为研究沥青路面抵抗冻融损害的能力,结合损伤理论,进行了沥青混合料冻融损伤模型及残余寿命预估的研究。建立了适用于冻融条件下沥青混合料损伤的普适模型,并提出了相应算法;然后根据快速冻融作用下混合料的各性能试验结果对该模型进行了验证;最后提出了模型应用于混合料冻融损伤后寿命预估的方法。结果表明:随冻融循环次数增加,沥青混合料性能衰减,损失度增大;模型能较好的拟合沥青混合料冻融循环后各项性能指标的变化;宜将抗压回弹模量作为评价混合料抗冻融损坏能力的和寿命预估的主要指标。
运用弹性薄板理论,根据连续配筋混凝土路面板挠度等效与应力等效原则,将作用于板中的车辆集中荷载通过傅里叶级数展开为等效的半波正弦荷载,提出了车辆荷载作用下脱空的连续配筋混凝土路面板的竖向位移和应力公式。结果表明:集中荷载作用下连续配筋混凝土板的最大挠度与荷载大小、板的宽度成正比,与板的厚度、横向弹性模量成反比,其中板的宽度与厚度影响显著。板的最大应力与荷载大小、板的宽度成正比,与板的厚度成反比,其中板的厚度影响显著。在脱空地基路段,应优先选择增加板的厚度来降低板的挠度和应力。分析结果为脱空的连续配筋混凝土路面的结构设计提供理论基础。
针对半刚性沥青路面的车辙特性,利用有限元软件ABAQUS模拟分析了连续变温温度场下不同路面结构车辙发展规律、沥青面层不同结构层的车辙比例及路面车辙与沥青层厚度的关系。结果表明:路面车辙的发展规律与沥青混合料永久变形规律相似,同样表现出3阶段特性,同样并不存在严格意义上的等速阶段,只是在荷载作用次数的某一范围内,车辙发展速率基本保持恒定;不同结构组合的沥青路面车辙发展规律大致相同,即荷载作用初期车辙发展较快,随后车辙发展进入稳定增长阶段,但是荷载作用末期,车辙有可能加速发展,进入破坏阶段;中面层车辙所占比例远高于其他面层,应该重视提高中面层沥青混合料的抗车辙能力;对于半刚性沥青路面结构,路表车辙并非随厚度的增大成直线上升,其增幅随厚度的增大而逐渐变缓。
针对桩承式路堤结构的作用特点,基于Marston土压力理论,通过考虑填料粘聚力的柱面剪应力转移模型,对桩承灰土路堤基底荷载效应进行了研究;并结合Winkler地基模型提出了基底变形协调的荷载作用效应值迭代求解的方法。通过算例,对计算模型中剪应力修正系数β、填料粘聚力c、基底桩土刚度等因素进行了分析。结果表明:随着β、c的增大,桩间应力折减比S降低,桩顶应力集中明显,工程计算中不应忽略两者的影响;桩帽尺寸效应(b/s,mc)对基底桩、土刚度影响显著,计算中需对基底桩、土刚度系数进行修正;桩间应力折减比S随b/s呈先减小后增大的趋势,且当桩帽置换率mc约为25%~35%时,路堤土拱效应更为显著。
山区公路经常沿水库修筑,水库的蓄水与放水能引起水位的循环升降变化。水位变化对边坡稳定有较大影响。基于Plaxis有限元软件的渗流计算和边坡稳定的强度折减法计算功能,以一个实际库岸边坡为算例,分析了水位升降变化及下降速率、土体渗透系数、是否考虑超孔隙水压力对边坡稳定性的影响。分析结果表明,当土体设置为排水条件时,不管水位升还是降,边坡稳定系数都先减小,后又上升,即都存在一个使边坡稳定系数最小的水位。随着水位下降,土体设置为不排水条件下坡体内产生的超孔隙水压力导致的边坡稳定系数比排水条件下约低10%左右。水位下降速率越大、土体渗透系数越小,越不利于边坡稳定。
