为进行开级配沥青碎石细观力学分析,研究了开级配沥青碎石随机凸多边形集料模型生成方法。为使模型更加逼真,生成过程更加高效,考虑孔隙的模拟,用面积控制集料颗粒的投放,利用蒙特卡罗方法生成二维随机圆形集料模型,引入一系列预判条件改进延凸公式和基块体的生成方法,改进侵入和相交判断方法,并给出2块体相交判断方法,通过延凸,生成二维随机凸多边形集料模型,并通过过程控制使模型的生成符合实际沥青碎石试件的制备过程。模型生成实例表明,本模型生成方法效率较高,较符合真实沥青碎石试件;基于本模型的数值单轴试验结果较符合实际,证明本模型是有效的。
采用电液伺服阀控制的刚性试验机对不同钢纤维含量,不同养护条件下的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)进行了立方体抗压试验与轴心抗压试验。通过对试件立方体抗压强度的测定,确定了RPC的强度等级。通过对试件轴心受压应力-应变曲线的测试,得到了RPC轴心抗压强度,掌握了轴心受压过程中RPC应力-应变变化规律。同时对不同应力-应变曲线比较,分析了RPC的弹性模量、峰值应变、受压韧性指数等受压力学特性及材料本构关系,并针对结构的正截面承载力计算分析,提出了相应的计算本构模型。对于RPC力学性能的研究可以为实际工程结构的设计提供理论支持。
利用k0连续加载固结仪对饱和软土进行了应力松弛试验,分析了饱和软土松弛阶段轴向应力以及松弛速率随时间的变化,从Merchant模型入手,利用变参数法建立了描述饱和软土应力松弛特性的非线性模型,并进行了模型计算和实测数据的对比分析。结果表明:饱和软土松弛阶段包括松弛加速阶段和松弛缓速阶段,随着时间的增大,松弛阶段的应力减少逐渐趋于稳定,产生一定的残余变形,且松弛应力与应力水平呈良好的线性关系;建立的变参数非线性应力松弛模型中含有的4个参数均与土的性质有关,可根据室内一维松弛试验反算得到;模型计算值与实测值拟合较好,为研究饱和软土松弛特性提供了有力的依据。
基于一维蠕变试验成果,并借助Kelvin流变模型建立了能同时考虑时间-应力-应变三者互动的Kelvin-双曲线经验模型。通过分析,表明该模型能反映压实黄土随时间增加,应变逐渐增大,应变速率逐渐减小,呈衰减型发展的蠕变特性。同时考虑到实际工程中填土荷载分级施加、前后两级荷载施加的时间间隔及填土层的厚度等问题,在做了必要的假定后,结合分层总和法的思想得出了相应的黄土高路堤沉降过程计算模型,并将该经验模型应用于实际工程,从而验证了模型的可靠性,同时对该模型的适用性进行了探讨。
现场调查表明,锚杆支护能有效提高边坡在地震作用下的动力稳定性。通过采用拟静力法对汶川震区内锚杆支护边坡的地震稳定性进行验算后得知,边坡的动力安全系数随锚杆长度的增加而增大。利用FLAC3D分析了地震作用下锚杆支护边坡的动力响应规律以及锚固参数对边坡动力特性的影响。结果表明,锚固措施能有效抑制坡表加速度的放大作用,地震后锚杆支护边坡水平位移的最大值出现在坡顶,且锚杆的轴力较地震前也有一定程度的增大;坡面峰值加速度放大系数和最大位移随锚杆长度的增大而减小,随锚杆间距的减小而增大,锚杆倾角对边坡PGA放大系数的影响规律并不明显;根据锚杆轴力的分布特征,提出了锚杆支护边坡在地震作用下潜在滑裂面位置的确定方法。
