针对目前缺少激光断面仪的计量检定方法,且传统比对试验方法可靠性低的情况,基于激光断面仪的工作原理,分解国际平整度指数的计算过程,在数据试验分析的基础上,采用在同一试验平台道路条件下,应用模块化高程变换技术,通过不同位置点高程的有序变化实现了检定激光断面仪动态特性所需要的不同路面平整度试验条件,消除了道路环境对试验结果的影响,借助高精度水准仪和激光测距仪的溯源途径解决了国际平整度指数溯源的要求。所建计量标准试验道路提供的检验量值重复性达到了设计要求,经过半年时间的稳定性考核,量值稳定可靠,不确定度分析结果证明整套检定装置的相对不确定度为1%。
针对目前缺少激光断面仪的计量检定方法,且传统比对试验方法可靠性低的情况,基于激光断面仪的工作原理,分解国际平整度指数的计算过程,在数据试验分析的基础上,采用在同一试验平台道路条件下,应用模块化高程变换技术,通过不同位置点高程的有序变化实现了检定激光断面仪动态特性所需要的不同路面平整度试验条件,消除了道路环境对试验结果的影响,借助高精度水准仪和激光测距仪的溯源途径解决了国际平整度指数溯源的要求.所建计量标准试验道路提供的检验量值重复性达到了设计要求,经过半年时间的稳定性考核,量值稳定可靠,不确定度分析结果证明整套检定装置的相对不确定度为1%.
针对沥青路面结构必须控制的疲劳破坏形式,以沥青层层底拉应变作为控制沥青路面疲劳开裂的指标.通过实测沥青面层层底最大拉应变与路面结构不同深度处路面温度的相关性分析,确定了沥青路面疲劳损伤的设计温度,提出了以沥青层中间温度作为沥青路面疲劳开裂分析的设计温度和试验条件.通过实测永久性沥青路面试验路每小时的路面温度和气象数据,分析了沥青层中间温度的分布规律,对沥青层中间温度与气温、路面深度之间的相关关系进行了计算分析,建立了沥青层中间温度的预估模型.结果表明,沥青路面应变响应与温度密切相关,随着路面温度的升高,沥青层底拉应变增大;沥青层中间深度处温度与沥青层底拉应变相关性最高,采用沥青层中间深度处温度能较好地评价路面结构的抗疲劳性能.
针对沥青路面结构必须控制的疲劳破坏形式,以沥青层层底拉应变作为控制沥青路面疲劳开裂的指标。通过实测沥青面层层底最大拉应变与路面结构不同深度处路面温度的相关性分析,确定了沥青路面疲劳损伤的设计温度,提出了以沥青层中间温度作为沥青路面疲劳开裂分析的设计温度和试验条件。通过实测永久性沥青路面试验路每小时的路面温度和气象数据,分析了沥青层中间温度的分布规律,对沥青层中间温度与气温、路面深度之间的相关关系进行了计算分析,建立了沥青层中间温度的预估模型。结果表明,沥青路面应变响应与温度密切相关,随着路面温度的升高,沥青层底拉应变增大;沥青层中间深度处温度与沥青层底拉应变相关性最高,采用沥青层中间深度处温度能较好地评价路面结构的抗疲劳性能。
通过在试验路埋设沥青应变仪、温度场传感器等路面响应监测设备,采集了荷载和环境因素作用下不同路面结构沥青层底动态应变响应,分析了动态应变响应特征和应变响应与路面温度、轴载的关系,比较了不同结构的沥青层底最大应变值,构建了路面结构沥青层底应变响应预估模型,揭示了不同路面结构在重载及温度耦合作用下的沥青层底动态应变响应规律.研究结果表明,随着轴载的增加、路面温度的升高,沥青层底最大拉应变增大;不同路面结构沥青层底应变响应变化与其结构组合、交通荷载及环境因素有关,表现出一定的重载和温度敏感性差异;在对比的结构中,组合式基层结构比永久性路面结构具有更小的沥青层底拉应变,传统半刚性基层结构在重载和较高路面温度下具有较大的沥青层底应变响应.