以贵州镇胜高速公路一段类土质路堑边坡为依托,通过测斜仪、时域反射法(TDR)、固定式测斜仪、渗压计和雨量计在边坡监测中的综合应用,对比分析了人工监测和自动监测的数据,研究了降雨和施工对类土质边坡稳定性的影响,总结了时域反射法(TDR)、固定式测斜仪监测方法的优缺点及边坡自动监测的实现方式,初步实现了边坡基于施工过程监测的动态设计,保证了施工安全。结果表明:时域反射法(TDR)和固定式测斜仪相结合是实现边坡自动实时监测的有效手段;施工对类土质边坡稳定性的影响大于降雨。
为弥补公路路堤沉降预测中各现有模型存在的不足,并有效控制高路堤在建设期的稳定性,提出了基于等体积法的路堤侧向位移沉降模型,并推导出了计算公式。采用该公式对高速公路试验段长达1 a的沉降和侧向位移观测数据进行分析计算。结果表明,由侧向位移产生的沉降量约占总沉降量的20%;侧向位移产生的沉降也并非瞬时能完成,也能延续相当长的时间;瞬时固结过程中没有孔隙水的排出,但将路基土看成弹性体而认为其导致的变形是瞬时完成的看法是片面的。在沉降预测中,应充分考虑侧向位移产生的沉降对模型的影响;侧向位移沉降模型能更好地反映出高路堤沉降组成和实际情况,预测准确。
为综合考虑高速公路构造成本和运营成本,详细分析了土石方成本和燃油消耗成本的影响因素,描述了土石方量和燃油消耗量的计算过程,以两者之和构造了适应度函数。然后对等距划分纵断面的变坡点进行二进制编码,基于遗传算法建立了一般情况下高速公路线路纵断面节能设计的模型与算法,致使线路设计的着眼点不再局限于强调工程造价的构造阶段,而是延展至高速公路运营阶段。仿真案例表明:本模型具有良好的全局寻优能力,能快速给出高速公路纵断面设计的初始优化方案,若在此基础上辅以人工调整,优化效果更趋明显。
采用二级模糊综合评判法,通过某地铁站基坑工程实例,首先对该站进行了风险分析,包括地质风险、施工风险、环境风险。并对相应的风险进行分级进而做出风险评判。结果表明,该车站地质风险等级为3级;结构设计与施工风险等级为4级;环境风险等级为4级;该站总体风险等级为5级。并根据该车站的风险等级和具体情况,提出了对降水进行设计和专向施工;基坑开挖前对既有天桥进行临时加固,并加强对围护结构和天桥的监控量测;对周边结构的基础、结构形式进行调查;探测周边管线实际状况等工程建议。
通过对不同表面处理方式的传力杆和对摆放位置存在偏差的传力杆进行拉拔试验,发现不同表面处理方式中喷塑处理可以最大可能性的满足传力杆的设置要求,同时发现传力杆角度的偏差是造成水泥混凝土路面接缝两侧50cm范围内出现裂缝的主要原因;通过弯曲疲劳试验,评价了不同水平安装误差条件下(0°、5°、10°、15°)的接缝传荷能力衰减规律,发现随着传力杆偏差角度的增大,初始接缝传荷能力呈现迅速下降的趋势,并且其整个工作周期内的工作性能发挥也越来越差,当传力杆在水平面内存在不大于5°的角度偏差时,接缝传荷能力可保持在中等水平,对传力杆工作性能不会造成太大影响。最后给出经80万次弯曲疲劳后传力杆的松动量,并提出施工中如何避免传力杆位置偏差的控制措施。
为系统阐述全寿命周期成本分析的桥梁设计的研究现状,介绍了全寿命周期成本分析的研究背景、基本概念和原理,综述了寿命周期成本分析方法在桥梁结构全寿命设计方案决策的研究现状、关键技术和使用前景。总结国外全寿命周期成本基本理论体系,对全寿命周期成本模型和框架的研究进行了介绍,将两种最具代表性的模型进行了对比。归纳了近年国内桥梁全寿命周期成本的构成以及计算方法的研究概况,指出寿命周期成本主要由管理单位成本、用户成本和社会成本组成,分析了计算成本各组成部分中的困难,总结目前基于全寿命周期成本的桥梁设计中存在的问题。为基于全寿命周期成本的桥梁全寿命设计、维护、投资方案决策以及桥梁管理系统开发提供必要的研究背景。
