针对CRC+AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用断裂力学理论和有限元法,对AC层的受力进行了计算和分析,对AC层裂缝的产生和扩展机理进行了研究。计算了AC层荷载型和温度型裂缝的尖端应力强度因子,研究了裂缝扩展时期、裂缝长度、结构层厚度、模量等因素对AC层裂缝扩展的影响规律。研究结果表明:AC层裂缝的扩展时期对扩展强度有一定的影响;增加AC层的厚度对裂缝扩展尤其是对AC层底面裂缝的扩展能起到很好的延缓作用;CRC层厚度对AC层裂缝扩展的影响很小或基本没有影响;随着AC层模量的增加,AC层温度裂缝的扩展强度线性增加,荷载裂缝的扩展强度变化不大;其他结构层的厚度和模量对AC层裂缝的扩展强度基本没有影响。研究结果可为CRC+AC复合式路面的合理设计提供参考依据。
针对CRC+AC复合式路面结构的特点和现有研究的不足，运用断裂力学理论和有限元法，对AC层的受力进行了计算和分析，对AC层裂缝的产生和扩展机理进行了研究。计算了AC层荷载型和温度型裂缝的尖端应力强度因子，研究了裂缝扩展时期、裂缝长度、结构层厚度、模量等因素对AC层裂缝扩展的影响规律。研究结果表明：AC层裂缝的扩展时期对扩展强度有一定的影响；增加AC层的厚度对裂缝扩展尤其是对AC层底面裂缝的扩展能起到很好的延缓作用；CRC层厚度对AC层裂缝扩展的影响很小或基本没有影响；随着AC 层模量的增加，AC层温度裂缝的扩展强度线性增加，荷载裂缝的扩展强度变化不大；其他结构层的厚度和模量对AC层裂缝的扩展强度基本没有影响。研究结果可为CRC+AC复合式路面的合理设计提供参考依据。
采用间接拉伸强度、无侧限抗压强度及抗压回弹模量试验，分析了沥青路面旧料掺量及水泥用量对泡沫沥青冷再生混合料力学特性的影响。研究表明：随旧料掺量的增大或其中旧沥青含量的增多，泡沫沥青冷再生混合料设计最佳沥青用量减少，冷再生混合料抗拉、抗压、抗剪性能呈下降趋势，而抗压回弹模量逐渐增大；水泥用量的增大有助于提高冷再生混合料的强度、刚度及其水稳定性，但用量过大不利于冷再生混合料的抗裂性能，建议不超过2%；水泥用量较小（≤1.5%）的冷再生混合料强度增长主要集中于室温养生的24 h以及40 ℃烘箱养生的第1个24 h内，而水泥用量较大(1.5%~3%)的冷再生混合料养生期内强度增长比较匀速。
采用间接拉伸强度、无侧限抗压强度及抗压回弹模量试验,分析了沥青路面旧料掺量及水泥用量对泡沫沥青冷再生混合料力学特性的影响。研究表明:随旧料掺量的增大或其中旧沥青含量的增多,泡沫沥青冷再生混合料设计最佳沥青用量减少,冷再生混合料抗拉、抗压、抗剪性能呈下降趋势,而抗压回弹模量逐渐增大;水泥用量的增大有助于提高冷再生混合料的强度、刚度及其水稳定性,但用量过大不利于冷再生混合料的抗裂性能,建议不超过2%;水泥用量较小(≤1.5%)的冷再生混合料强度增长主要集中于室温养生的24 h以及40℃烘箱养生的第1个24 h内,而水泥用量较大(1.5%～3%)的冷再生混合料养生期内强度增长比较匀速。
为了揭示布敦岩沥青（BRA）改善基质沥青性能的内在机理，采用X射线衍射分析、扫描电镜分析、红外光谱分析以及热分析等方法研究了克拉玛依70#沥青和BRA改性沥青的化学组成与结构。结果表明：BRA中含有较多的碳酸钙，显著提高了沥青与集料的粘附性能和抗剥离能力；在BRA改性沥青中，沥青和BRA颗粒相互包容、渗透，形成了彼此交错的两相连续结构；将BRA加入到基质沥青中只是一个简单的物理混溶过程；BRA改性沥青中聚集态转变数量减少，温度稳定性能得到提高。