通过在试验路埋设沥青应变仪、温度场传感器等路面响应监测设备,采集了荷载和环境因素作用下不同路面结构沥青层底动态应变响应,分析了动态应变响应特征和应变响应与路面温度、轴载的关系,比较了不同结构的沥青层底最大应变值,构建了路面结构沥青层底应变响应预估模型,揭示了不同路面结构在重载及温度耦合作用下的沥青层底动态应变响应规律。研究结果表明,随着轴载的增加、路面温度的升高,沥青层底最大拉应变增大;不同路面结构沥青层底应变响应变化与其结构组合、交通荷载及环境因素有关,表现出一定的重载和温度敏感性差异;在对比的结构中,组合式基层结构比永久性路面结构具有更小的沥青层底拉应变,传统半刚性基层结构在重载和较高路面温度下具有较大的沥青层底应变响应。
为了揭示黄泛区公路路面结构早期破损严重的机理并提出合理的处治措施,有必要深入研究粉土路基支撑强度的影响因素、变化规律及对路面结构的影响程度。采用现场调查、室内试验及理论分析,研究了粉土路基含水量分布规律、路基强度衰减规律及路面结构的受力特征,并提出相应的处治措施。结果表明,黄河冲积平原区粉土路基具有强烈的毛细现象及水敏性特征,在上部雨水渗入与底部毛细水上升影响下路基含水量有显著变化,易使路基强度发生衰减,造成耐久性严重不足,并由此找出了路基强度随含水量的变化规律。针对道路重载运营条件使联合路基强度衰减而造成该地区路面结构早期破损严重的情况,对路床区进行掺灰处理获得了较好的模量搭配,有效提高了路基的支撑能力和抗变形能力,使疲劳寿命显著延长,耐久性相应提高。
为了揭示黄泛区公路路面结构早期破损严重的机理并提出合理的处治措施,有必要深入研究粉土路基支撑强度的影响因素、变化规律及对路面结构的影响程度.采用现场调查、室内试验及理论分析,研究了粉土路基含水量分布规律、路基强度衰减规律及路面结构的受力特征,并提出相应的处治措施.结果表明,黄河冲积平原区粉土路基具有强烈的毛细现象及水敏性特征,在上部雨水渗入与底部毛细水上升影响下路基含水量有显著变化,易使路基强度发生衰减,造成耐久性严重不足,并由此找出了路基强度随含水量的变化规律.针对道路重载运营条件使联合路基强度衰减而造成该地区路面结构早期破损严重的情况,对路床区进行掺灰处理获得了较好的模量搭配,有效提高了路基的支撑能力和抗变形能力,使疲劳寿命显著延长,耐久性相应提高.
以集料的体积指标作为级配设计的基本参数,粗集料形成的骨架嵌挤结构为出发点,通过振动击实确定每档粒径集料的体积指标,并以该指标为基本控制参数,混合料设计空隙率为已知控制变量,同时引入Bailey设计方法中粗集料比(CA)用以控制混合料的离析,建立集料体积指标的关系表达式.得出骨架孔隙结构水泥稳定碎石的级配范围和设计级配.根据室内试验和理论分析得出多空隙水泥稳定碎石的含水量的确定方法.通过旋转压实和静压成型试件,分析并提出适宜的压实方案.建立压实次数和7 d抗压强度的关系.