将数字散斑相关法应用于测量结构振动的位移和频率,对振动结构标记人为散斑或者利用结构本身较明显的天然散斑作为目标点,利用摄像机连续采集一系列数字图像,结合数字散斑相关法,对目标点散斑进行识别,计算其在图像中位置的变化以获得目标点位移,进而通过FFT变化得到频率。在振动台水平正弦激励某模型结构的实验中,通过与位移计测量结果的比较证明,所提出的方法是可行的,并且具有工程可接受的精度。通过试验详细探讨了散斑的选取对测量结果的影响。本文方法可方便的应用于桥梁、建筑、空间结构等土木工程结构的振动位移与频率的非接触、全景式多点同时监测。
纵肋与横梁交叉部位处横梁弧形切口周边疲劳裂纹是正交异性钢桥面板的主要病害之一。采用有限元方法对钢桥面板横梁弧形切口周边应力分布及特点进行了分析。研究表明:横梁高度对引起该类型疲劳裂纹各作用的发挥有决定性的影响,对于高度较小的柔性横梁,横梁的整体行为效应占主导地位,疲劳敏感位置遍布整个剪跨段;高度较大的刚性横梁局部行为效应显著,疲劳敏感位置仅位于轮荷载直接作用处。横梁弧形切口周边以承受面内应力为主,面外应力很小。仅就应力水平而言,高度不同的横梁其适配的切口形状不一致,Eurocode推荐的铁路桥孔型5对柔性横梁较理想,而孔型4对刚性横梁较有利。我国采用较多的扁平钢箱梁实腹式横隔板与刚性横梁相似,应用国外研究成果时需慎重。
为研究大吨位小半径环向预应力钢束的孔道摩阻系数及钢束伸长值理论计算方法,以哈尔滨四方台斜拉桥为研究对象,进行索塔锚固区节段足尺模型试验及张拉工艺试验。通过试验现象观测、数据分析及孔道局部解剖,系统地分析了影响张拉伸长量的主要因素。研究结果表明:基于最小二乘原理的多变量数据拟合技术为分束计算μ值提供了可靠依据;引入等效束型概念,避免了预应力束伸长量计算前后假定不一致的问题;综合考虑钢束内部的弹性伸长量、由束效应与小半径效应引起的附加伸长量、张拉工作段伸长量及锚具压缩引起的伸长量的计算方法,对大吨位小半径环向预应力钢束张拉伸长量超过现行规范规定的现象,能作出合理解释,对规范在直梁张拉基础上得出的伸长量计算方法是有益补充。
为了分析悬臂浇注施工的预应力混凝土(PC)箱梁桥在梁段之间存在的竖向接缝对混凝土整体强度影响,通过2座实桥与室内模型梁的接缝混凝土强度测试和承载能力试验发现:在正常施工条件下,大部分接缝处混凝土强度与腹板一般位置相比存在一定折减,其主要原因在于接缝附近端部混凝土由于振捣比较困难,混凝土沉积不均匀,导致接缝处混凝土质量要比一般位置混凝土质量差;接缝处不同混凝土粗糙度对混凝土箱梁抗拉强度有影响,其开裂荷载比整体一次浇注模型梁有所降低。因此施工中必须控制其接缝质量,增加交界面混凝土粗糙度,以提高新老混凝土结合面的粘结性能。
介绍了磁致伸缩技术的基本原理,并研制基于磁致伸缩导波技术的缆索无损检测设备。对设备中的3大系统:激励信号发生系统、功率放大系统和导波检测系统进行说明,并分析采用设备进行缆索损伤定位的原理。设计制作带缺陷试验缆索进行大量检测试验,对检测数据进行细致分析,结果表明:磁致伸缩技术和研制的无损检测设备可较好地实现缆索损伤定位;传感器无需通过缺陷部位,远距离即可检测出缺陷,导波检测精度与缺陷和传感器之间距离有关,在导波检测范围内,传感器越靠近缺陷,检测精度越高。