以室内车辙试验作为基本试验方法并首次引入综合稳定指数C作为评价指标就PE-Y改性沥青混合料高温稳定性进行了深入研究。试验结果表明：掺加PE-Y抗车辙剂后，对提高紧密骨架密实结构沥青混合料的高温稳定性作用效果显著，SK90基质沥青的自身品质及其与PE-Y抗车辙剂的搭配组合效果最好。PE-Y变形体的加筋嵌挤、胶黏作用对提高混合料的高温稳定性效果十分显著，即便在很高的温度条件下，PE-Y变形体交织搭桥形成的空间网络结构仍然能够发挥作用；而且能够降低沥青混合料的水敏感性，使得混合料在荷载、高温和水耦合作用的严酷条件下，仍然能够具有较强的抵抗永久变形的能力
以室内车辙试验作为基本试验方法并首次引入综合稳定指数C作为评价指标就PE-Y改性沥青混合料高温稳定性进行了深入研究。试验结果表明:掺加PE-Y抗车辙剂后,对提高紧密骨架密实结构沥青混合料的高温稳定性作用效果显著,SK90基质沥青的自身品质及其与PE-Y抗车辙剂的搭配组合效果最好。PE-Y变形体的加筋嵌挤、胶黏作用对提高混合料的高温稳定性效果十分显著,即便在很高的温度条件下,PE-Y变形体交织搭桥形成的空间网络结构仍然能够发挥作用;而且能够降低沥青混合料的水敏感性,使得混合料在荷载、高温和水耦合作用的严酷条件下,仍然能够具有较强的抵抗永久变形的能力。
为探讨层间界面条件对沥青路面疲劳寿命的影响，完善路面疲劳模型，采用小梁弯曲疲劳试验方法，测定不同粘层油用量、不同温度、不同加载等试验条件下复合小梁试件的疲劳寿命。研究结果表明：（1）由于层间界面的存在，导致沥青路面结构整体性减弱，疲劳寿命减小；（2）随着粘层油用量的增加，疲劳寿命呈现先增加后减小的变化规律，并且粘层油用量存在一个最佳值，在此最佳用量下，沥青路面的抗疲劳性能明显提高；（3）与低温条件相比，常温条件下沥青路面的疲劳破损更容易发生，并且车辆超载，轴重增大，会显著降低沥青路面的疲劳寿命；（4）确定了疲劳寿命与粘层油用量、温度、加载量之间的相互关系，通过数值回归分析，建立了疲劳寿命与各影响因素之间的相互作用关系式。
为探讨层间界面条件对沥青路面疲劳寿命的影响,完善路面疲劳模型,采用小梁弯曲疲劳试验方法,测定不同粘层油用量、不同温度、不同加载等试验条件下复合小梁试件的疲劳寿命。研究结果表明:(1)由于层间界面的存在,导致沥青路面结构整体性减弱,疲劳寿命减小;(2)随着粘层油用量的增加,疲劳寿命呈现先增加后减小的变化规律,并且粘层油用量存在一个最佳值,在此最佳用量下,沥青路面的抗疲劳性能明显提高;(3)与低温条件相比,常温条件下沥青路面的疲劳破损更容易发生,并且车辆超载,轴重增大,会显著降低沥青路面的疲劳寿命;(4)确定了疲劳寿命与粘层油用量、温度、加载量之间的相互关系,通过数值回归分析,建立了疲劳寿命与各影响因素之间的相互作用关系式。
提供了一种简单的确定性数值方法,分析在平稳随机地震荷载作用下的结构地震动力响应及动力可靠性。该方法基于有限元动力分析软件,以单位加速度脉冲函数作为地震荷载的输入,当计算出结构的脉冲响应函数后,再运用傅立叶变换得到随机激励和结构响应之间的传递函数,由此来计算结构的均方根响应和峰值响应。基于此方法,分析了挡土结构物在平稳随机地震荷载作用下的抗震动力可靠性,总结了挡土结构物的抗震可靠性的计算方法,并根据此分析方法给出了挡土墙结构抗震可靠性分析的流程,这也为可靠度方法应用于其它岩土领域的抗震设计方面提供了一定的参考。
