能控制在规范要求的范围内;(3)采用双层钢筋网的钢筋混凝土路面结构组合较素混凝土、连续配筋混凝土结构组合更有优势。
采用粘度试验、动态剪切试验和动态蠕变试验研究了聚酯纤维对沥青胶浆流变特性的影响,并分析了聚酯纤维的作用机理。试验结果表明:聚酯纤维掺入后能增大沥青胶浆的粘度,当纤维掺量超过0.5%时增粘效果明显;聚酯纤维沥青胶浆的复合剪切模量增大并且相位角降低,表明纤维发挥增强作用的同时,还能增加沥青胶浆的弹性性质;高温时聚酯纤维沥青胶浆的车辙因子明显高于基准样,并且在蠕变试验加载过程中产生的总应变和永久应变大幅度降低,表明聚酯纤维能有效改善沥青胶浆与混合料抗永久变形的能力。
为了评价改性乳化沥青-水泥就地冷再生混合料的性能,应用了就地冷再生混合料的配合比设计程序,包括原材料选择、级配设计和性能评价。专用于就地冷再生的改性乳化沥青采用了复配技术和改性剂SBR胶乳,新集料用于调整RAP级配,基于不同改性乳化沥青和水泥含量的性能试验,确定了最佳改性乳化沥青和水泥含量;同时,对通车1 a后的再生路面进行了跟踪观测,推荐了用作面层的乳化沥青就地冷再生混合料的性能评价标准。结果表明,改性乳化沥青-水泥就地冷再生混合料具有较好的强度性能、水稳定性和高温稳定性,实践表明就地冷再生是一种经济有效的养护方式,具有明显的经济效益和社会效益。
为了揭示刹车反复作用下沥青路面剪切动响应力学行为特征,应用ABAQUS建立了典型半刚性基层沥青路面三维计算模型,针对沥青路面剪切动响应控制性外部影响因素,以及单次及反复刹车作用下沥青路面剪应力与水平位移变化规律进行了数值模拟分析。计算结果表明:加速度和阻尼比对路面结构残余水平位移存在较大影响;刹车作用效应随着深度的增加而迅速衰减,路表呈现为波浪形的剪切推移变形特征;反复刹车导致沥青路表残余变形缓慢累积,作用次数达到106次后可形成波浪形车辙病害。
基于70 m整孔预制箱梁的结构、材料及海域环境特点,结合现场箱梁结构保护层厚度、氯离子初始浓度以及氯离子扩散系数等的实际检验检测结果,对混凝土保护层厚度、氯离子初始浓度、氯离子扩散系数、氯离子临界浓度以及结构表面氯离子浓度等各类耐久性影响因素的不确定性进行概率统计分析,确定其统计分布特征。通过MonteCarlo随机模拟,得出了70 m箱梁结构使用寿命的近似概率密度分布,通过假设检验,确定其服从对数正态分布,并给出在不同保证率情况下箱梁结构设计使用寿命的取值。
针对正交异性钢桥面板,设计了相应的典型焊接构造细节,并进行了疲劳试验研究。疲劳试验结果表明,(1)横肋受力比较复杂,在箱梁端部横隔板与纵肋焊接位置下端首先出现细微的疲劳裂纹;(2)纵肋与顶板焊缝连接处外侧顶板与纵肋的损伤发展较大,疲劳破坏的位置为面板与纵肋交汇处焊缝构造,且均发生在面板母材上,而内侧顶板则无明显的损伤。同时,基于残余应变模型,研究了正交异性钢桥面板损伤发展历程,并利用连续分段函数模型描述整个寿命过程中的损伤累积规律,与已有试验资料对比表明了该函数模型的正确性。
结合神经网络技术进行了斜拉桥损伤分步识别的系统性研究,提出了具体的斜拉桥损伤分步识别过程,给出了每一识别步骤中适当的损伤识别参数,可实现斜拉桥主要构件即拉索和主梁中损伤的有效识别。采用概率神经网络确定损伤构件的类型,采用径向基函数(RBF)网络实现损伤的定位定量分析。针对润扬大桥斜拉桥的损伤模拟分析表明:将测试数据进行平均计算可以大大降低噪声对于概率神经网络识别结果的影响;噪声水平对2个径向基函数网络的损伤位置和损伤程度的识别能力方面的影响较小。采用不同的神经网络分阶段实现大跨斜拉桥的损伤识别,不仅提高了损伤识别的效率和准确性,而且增强了损伤识别方法在实际结构中应用的可行性。