密切跟踪浏阳河隧道的仰拱施工状态,开展现场测试,基于大量的实测数据研究水下浅埋公路隧道施作仰拱产生的力学效应。研究结果表明:仰拱开挖使上拱部不同部位的围岩与初衬接触压力发生不同的变化,有的部位接触压力增大,而有的部位接触压力却减小;整个初衬层闭合能制约上拱部初衬拱顶沉降和水平收敛的发展;挖掉仰拱初衬上的临时填土会使型钢拱架在仰拱底的应力有较大增加;仰拱混凝土浇注完后,仰拱初衬背后的水压力呈增加之势;仰拱混凝土既分担了部分围岩荷载,又起到了安全储备的作用;仰拱混凝土终端与仰拱开挖面的距离取为25~35 m是合理的。
通过对浮动车定位数据情况的分析,可知大部分速度估计算法仅适用于采样时间间隔不大于行程时间的情况,为在相同浮动车比例以及采样时间间隔的条件下,提高数据利用率,以提高速度估计结果的路网覆盖率,提出两种速度估计算法:车辆跟踪法、速度-距离积分法,并给出路段区间平均速度自适应估计模型。使用真实交通流OD数据进行仿真,结果表明在相同的浮动车定位数据情况下,使用自适应估计模型可比速度-时间积分法获得更高的路网覆盖率,且所得的速度估计结果的误差与速度-时间积分法处于同一水平。
为实现复杂工况下的车道线保持控制,建立了包含转向机构动态的车辆横向动力学模型,在此基础上研究了车辆在直道与弯道工况下的车道保持控制问题并提出一种自校正滑模控制方法。该方法引入sigmoid函数代替滑模控制中的符号函数并根据Lyapunov稳定性理论设计了自校正律,在自校正律的作用下sigmoid函数的边界层厚度以及切换增益可根据系统状态进行自适应调节,从而改善滑模控制器输出的抖振现象;另外该方法通过引入饱和环节对滑模控制器产生的一些过大的控制信号进行过滤,以改善传统滑模控制在初始时刻控制量过大的缺点。基于Lyapunov理论证明了该方法的稳定性,最后通过仿真试验进一步验证了该方法的可行性及有效性。
针对ISG型混合动力汽车能量分配的控制过程,应用传统的模糊控制存在精度不高、自适应能力有限等问题。提出一种粒子群优化模糊控制的方法。在应用传统模糊逻辑建立控制模型基础上,利用粒子群算法对模糊控制中的隶属度函数进行优化,实现了优化的隶属度函数随环境变化以及负载变化实时跟踪模糊控制器的参数变化。仿真结果表明,与Insight控制策略和传统模糊控制策略相比,该方法能够降低电池组SOC变化,同时提高混合动力系统的燃油经济性。试验结果验证使用该方法能够在一定程度上将电池SOC控制在比较合理的范围。
基于生态学食物链与生态网思想,运用经济学投入产出原理,建立了完全消耗系数与直接消耗系数比例关系的产业关联度模型,旨在揭示我国交通运输业在不同产业环境下的生存力与发展力,从而根据社会经济发展趋势和产业互动能力有策略地放大产业关联效应,提出协同发展和产业联合战略发展的具体实施建议。通过对交通运输产业的前、后向影响分析与关键路径的选择,指出我国交通运输业的发展应能源消费多元化,同时适应社会经济生态环境复合系统可持续发展的整体要求,并提高交通运输业综合效率,引导其与服务业、技术密集型行业的充分结合。对制定我国今后交通运输业发展政策提供参考依据,使我国交通运输业成为社会经济发展的坚实基础。