本文结合理县至小金公路(理县段)豹子嘴边坡灾后重建项目实际情况开展了边坡现场稳定性监测试验,监测期间区域范围曾发生3次4.8级以上的地震,根据监测结果得到以下结论:施工后坡面在经历2个月的变形衰减后,基本趋于稳定;该处边坡为反向结构面,地震还将对坡表岩体结构产生一个挤密的变形作用,利于坡表岩层的稳定;地震作用对边坡浅层岩体结构面水平变形有较大的影响,这与边坡处于逆冲断裂上盘的推覆体构造存在压剪作用的区域应力环境有关;水平位移变化在前期较为频繁,这与该处位于道路弯道部位,除了受到行车荷载、地震激发的影响外,可能还有其它未知因素的作用,后期的观测数据表明该处已基本恢复稳定。
高速公路服务区路面频繁受到车辆施加的水平力的作用,超薄水泥混凝土(UTW)路面抗水平力破坏性能强,但将UTW用于服务区新建路面需要有针对性地进行路面设计。在分析服务区交通特性和UTW受力特性的基础上修正了轴载等效换算公式;引入超细粉煤灰(UFA)等量取代部分水泥,设计出的UTW板水泥混凝土满足结构要求;通过直接剪切试验和拉拔试验对比了不同层间结合措施的效果,优选出先洒改性沥青再压入碎石的层间结合措施,将其用于UTW与其下沥青混凝土层之间,并通过试验确定了碎石的最佳粒径和用量。试验路的成功实施证明UTW是能够用于服务区新建路面的。
以一座钢管混凝土桁拱为工程背景,结合气象资料,应用有限元方法对拱肋弦管的热脱粘情况和温度应力进行了分析。分析结果表明,自然环境温度变化下,钢管混凝土桁拱弦管容易发生脱粘;各弦管由于日照作用及混凝土灌注时间的不同,脱粘的情况也不尽相同,脱粘一般发生在日照较为强烈、温度梯度较大的面上;脱粘使得钢管混凝土桁拱的温度次内力减小,钢管的温度自应力增大,核心混凝土的温度自应力减小。基准温度越低,热脱粘的可能性越大。因此,实际工程应用中,在合龙温度的选择上,如何解决降低温度次内力与减小热脱粘二者之间的关系问题,还有待于进一步的研究。
基于AC I209(1992)的徐变和收缩计算模型,在合理考虑长期荷载作用下钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用ABAQUS软件建立了长期荷载作用下的矩形钢管混凝土轴压构件的数值分析模型。基于此理论模型,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土短柱的受力特性进行了分析,对比了考虑长期荷载效应与否时钢管对混凝土的约束力、核心混凝土应力场等的影响。结果表明:长期荷载作用下矩形钢管混凝土的纵向应变随着截面高宽比β的增大而不断减小,外包钢管对混凝土角部横向约束力在高度L/2处最大,然后向构件两端逐渐减小。由于核心混凝土的徐变与收缩,构件截面出现了应力重分布。
通过构建以不规则五边形最小面积为特征向量的评价函数,将对既有钢筋混凝土拱肋承载力的定性描述定量化,并利用雷达图推算出承载力评定的检算系数Z1的标度评价值,有效地消除了各项因素之间的线性关系。基于最小二乘法拟合了检算系数Z1与其标度评价值之间的曲线方程。用检算系数Z1对不考虑损伤的有限元计算结果进行修正,获得承载力评定值,并对两片服役多年的既有钢筋混凝土拱肋的承载力开展试验研究。结果表明,承载力评定值与试验结果吻合较好,可为既有钢筋混凝土拱肋的承载力评估提供科学依据。
坝陵河特大桥位于地形特殊的山区,桥址风环境非常复杂,是我国西部山区桥址的典型代表,为了正反映桥址处风的实际状况,探索通过地形模拟风洞试验来确定桥梁设计基准风速和相关的风特性参数的方法和可靠性,为将来类似桥梁提供参考。试验研究结果表明:坝陵河特大桥在横桥向来流作用下,跨中桥面高度处风速受到"峡管效应"的增速作用;峡谷内平均风剖面的分布具有明显的不均匀性,桥面高度处平均攻角范围为±4.7°,高于规范要求的±3°;桥面高度处的水平和竖向脉动风速功率谱与规范谱在高频区吻合较好,在低频区有较大差别,本文采用较为接近的Von Karman脉动风速功率谱。