以集料的体积指标作为级配设计的基本参数,粗集料形成的骨架嵌挤结构为出发点,通过振动击实确定每档粒径集料的体积指标,并以该指标为基本控制参数,混合料设计空隙率为已知控制变量,同时引入Bailey设计方法中粗集料比(CA)用以控制混合料的离析,建立集料体积指标的关系表达式。得出骨架孔隙结构水泥稳定碎石的级配范围和设计级配。根据室内试验和理论分析得出多空隙水泥稳定碎石的含水量的确定方法。通过旋转压实和静压成型试件,分析并提出适宜的压实方案。建立压实次数和7 d抗压强度的关系。
通过对散体力学剪切模量公式的分析,提出以剪切模量为控制指标的沥青混合料级配设计方法,在设计步骤中充分考虑粗集料的剪切模量而不是以最小间隙率为控制指标,提高了沥青混合料的抗剪切性能,解决了沥青混合料出现高温稳定性不足易发生车辙病害的问题。新方法设计出的级配以粗集料形成抗剪骨架,细集料充分填充,最终形成骨架抗剪密实结构。通过室内试验比较分析,其高温稳定性和水稳定性优于比较级配,低温抗裂性满足规范要求,证明了以剪切模量为控制指标的级配设计方法,可以提高沥青混合料料的高温稳定性,减少高速公路车辙病害的发生。
通过对散体力学剪切模量公式的分析,提出以剪切模量为控制指标的沥青混合料级配设计方法,在设计步骤中充分考虑粗集料的剪切模量而不是以最小间隙率为控制指标,提高了沥青混合料的抗剪切性能,解决了沥青混合料出现高温稳定性不足易发生车辙病害的问题.新方法设计出的级配以粗集料形成抗剪骨架,细集料充分填充,最终形成骨架抗剪密实结构.通过室内试验比较分析,其高温稳定性和水稳定性优于比较级配,低温抗裂性满足规范要求,证明了以剪切模量为控制指标的级配设计方法,可以提高沥青混合料料的高温稳定性,减少高速公路车辙病害的发生.
针对桥梁预警系统群体间协同工作对信息共享的需求,从群体协同工作与面向应用的集成角度对桥梁预警系统异构数据库的集成方式进行了研究。提出了包含用户界面、异构集成模块和存储层三部分的桥梁预警系统异构数据库集成模式。该异构数据库集成模型由桥梁结构表征方法,命令解析模块和数据综合模块组成。在异构数据集成的基础上,实现了预警系统群体间的信息共享,为群体协同工作提供了技术支撑。最后通过模拟管理群体向预警系统提出获取桥梁抗震评估请求对异构集成模块的可实现性进行了验证。
针对桥梁预警系统群体间协同工作时信息共享的需求,从群体协同工作与面向应用的集成角度对桥梁预警系统异构数据库的集成方式进行了研究.提出了包含用户界面、异构集成模块和存储层三部分的桥梁预警系统异构数据库集成模式.该异构数据库集成模型由桥梁结构表征方法,命令解析模块和数据综合模块组成.在异构数据集成的基础上,实现了预警系统群体间的信息共享,为群体协同工作提供了技术支撑.最后通过模拟管理群体向预警系统提出获取桥梁抗震评估请求对异构集成模块的可实现性进行了验证.
选取拱肋截面为单圆管、哑铃形、桁式的钢管混凝土拱桥各一座,建立有限元模型,分析了钢管拱肋接缝错台时成桥状态下受力性能和截面承载力的影响.研究结果表明:接缝错台时拱肋轴力、竖向变形几乎没有影响,而对拱肋截面弯矩影响较小;错台幅值的增大,会造成钢管混凝土截面承载力逐渐降低,承载力的下降幅度与错台值、钢管面积的变化率基本呈线性相关的关系.在目前规范规定的错台限值情况下,截面弯矩最大变化率不超过1.2%;截面承载力下降幅度不超过4%;目前桥梁施工规范中对接缝错台的限定较为合理.
选取拱肋截面为单圆管、哑铃形、桁式的钢管混凝土拱桥各一座,建立有限元模型,分析了钢管拱肋接缝错台对成桥状态下受力性能和截面承载力的影响。研究结果表明:接缝错台对拱肋轴力、竖向变形几乎没有影响,而对拱肋截面弯矩影响较小;错台幅值的增大,会造成钢管混凝土截面承载力逐渐降低,承载力的下降幅度与错台值、钢管面积的变化率基本呈线性相关的关系。在目前规范规定的错台限值情况下,截面弯矩最大变化率不超过1.2%;截面承载力下降幅度不超过4%;目前桥梁施工规范中对接缝错台的限定较为合理。
针对刚性桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,通过拟合桩土单元体竖向相对位移分布函数,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形以及中性点和桩土界面变形协调,对桩土相对位移变形形式、桩侧摩阻力变化规律、桩端土反力模型作一定的简化,建立出刚性桩桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算方法。最后,采用该沉降计算方法对模型试验及工程实例进行分析。结果表明,柔性基础下与刚性基础下刚性桩复合地基变形模式与桩土应力比有很大的差异,沉降计算值及桩土应力比与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,能够对刚性桩复合地基沉降量计算提供参考。
针对刚性桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,通过拟合桩土单元体竖向相对位移分布函数,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形以及中性点和桩土界面变形协调,对桩土相对位移变形形式、桩侧摩阻力变化规律、桩端土反力模型作一定的简化,建立出刚性桩桩复合地基沉降计算的基本微分方程.进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算方法.最后,采用该沉降计算方法对模型试验及工程实例进行分析.结果表明,柔性基础下与刚性基础下刚性桩复合地基变形模式与桩土应力比有很大的差异,沉降计算值及桩土应力比与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,能够对刚性桩复合地基沉降量计算提供参考.