动荷载作用引起路基震(振)陷变形,是高速铁路路基抗震设计中必须考虑的问题之一。以哈大高铁苏家屯某试验段风积土为研究对象,通过大量室内动三轴试验,获得动应力幅值、含水率等条件下,风积土的动变形特性。并利用Matlab软件对试验数据进行处理,建立了考虑动应力、含水率两种因素条件的振陷变形模型。应用有限元分析软件ADINA建立了高速铁路风积土路基二维平面模型,获得了模拟列车循环荷载作用下路基变形量的最大值,确定了列车荷载对路基土的影响深度。室内试验与数值模拟结果为高速铁路风积土路基振陷变形的研究及振陷模型的建立提供了重要的的参考依据。
鉴于堆石体颗粒非均质性与离散性特征,堆石体填筑密实程度质量检测评价中引入了不确定性分析置信水平理论。结合依托工程堆石体固体体积率现场检测数据和室内试验方法,研究了堆石体颗粒比重代表值的粒组区间分析方法,以及颗粒吸水率增幅统计特征。提出了堆石体颗粒比重代表值确定的简化实用分析方法,简化了固体体积率检测二粒组区间比重法,同时提出了浮沉法吸水率增幅小于0.5%的固体体积率检测浮沉法适用原则。两种方法对比分析论证了不同区域堆石体强夯冲击加固采用不同工艺的必要性与合理性。
在对有标点亚像素圆心检测法改进的基础上,通过Matlab、VC语言编译,建立了适于高边坡表面位移监测的新技术,室内试验表明改进后算法精度与稳定性得以提高。同时,与远程视频实时监控、图像自动采集与无线传输、轴力监测与自动采集等技术结合,开发了基于数字化平台的高边坡远程变形监测预警系统。与传统的边坡监测系统相比较,该系统技术新颖,成本低,自动化程度高,人工干预少。将该系统应用于江西吉安市某一多级高边坡,50m处拍摄,识别误差为1.5 mm,精度较高,达到理想效果。
为了研究粉土路基内部含水率分布规律,建立了基于非饱和渗流原理的有限元数值仿真模型,研究了地下水位、降雨、蒸发作用等因素对路基材料含水率的影响作用,采用稳态及瞬态渗流计算,确定了粉土路基及边坡材料含水率变化规律;通过埋设频域反射仪湿度传感器对路基含水率年变化规律进行了实测,验证了理论分析模型的可靠性。研究结果表明:路基的含水率均随地下水位的升高呈指数形式上升,持续的降雨蒸发作用对路基边坡影响深度范围是0.2～0.3 m;预估含水率与实测值基本一致,预估误差最小为3.9%,最大为8.9%,说明基于非饱和渗流原理的有限元模型对路基含水率的预估具有较高的精度。
为解决钢桥面沥青铺装疲劳设计应变没有解析公式的问题,进行了整桥平面弯曲应变简化计算模型、钢箱梁扭转横向弯拉应变计算简化模型、局部钢桥面沥青铺装叠层梁应变简化模型等3个结构体系的分析,采用弹性支承多跨连续梁模型与弹性地基梁模型,结合拉索当量支撑刚度、主梁抗弯刚度、钢箱梁截面抗扭刚度、桥面板加劲肋当量支撑刚度等作为计算参数,分析全桥最不利布载、最大偏心布载、最不利局部布载等3种布载方式,分析得到了3结构体系模型下钢板表面的弯拉应变计算方法。3结构体系计算结果表明,荷载作用下加劲肋造成的铺装表面横桥向弯拉应变对总应变的贡献率为80%以上,即使考虑设计车队荷载,主梁平面弯曲造成的铺装表面弯拉应变对总应变的贡献率不足15%,主梁扭转造成的铺装表面弯拉应变对总应变的贡献率超过15%。
结合工程结构被动控制领域的研究成果及进展(以大行程板式铅剪切阻尼器为例),对罕遇地震作用下千米级斜拉桥的减震控制进行了分析研究。通过对比分析大行程板式铅剪切阻尼器、粘滞阻尼器和弹性连接三者的数值计算结果发现,只要设计时阻尼器的相关参数选择恰当,大行程板式铅剪切阻尼器的减震效果要优于弹性连接,且与粘滞阻尼器相当。同时,分析了在正常运营阶段温度作用下减震装置对结构的影响。计算结果表明,大行程板式铅剪切阻尼器对结构的附加内力并不会比弹性连接引起的附加内力大,在运营阶段对结构的影响较小。大行程板式铅剪切阻尼器不仅满足了结构减震控制中对行程的要求,而且使用寿命长,构造简单,成本低,在千米级斜拉桥的减震控制中具有良好的应用前景。