裂缝是水泥混凝土桥梁的一种常见病害形式,基于图像的桥梁裂缝病害检测是实现桥梁数字化无损检测的一项新技术。为此,提出了一种基于图像连通域的桥梁裂缝提取方法,以实现从桥梁图像上准确识别裂缝,并提取其特征参数。针对水泥混凝土桥梁图像采集时,施工接缝、光照、污损、抖动等因素造成的干扰,主要分3个步骤实现裂缝目标的提取:(1)对所采集的经过去模糊处理的桥梁图像进行特征分析;(2)根据像素灰度对比提取疑似裂缝信息;(3)利用连通域度量去除虚假裂缝,保留真实裂缝信息。通过对大量的桥梁图片进行测试,结果表明,该方法能实现桥梁真实裂缝特征的提取,具有较强的鲁棒性和实用性。
基于实际桥梁的承载力破坏试验是验证桥梁极限承载力的最直接的方法,以山西省左家堡大桥为试验对象,介绍了此钢筋混凝土简支T梁桥破坏性试验的方法及加载过程,通过试验获取了桥梁的实际极限承载力,同时也获得了在破坏试验过程中挠度、裂缝及刚度退化等随加载变化的规律,明晰了桥梁的破坏机理,并且基于有限元软件ABAQUS建立了左家堡大桥的空间实体有限元模型,对试验过程进行了非线性有限元分析。结果表明:左家堡大桥虽有裂缝和横隔板失效等初始损伤,但是其承载力具有一定的安全储备;试验过程中桥梁的荷载横向分布随着载荷的增大而有所变化;通过选取合理的材料本构及对初始损伤的模拟,有限元模拟与实桥承载力试验符合得较好。
以一座主跨径为20 m的5孔钢筋混凝土简支梁桥为实例,基于相似理论按照几何尺寸比CL=1/4设计了T形主梁的9片缩尺模型梁,试验共分为3组,探讨了不考虑二次受力情况(试验2)与考虑二次受力情况(试验3)下对梁体进行贴BFRP布加固后构件的极限承载力、裂缝开展、BFRP布应变及最终的破坏模式等相关力学特性,并与未加固对比梁(试验1)的力学性能指标进行了对比分析。结果表明,试验2、3中的平均挠度值较试验1分别降低了36.7%及28.9%;并且试验2、3中梁破坏时BFRP布平均应变值分别为15 118、10 921με分别是BFRP布极限拉应变17 916με的84.4%和61.0%,说明BFRP布加固后对梁体的刚度有显著的提高且试验2加固效果要优于试验3;所有加固梁的最终破坏模式均表现为脆性破坏。通过理论计算值与试验结果对比可知,BFRP加固T形混凝土结构设计中,可按我国现行混凝土结构加固设计规范进行设计计算。
为消除环境温度对结构损伤识别的影响,提出了一种基于主成分分析与小波包系数节点能量谱的损伤识别方法,该方法把环境温度当成影响结构动态响应的潜在变量,通过计算结构动态响应的主成分残差来消除环境温度对动态响应的干扰,并通过此残差小波包系数节点能量谱计算结构损伤敏感特征,通过对比结构未知状态和参考状态的损伤敏感特征判别结构是否损伤。最后通过一钢结构平台数值模拟试验验证本文方法的可行性,模拟试验结果表明:该方法可以消除环境温度对损伤识别结果的影响,并具有很好的噪声鲁棒性。