在尖劈和粗糙元大气边界层模拟技术的基础上增加了格栅挡板这一涡旋发生器,有效地提高了风洞上方的湍流强度,利用该组合边界层发生装置建立了边界层风场。测量了模拟风场的平均风速剖面,湍流强度剖面,风谱等参数,讨论了格栅挡板增加后风场平均风速剖面和湍流强度剖面的变化。三角形尖劈阻风面积沿高度递减产生近似线性的风速剖面,粗糙元调整平均风速和湍流度剖面分布,格栅挡板提高了风洞上方的湍流度。结果分析表明:试验所得风场满足模型试验所要求的小粗糙度和大湍流度的要求。然而,模拟风场的湍流功率谱和积分尺度的高度变化规律和实际大气边界层相反,这是由尖劈下宽上窄的构造特点所决定的。
从理论上对比分析了不同布索方式的优缺点,以某预应力混凝土连续箱梁桥为原型,通过数值计算对比分析了预应力损失对不同布索方式箱梁腹板主拉应力的影响。结果表明,在理论上取消下弯索,通过适当调整顶、底板索和竖向预应力筋来实现对腹板主拉应力控制是可行的;适当调整竖向预应力的大小,竖向+纵向布索方式混凝土强度提高系数优于下弯索布索方式;竖向预应力损失对竖向+纵向布索方式预应力混凝土箱梁腹板主拉应力的影响非常敏感,在实际工程中,竖向预应力损失50%后,竖向+纵向布索方式预应力混凝土箱梁腹板主应力的分布将劣于下弯索布索方式。
从耦合振动的角度出发,研究大跨径钢桥面铺装层在车辆随机动荷载作用下的响应机制。将汽车等效为2自由度5参数模型,考虑桥梁表面不平顺产生的随机激励,建立车-钢桥面铺装耦合振动分析模型。利用模态分析与时变系数常微分方程求解方法,分析钢桥面铺装在车辆随机动荷载作用下的动力响应分布规律。定义由铺装层竖向位移、拉应力和拉应变表示的动力放大系数,研究车速、桥面不平度、铺装层开裂损伤和粘结层滑移等对动力放大系数的影响。结果表明,路面不平度、粘结层滑移是影响动力放大系数的主要因素,在进行大跨径钢桥面铺装结构设计时可考虑动力放大系数为1.5。
针对低回缩预应力钢绞线体系应用于箱梁腹板的应力场计算设计了矩形薄板试验,对预应力即时损失以及矩形薄板各截面竖向预压应力场进行了测试。根据箱梁腹板在竖向预应力作用下的受力特点,利用竖向局部荷载作用下弹性力学平面应力问题的解析解,用多项式拟合得出应力扩散角、应力均匀度和名义应力度之间的计算公式。预应力损失测试结果表明,这种低回缩预应力钢绞线锚具的预应力即时损失值低于5%,从而证明了该体系应用于短索能有效地提高预应力效率,若应用于箱梁腹板能提高箱梁的抗剪可靠性。弹性理论计算结果与矩形薄板试验测得的竖向预应力作用下的应力场吻合较好,当扩散角α小于26.5°时,能保证各截面处于较高的应力水平和应力均匀度,表明了低回预应力钢绞线锚具应用于腹板竖向预应力时具有优越性。
针对隧道工程建设中切坡引起边坡及隧道的变形,其稳定性受到不同程度的影响,采用三维有限差分计算程序FLAC3D分析挖方边坡和坡顶隧道联合稳定性。通过对未开挖、未加固边坡进行数值模拟计算,得到水平位移和最大、最小主应力分布特征,分析其潜在滑动面和隧道围岩受拉影响区,确定其加固范围。根据抗滑桩受力特点,经比选,采用单排抗滑桩加固隧道边坡。数值计算结果表明:有限差分法能获得单排抗滑桩的合理设计和边坡坡脚及坡面受力情况,同时还能得到隧道围岩拉压应力的分布及优化覆盖层厚度,数值计算与工程监测数据吻合。