考虑到出行者出行空间和出行方式之间的重要联系,本文基于非集计模型中Nested Logit模型的理论和方法,结合2005年国内某大型城市居民出行调查数据,建立了城市居民出行空间和方式的联合选择模型。模型为2层的NL模型,第1层为空间选择层,第2层为方式选择层,以此将出行空间选择和出行方式选择连接起来。模型采用统计软件STATA 9进行标定,并通过统计指标进行验证,深入分析了影响出行者出行空间选择和出行方式选择的重要因素。最后,用同样的数据源建立了方式选择的MNL模型,通过对比联合模型和MNL模型的命中率和集计结果表明,出行空间和方式联合选择模型能够在较细的层面上预测出行者出行空间和交通方式的选择情况,从而提高了模型的精度和实用性。
考虑到出行者出行空间和出行方式之间的重要联系,本文基于非集计模型中Nested Logit模型的理论和方法,结合2005年国内某大型城市居民出行调查数据,建立了城市居民出行空间和方式的联合选择模型.模型为2层的NL模型,第1层为空间选择层,第2层为方式选择层,以此将出行空间选择和出行方式选择连接起来.模型采用统计软件STATA 9进行标定,并通过统计指标进行验证,深入分析了影响出行者出行空间选择和出行方式选择的重要因素.最后,用同样的数据源建立了方式选择的MNL模型,通过对比联合模型和NNL模型的命中率和集计结果表明,出行空间和方式联合选择模型能够在较细的层面上预测出行者出行空间和交通方式的选择情况,从而提高了模型的精度和实用性.
应急疏散的目的是要在灾害发生时将处于危险地带的人群尽快转移至安全地带。针对不同灾害事件类型而引发的单源单汇、单(多)源多汇网络状态的路网疏散问题分别进行了分析。在各路段通行能力的约束条件下,以疏散交通流量最大、总疏散时间最小为优化目标,运用最小费用最大流理论建立了局域路网疏散分配模型。通过实例对模型进行了求解,并在Matlab中得到了实现。通过查找最小截量组成弧的分布位置,并对路网中最小截量组成弧的路段扩容改造,进而有效提高局域路网的应急疏散能力。
应急疏散的目的是要在灾害发生时将处于危险地带的人群尽快转移至安全地带.针对不同灾害事件类型而引发的单源单汇、单(多)源多汇网络状态的路网疏散问题分别进行了分析.在各路段通行能力的约束条件下,以疏散交通流量最大、总疏散时间最小为优化目标,运用最小费用最大流理论建立了局域路网疏散分配模型.通过实例对模型进行了求解,并在Matlab中得到了实现.通过查找最小截量组成弧的分布位置,并对路网中最小截量组成弧的路段扩容改造,进而有效提高局域路网的应急疏散能力.
为构建与城市道路等级相类似的分级(层)公交线路,明确不同线路的主体功能,有序而科学的引导乘客的出行行为和习惯,减轻地面道路交通压力的同时创建一个优良的公共交通服务体系,根据城市布局结构和路网架构特征,参考一般的公交线网结构,构建适应多层次公交特点、分别适用于单中心、多中心、分离式组团和带状等4类城市用地布局的公交网络拓扑结构,并提出了串联、并联、叉联和枝联等4种线路连接方式.研究结果可用于指导不同用地布局城市多层次公交线网架构,并为进一步深入研究多层次公交线网的规划设计打下基础.