深水大跨刚构桥在地震荷载作用下,水下结构部分与周围水体之间相互作用必然导致结构受到水体运动产生的动水力的作用。在已有Morison动水理论的基础上,利用深水大跨桥梁在动力荷载作用下的动水力简便计算方法,以某一大跨深水刚构桥为对象,分析了动水对刚构桥结构动力特性和地震反应的影响。主要结论有:水与刚构桥下部结构相互作用将使刚构桥自振周期有所增大,其中有水状态下桥梁第1阶自振周期相对无水时增大了4.72%;地震作用下动水对刚构桥结构内力有显著的影响,使桥墩底部弯矩最多增大了76.57%,平均增大了28.72%。并且动水使桥墩顶部位移平均增大了18.41%。且不同类型地震作用时,动水对桥梁动力响应的影响不尽相同。在深水大跨刚构桥进行抗震设计中,动水对桥梁动力响应的影响不容忽略。
为了方便钢筋混凝土简支梁桥结构耐久性评定和耐久性设计,分析了影响钢筋混凝土简支梁桥耐久性的主要因素,针对主要影响因素选择合理的钢筋混凝土结构寿命评估准则,采用多指标分级加权的方法建立了单个构件的耐久性指标表达公式;结合钢筋混凝土简支梁桥的结构特点及其结构受力时的传力方式,分别以主梁、桥面板、桥墩和基础作为主要构件,针对主要构件对桥梁结构进行耐久性研究,采用层次分析法确定各主要构件耐久性指标中影响因素的权重。考虑各构件对结构体系耐久性影响的重要程度,采用重要性系数来反映各构件耐久性对整个结构耐久性的影响,结合单个构件的耐久性指标采用分级加权法提出钢筋混凝土简支梁桥结构体系的耐久性指标表达式。
为了实现斜拉桥缆索的自动无损检测,针对斜拉桥缆索自动无损检测方法进行研究,提出基于蛇形机器人多传感器数据融合的缆索缺陷自动检测方法。通过搭载多传感器的蛇形机器人螺旋攀爬运动,实现在役自动检测;利用数据融合技术对多传感器的数据进行融合实现桥梁缆索缺陷的自动检测,在数据层采用加权平均进行信号融合,在特征层采用支持向量机作为缺陷分类与识别平台,在决策层应用D-S证据理论对缺陷做出最后决策,并应用有限元软件ANASYS建立缆索缺陷仿真模型,在MATLAB上对数据融合算法进行验证。研究结果表明该方法能够方便地实现缆索缺陷在役自动检测,不仅可以降低系统的不确定性,而且能有效地提高缆索缺陷识别精度和可靠性。
首先对郭家川2#隧道大变形的特征及产生机理进行了全面分析,指出该隧道发生初期支护大变形的主要原因;进而在对现有隧道初期支护大变形常用处治方法(包括加固措施及侵界处治措施)进行综合分析比较的基础上,有针对性地提出了治理郭家川2#隧道初期支护大变形的加固方法及侵限处治措施,即地表封闭、洞内成环、侵界调坡的方案;为充分发挥围岩的自承自稳能力,提出了以柔克刚,以刚克柔,软岩硬进,硬岩软进的支护原则。实践证明,该方法在软弱破碎围岩条件及大变形处治过程中是行之有效的。
高速公路的高路堤、护栏、高架桥、中央隔离带以及匝道等形成高速公路系统界壳,高速公路系统和环境间车流交换机制在很大程度上取决于界壳的结构和属性,界壳结构和属性的研究是高速公路界壳控制理论研究的基础。运用界壳理论,结合布尔代数及可拓学方法,探讨高速公路系统界壳拓扑结构,研究其长度、开放度、交换率、张力、压力、界门数量等界壳属性的定量表述以及位置、类型、宽度、长度等界门属性的标记;建立适于描述匝道控制的界壳和界门属性物元模型;分析匝道控制与界壳物元属性值的变化关系。研究表明结合布尔模型和物元模型可以较好地描述高速公路系统界壳属性,高速公路匝道控制的实质是通过调节高速公路界壳开放度使实际界壳物元接近理想物元的过程。