为了给路径选择模型提供合理的路径集输入,使路径集能够包含更多驾驶员实际选择的路径,提出了一种基于路段惩罚法的路径集生成算法。根据发生拥堵的频率定义路段的拥堵指数,然后根据拥堵指数确定新算法的惩罚规则:在上一次计算的最优路径中需要增加阻抗的路段,是拥堵指数较大路段,而不是原始算法提出的所有路段。通过定义合理的指标评价路径集生成算法的有效性,根据实测的驾驶员出行路径数据评价改进的路段惩罚算法、原始的路段惩罚法以及应用较广泛的随机分类组合法。结果表明,在几种算法中本文提出算法生成的路径与实测路径完全一致的比例最大。
介绍了目标分流法的理论及特点,探讨了目标分流法在汽车产品开发中应用的关键技术。归纳总结多学科可行法、单学科可行法、并行子空间法,以及协同优化法等多学科设计优化方法,指出各种方法的特点、适用对象。针对汽车开发问题的特点以及传统多学科设计优化方法对其局限性,提出采用目标分流法进行汽车开发中总体方案优化设计工作。介绍目标分流法的基本思想,给出一般形式的目标分流法公式,总结目标分流法的特点,并对其研究和发展方向进行展望,最后重点介绍目标分流法在汽车产品开发过程中应用的关键技术。
为了提高和发展汽车安全性的研究水平和能力研制了车身结构件安全性试验台。该试验台能够按照美国汽车安全法规和即将实施的国家汽车安全法规进行相关的车身结构测试。试验台具有4个几何参数可调性,因此结构紧凑,测量精度高。试验台不仅能够测试汽车车身的强度、刚度以及抗撞性能,还可用于相当广泛的其他零部件的试验。试验台不但能测试侧门强度,实时计算并显示平均力、最大力和被测汽车所吸收的能量,而且采用图像测量法精确测量车身刚度,以评价汽车安全性,为研发提供可靠详细的依据。
在分析D-S证据理论和神经网络理论各自特点的的基础之上,提出将这两种方法进行融合,并对电控汽车车载自诊断系统的诊断数据流参数进行处理和分析。该融合方法是将各个独立的低维神经网络的输出值处理后作为辨识框架上命题的基本可信度,经过证据理论的再次融合后得到最终的诊断结果。通过电控发动机典型故障的实例分析表明,该方法能够克服单一神经网络诊断中数据源包含信息的不全面性以及模糊性等局限性,并使得证据理论的基本可信度分配不再完全依赖专家的主观化赋值,同时可以充分利用各种故障的冗余和互补信息,从而使得汽车电控系统的故障的识别能力得到提高。
在分析计算汽车运行燃料消耗主要影响因素的基础上,建立了通用的载货汽车运行燃料消耗量计算方法,将实际测试的空载(整备质量)和满载(最大总质量)等速燃料消耗量确定为计算汽车在运行时燃料消耗量的基本数值。在该计算方法中引入运行模式和车速加权系数,以综合反映运行条件的变化对汽车燃料消耗量的影响,并采用发动机台架试验模拟汽车的道路行驶状况,对不同的汽车总质量和车速下运行燃料消耗量的变化规律进行验证。通过该方法可以计算各种型号的载货汽车在不同整备质量、载质量和行驶速度等运行条件下的燃料消耗量。
在研究国内外隧道洞口景观概念及评价方法的基础上,提出隧道洞口绿色景观概念,认为隧道洞口景观应是在全生命周期的视野下关注其结构安全性、艺术性、经济性和生态安全性。确定了隧道洞口绿色景观包括洞门、洞口伸出物、洞口周边施工建设涉及到的山体、洞口延伸段及其绿化等内容,建立了包括目标层、准则层和指标层的3层隧道洞口绿色景观评价体系。运用该体系对隧道洞口景观工程进行评价时,可采用AHP法确定指标层权重向量,根据模糊数学理论确定隶属矩阵,最后通过矩阵运算对隧道洞口绿色景观进行两级评价,并根据其综合评价得分按最近原则进行等级划分。