为构建与城市道路等级相类似的分级(层)公交线路,明确不同线路的主体功能,有序而科学的引导乘客的出行行为和习惯,减轻地面道路交通压力的同时创建一个优良的公共交通服务体系,根据城市布局结构和路网架构特征,参考一般的公交线网结构,构建适应多层次公交特点、分别适用于单中心、多中心、分离式组团和带状等4类城市用地布局的公交网络拓扑结构,并提出了串联、并联、叉联和枝联等4种线路连接方式。研究结果可用于指导不同用地布局城市多层次公交线网架构,并为进一步深入研究多层次公交线网的规划设计打下基础。
对驾驶人疲劳状态监测技术进行了深入研究,分析了在实际应用中存在的问题,在此基础上提出基于灰度方差定位驾驶人面部,利用投影曲线极点位置分割面部器官独立区域,对每一个独立区域进行OSTU计算和轮廓提取,最终获得眼睛的轮廓状态,利用PERCLOS判断驾驶人的精神状态。利用驾驶人面部器官定位的结果,对人体头部旋转运动模型进行分析,提出了计算驾驶人面部旋转角度的计算方法。最后给出判断驾驶人的注意力是否分散的判断策略。试验结果表明,该算法实时性好,具有较好的鲁棒性,可以为驾驶人疲劳状态及注意力状态的判断提供较为准确的依据。
对驾驶人疲劳状态监测技术进行了深入研究,分析了在实际应用中存在的问题,在此基础上提出基于灰度方差定位驾驶人面部,利用投影曲线极点位置分割面部器官独立区域,对每一个独立区域进行OSTU计算和轮廓提取,最终获得眼睛的轮廓状态,利用PERCLOS判断驾驶人的精神状态.利用驾驶人面部器官定位的结果,对人体头部旋转运动模型进行分析,提出了计算驾驶人面部旋转角度的计算方法.最后给出判断驾驶人的注意力是否分散的判断策略.试验结果表明,该算法实时性好,具有较好的鲁棒性,可以为驾驶人疲劳状态及注意力状态的判断提供较为准确的依据.
为探讨在用桥梁护栏安全性能改进方法,通过实际交通流的观测分析,确定了在用护栏安全性能的检验条件.利用力学分析和三维有限元模拟,确定了兼顾桥梁主体结构安全性和护栏防护性能的在用桥梁护栏安全性能评价方法.设计了具有双层护栏结构的在用桥梁护栏改造方案.结果表明:在用桥梁护栏的典型碰撞检验车辆应选择实际交通流中占有较大比重的车型或需要重点防护的车型,碰撞检验速度取实际交通流的85%住运行速度;在用桥梁护栏安全性能评价应包括防护性能评价和桥梁主体结构安全性评价两部分;内侧梁柱式护栏与外侧组合式护栏结合的改造方案可满足桥梁主体结构安全性要求,防护能力为SS级;在保证防护能力的前提下,可通过景观优化设计使改造后的护栏与环境景观相协调.
为探讨在用桥梁护栏安全性能改进方法,通过实际交通流的观测分析,确定了在用护栏安全性能的检验条件。利用力学分析和三维有限元模拟,确定了兼顾桥梁主体结构安全性和护栏防护性能的在用桥梁护栏安全性能评价方法。设计了具有双层护栏结构的在用桥梁护栏改造方案。结果表明:在用桥梁护栏的典型碰撞检验车辆应选择实际交通流中占有较大比重的车型或需要重点防护的车型,碰撞检验速度取实际交通流的85%位运行速度;在用桥梁护栏安全性能评价应包括防护性能评价和桥梁主体结构安全性评价两部分;内侧梁柱式护栏与外侧组合式护栏结合的改造方案可满足桥梁主体结构安全性要求,防护能力为SS级;在保证防护能力的前提下,可通过景观优化设计使改造后的护栏与环境景观相协调。
为了解决中国公路运输的"瓶颈"问题,使运输更好地为国民经济服务,提出了基础路网的概念,分析了现有公路网的干线路网和基础路网的范畴,研究了运输需求与交通需求在作为路网规划的变量时的区别以及运输需求对基础路网布局规划的影响.以有利于国民经济和社会发展产生的运输需求为目标,构造了基础路网规划的模型和算法.规划模型以投资费用最小为前提,为缩短路网建设里程,节约建设成本,增加了费马点,并证明了该方法是有效的.开发了模型与算法的集成软件ArcGIS,使得整个规划过程的计算与分析数据化,结果可视化,并对模型和算法的效果进行了验证.分析结果表明:规划后的基础路网使用效率能相对保持在70%～80%这一理想范围内,能够清楚地反映研究区域运输需求的要素.因此,基于运输需求来规划基础路网可行.