为有效提高快速路交通事件检测的覆盖率,解决算法误判率较高的问题,本文通过分析交通事件发生时交通流参数在时间维与空间维的变化,分别提出了基于固定检测器的多参数判别算法与基于浮动车的时空二维判别算法.当两个数据源算法同时满足检测条件时,研究以D-S理论为基础,将两个子算法有效地结合,实现事件的综合检测。最后,研究利用北京市快速路上采集的交通事件数据、固定检测器数据和浮动车数据对算法性能进行了检验。结果表明,基于固定检测器的多参数判别算法和基于浮动车的时空二维判别算法的检测率、误判率都达到了较好的效果,可以满足系统应用的需要。基于D-S理论的综合检测算法,具有比其他经典判别算法与两个子算法更低的算法误判率。
针对现有交叉口转弯比例计算的约束非线性规划模型不满足交叉口流量守恒方程、准确性欠佳等不足,引入道路通行能力比TCR(Traffic Capacity Ratio),建立了改进的交叉口转弯比例计算模型,并用于交叉口各相位流量的估计,其估计值为优化路网流量分配方案和交通交叉口信号相位控制方案提供了依据。以典型的交叉口为例,在不同的交通流量环境下,利用TransModeler交通仿真软件平台进行了试验验证,并与典型的约束非线性规划模型的研究成果进行比较。结果表明:提出的转弯比例计算模型更易满足交叉口流量守恒方程,转弯比例的计算准确度获得了明显提高,且将其用于相位流量的估计中取得了更好的效果。
高速公路互通式立交桥匝道一般为卵形曲线,是指在2个半径不等的圆曲线间插入一段非完整缓和曲线,为了方便坐标的计算,将插入的非完整缓和曲线视为完整缓和曲线的一部分。另外,实际施工所需放样中,通常需要根据与边桩及控制点位对应的中桩坐标、中桩切线方位角及横向距离计算所需点位坐标,因此针对卵形曲线段任意中桩坐标及中桩切线方位角的计算、测设问题,将卵形曲线转化为完整缓和曲线的一部分,进而推导了简洁、实用、易懂的计算公式。并结合工程实例,对所推导公式的实用性及可行性进行了验证,证明所得公式计算精度能够满足施工要求。且互通式立交桥中S形曲线匝道坐标计算和测设也可参照卵形曲线的计算和测设方法来实现。
为提高高烈度地震区公路路网的抗灾能力,指导灾区公路规划和生命线公路工程的建设,在目前公路网抗震设防既无系统理论,又无可执行的技术指南的情况下,借鉴国内外单体工程抗震设防研究成果的基础上,从发挥路网整体抗灾能力的角度,以公路运输满足抢险救援的用户需求为出发点和落脚点,系统地提出了高烈度地震区路网抗震设防的思路和关键技术,包括用户需求分析、路网抗震设防的技术要求、路网抗灾能力的量化指标体系及评价技术、路网抗震设防标准及抗灾能力优化配置技术等,研究成果对于提高高烈度地震区公路路网的整体抗灾能力具有重要意义。
在对山区公路交通流随机干扰特性进行分析的基础上,研究了随机干扰对交通流的影响,利用物理学中的势能理论原理,建立了适于山区公路交通流安全分析的车辆微观分析势能模型和交通流宏观分析势能模型,并建立了基于势能理论的山区公路交通流随机干扰模型。最后,通过VISSIM仿真软件模拟短时随机干扰交通流,对建立的模型进行验证。结果表明,发生随机干扰后,路段行驶速度降低,通行能力下降,随机干扰上游交通量增大明显,发生干扰后路段交通流势能增大,发生交通事件的可能性增大。验证结果与传统交通流理论得到的分析结果基本一致,说明势能理论在山区公路交通流随机干扰特性分析方面具有一定优势。