研究城市动态交通网络紧急疏散路线确定问题。针对城市交通网络的不确定性并考虑到智能交通系统的发展,在分析城市灾害应急管理对疏散路线确定要求的基础上,提出通过离线方式确定预案和根据实时信息调整预案的紧急疏散路线确定的方法,简介了实现该方法的系统结构。在离线模块中,利用已有路网统计先验信息建立基于时间依赖网络城市交通紧急疏散线路预案的确定模型,采用最小费用流与时间依赖非FIFO网络最短路的综合算法对模型进行优化求解;在在线调度模块中,采用非参数回归方法预测动态路阻,建立基于实时信息的紧急疏散线路模型,采用F loyd算法进行优化求解,对方案予以调整;仿真试验分析了该智能思想的效果,证明了该原理与方法的有效性。
利用投影动态系统理论建立了具有路段通行能力约束的弹性需求交通网络动态演化模型。通过分析节点路段处交通流量与出行阻抗关系,揭示了出行者在网络局部对出行路线进行调整的决策过程,并分别建立了有通行能力约束的路段流量更新方程和弹性交通需求下的节点最短行程时间估计方程。通过在整个网络上整合上述两类方程,得到最终的交通网络投影动态演化系统。通过分析该动态系统的稳态特征,揭示了由网络局部的阶段性路线调整行为出发,最终涌现出行者在网络宏观层面选择最短路径出行的行为机理。结合具体的建构模型过程,给出了一个时间离散化的动力系统演化模拟及系统稳态求解算法。通过设计阶梯式的收敛指标提高了模型逼近系统稳态的速度。最后用算例验证了模型算法的有效性。
基于小汽车通勤出行特性和成本分析,采用意愿调查法对小汽车出行者的社会经济属性、通勤特性和不同燃油价格下的出行意向进行调查,定量分析停车位供应状况、停车费、燃油价格等因素对小汽车使用者通勤出行频率的影响,以获取高燃油价格下小汽车通勤行为随燃油价格(出行成本)变化的规律。基于多项选择模型,分别建立了RP模型、SP模型和基于RP、SP数据融合的小汽车通勤出行频率选择模型。结果表明:融合数据模型的参数检验较显著。小汽车周通勤出行频率选择概率对燃油价格的弹性均小于1.0,缺乏弹性。小汽车通勤出行中低出行频率的燃油价格弹性明显高于高出行频率的燃油价格弹性,该群体的小汽车出行需求压缩空间较大。
将道路交通网络出行时间连续随机分布条件下的出行用户交通出行作为研究对象,结合我国交通信息系统逐步普及的背景,按其所采用出行策略的不同划分出行用户,将出行者有限理性的特点引入到出行者路径效用函数当中,以累积前景理论为基础,建立出行者的路径感知效用函数。结合W ardrop原理和变分不等式思想建立多类型用户的网络均衡模型,通过实例分析,证明了文中模型在描述出行时间不明确条件下出行者的路径选择行为和预测道路网中交通流量的分布形态方面的科学性。
针对串联式静液传动混合动力车辆中,发动机工作状况独立于车轮负载情况,储能元件功率密度大、能量密度低的特点,提出了基于随机动态规划方法的发动机功率管理策略,对发动机工作点进行优化控制。根据传统车辆性能参数配置了串联式静液传动混合动力车辆,以降低燃油消耗为优化目标,对原发动机和减小装机功率的发动机工作情况进行仿真。结果表明,采用该控制策略进行优化控制,发动机燃油经济性大幅提高,氮氧化物和烟尘排放明显减少,并且在城市工况下,较小装机功率的发动机在氮氧化物排放性能上优于原发动机。
对吉林省营城子至松江河高速公路沿线3种典型公路占地类型(林地、旱地、水田)0～10、10～20、20～40cm的剖面土壤营养状况进行了比较分析,运用土壤质量综合指数研究了土壤质量水平。结果表明:不同公路占地类型的剖面土壤养分含量存在很大差异;3种不同公路占地类型0～10 cm土壤质量表现为水田>旱地>林地,10～20cm土壤质量表现为林地>旱地>水田,20～40 cm土壤质量表现为水田>林地>旱地。因此,建议营松路建设中水田和林地剥离0～40 cm厚度的表土,旱地剥离0～20 cm厚度的表土。