为了解决中国公路运输的"瓶颈"问题,使运输更好地为国民经济服务,提出了基础路网的概念,分析了现有公路网的干线路网和基础路网的范畴,研究了运输需求与交通需求在作为路网规划的变量时的区别以及运输需求对基础路网布局规划的影响。以有利于国民经济和社会发展产生的运输需求为目标,构造了基础路网规划的模型和算法。规划模型以投资费用最小为前提,为缩短路网建设里程,节约建设成本,增加了费马点,并证明了该方法是有效的。开发了模型与算法的集成软件ArcGIS,使得整个规划过程的计算与分析数据化,结果可视化,并对模型和算法的效果进行了验证。分析结果表明:规划后的基础路网使用效率能相对保持在70%～80%这一理想范围内,能够清楚地反映研究区域运输需求的要素。因此,基于运输需求来规划基础路网可行。
将系统动力学理论应用于区域综合货运系统与经济发展的相互影响定量分析中,通过分析货运供需系统因果关系,研究货运需求、货运缺口、经济发展、运输投资等系统影响因素之间的反馈环路。在此基础上建立系统流图,构建货运系统与区域经济互动关系系统动力学模型。通过仿真试验,分析了运输投资比例、产业结构等与货运生成总量及货运缺口之间的定量关系。结果表明,运输基础设施投资比例的提高,能有效改善货运供给能力的不足,使得货运缺口减小,促进经济的增长;第1、2产业对于货运生成总量的贡献较大,第3产业对货运生成总量的贡献较小。
将系统动力学理论应用于区域综合货运系统与经济发展的相互影响定量分析中,通过分析货运供需系统因果关系,研究货运需求、货运缺口、经济发展、运输投资等系统影响因素之间的反馈环路.在此基础上建立系统流图,构建货运系统与区域经济互动关系系统动力学模型.通过仿真试验,分析了运输投资比例、产业结构等与货运生成总量及货运缺口之间的定量关系.结果表明,运输基础设施投资比例的提高,能有效改善货运供给能力的不足,使得货运缺口减小,促进经济的增长;第1、2产业对于货运生成总量的贡献较大,第3产业对货运生成总量的贡献较小.
为了有效地评价三峡库区高切坡的危险性,基于MAPGIS平台采用Visual Basic高级程序设计语言建立了高切坡危险性评价与灾害管理系统。以三峡库区巴东新城区公路岩质高切坡为例,根据岩质高切坡发育的特点考虑地形、水文、地质及构造等方面选取10类影响因素。在因素研究的基础上采用信息量模型开展了高切坡危险性评价,对评价结果的合理性进行了分析。结果表明,通过建立高切坡危险性评价与灾害管理系统可以提高高切坡工程信息管理和危险性评价的效率,为控制高切坡的灾害风险和防治工程的规划提供决策依据。
为了有效地评价三峡库区高切坡的危险性,基于MAPGIS平台采用Visual Basic高级程序设计语言建立了高切坡危险性评价与灾害管理系统.以三峡库区巴东新城区公路岩质高切坡为例,根据岩质高切坡发育的特点考虑地形、水文、地质及构造等方面选取10类影响因素.在因素研究的基础上采用信息量模型开展了高切坡危险性评价,对评价结果的合理性进行了分析.结果表明,通过建立高切坡危险性评价与灾害管理系统可以提高高切坡工程信息管理和危险性评价的效率,为控制高切坡的灾害风险和防治工程的规划提供决策依据.
