为了避免采用分段函数的不方便性和弥补传统S-N疲劳方程分析宽应力比条件下沥青混合料疲劳特性的不足,揭示了应用反曲函数(Sigmoidal Function)描述宽应力水平下沥青混合料疲劳规律的适用性,通过原材料试验及配合比设计,确定了沥青混合料级配和最佳油石比,利用MTS810(Material Test System 810)对沥青混合料进行了较宽不同应力比下的疲劳试验,采用反曲函数对试验结果进行了拟合,建立了宽应力比条件下沥青混合料改进的S-N疲劳模型,利用该模型对疲劳寿命进行了预估,并与传统S-N模型预估结果进行了比较。结果表明:采用反曲函数建立的改进的S-N疲劳模型能模拟宽应力比条件下的沥青混合料疲劳规律,证实了其先进性,该模型各参数具有明确的疲劳物理意义,且其参数值容易获得。
分析了加筋碎石桩复合地基的承载机理,探讨了加筋碎石桩复合地基的几种破坏模式。在不同的破坏模式下根据极限平衡理论导出了加筋碎石桩单桩极限承载力计算公式,破坏模式1主要由格栅套筒抗拉强度控制,破坏模式2由加筋段桩体侧摩阻力和非加筋段桩体鼓胀破坏前向上提供的端承力共同控制。实例计算表明,加筋碎石桩的承载力比普通碎石桩的承载力有显著提高,且加筋碎石桩的加筋深度与格栅抗拉强度之间有最优组合,最合理地利用加筋格栅提高碎石桩承载力,最后将加筋碎石桩应用到了高速公路软基处治中。
为了研究水泥混凝土路面冰冻损伤机理,对混凝土材料的微观结构进行了研究,并对水泥混凝土路面温度场进行了有限元分析。基于应力场、多孔体系渗流场和温度场的多物理场耦合理论,利用Comsol软件,对水泥混凝土路面内部结冰的现象进行了数值模拟。根据不同的降温速率、孔隙率、渗透系数和孔隙累积分布函数,设计了4组模型,每组4个模型进行对比。计算了结冰对路面造成的应力和应变,得到了参考点的应力和应变随温度变化的曲线图。结果表明,降温速率越快、孔隙率越大、渗透系数越小;相同孔隙率情况下,小孔隙占的比例越多,冰冻对路面的损伤就越大。
采用移动加载的动载模型,考虑轮胎花纹形式,选用非均布轮胎荷载模式,建立三维有限元路面结构模型分析了非均布移动荷载作用下含表面纵向和横向裂缝路面结构的应力响应,以探求移动荷载作用下表面裂缝的开裂机理。采用空间有限元——时间差分法对问题进行数值求解。分析过程中对裂缝尖端网格局部进行加密处理,并用位移法求取裂缝尖端的应力强度因子。分析得出随着荷载的移动,处于荷载正下方点位的裂缝Ⅰ型应力强度因子最大。移动荷载作用正下方纵缝的Ⅰ型应力强度因子的值均比静载时大,移动荷载可加速裂缝的开展。对于横缝随着荷载距离裂缝越近,对裂缝的影响越大。移动车辆荷载对纵向裂缝的影响比横缝更大。因此要特别注意路面表面纵向裂缝的预防和养护。
为了研究纤维的加入对沥青混合料动态模量的影响,采用SPT简单性能试验机测试普通AC13沥青混合料及加入聚酯纤维的AC13沥青混合料在3种不同温度及10种不同频率下的动态模量值,根据时温等效原理,利用Origin 8软件的非线性曲线拟合功能,拟合出这两种沥青混合料的动态模量主曲线sigmoidal模型,从而得出纤维的加入对沥青混合料动态模量的影响,并将分析对象外延至纤维的加入对沥青混合料高低温路用性能的影响。试验结果表明,在较低温度(5℃)时,纤维的加入使得沥青混合料的动态模量降低;在较高温度(45℃)时,纤维的加入使得沥青混合料的动态模量提高。
针对隧道路面噪音大,对司乘人员造成困扰,采用驻波管法对混合料类型、路面厚度、材料空隙率等因素对路面降噪性能的影响进行研究,并通过试验路对研究结果加以验证。研究表明:1 000 Hz以下频率吸声效率可作为降噪性能的评价指标,对于大空隙型沥青混合料TSEM13,材料厚度在4 cm,空隙率20%时混合料的吸声能力最强,峰值吸声系数53.7%,1 000 Hz以下频率吸声效率为241%.Hz。隧道路面采用该混合料,比常规型路面洞内噪音降低近6 dB。
注浆法处治煤矿采空区,注浆浆液材料选择至关重要。煤矿采空区注浆处治效果与注浆后浆液最终形成结石体强度、结石率、填充率有关。通过不同浆液配比与结石体强度、结石率、凝结时间、浆液密度、流动度之间试验研究,确定了合理的注浆浆液配比,为高速公路穿越采空区注浆治理提供依据。
正确评价软粘土的变形特征,准确计算软粘土地基的沉降量及沉降过程,主要取决于变形指标。变形指标的实测结果受取样深度、固结压力及固结时间等因素影响。因此,采用单向固结试验,设计多级荷载,增加每级荷载的加压时间,对不同深度沼泽湿地软粘土进行压缩固结特性的研究。根据试验研究成果:系统地总结了不同深度沼泽湿地软粘土变形量、孔隙比、压缩系数、压缩模量随固结压力的变化特征及其取样深度对上述压缩性指标的影响;给出了不同深度沼泽湿地软粘土s～t和e～lgt曲线变化特征;得出了不同深度沼泽湿地软粘土主固结系数和次固结系数随固结压力的变化规律。研究成果为今后沼泽湿地软粘土地基的设计提供参考依据。
基于非饱和土的剪切强度是由于可变吸力和表观凝聚力折减之后构成,其可变吸力对强度的贡献不仅取决于吸力的大小,还取决于土粒接触点处孔隙水面积,是粒间作用力和作用面积动态变化的结果。分析结果表明:表观凝聚力对强度的贡献与饱和度的变化路径相关,随着饱和度的增加,表观凝聚力对强度的贡献逐渐减小,当土体达到饱和时,表观凝聚力对土体强度的贡献变为零。如果饱和度是减小,表观凝聚力对强度的贡献保持不变或稍有增加,直到饱和度为零的时候,表观凝聚力对强度的贡献达到最大值。因此,从广义吸力的理论出发,根据两者对强度的贡献,可以建立更为合理的非饱和土强度理论。
为把握新路基荷载作用下隔离墙加固直接方式拼接的拓宽路堤工作性状,建立了二维弹塑性有限元模型。通过有限元数值模拟分析,从加固前后拓宽路堤的沉降、地基土水平位移和竖向附加应力的变化等方面揭示了隔离墙的加固机理,并分析了隔离墙的最佳设置位置。计算结果表明,隔离墙的设置可有效地减小地基土水平位移和竖向附加应力,从而减小新老路基的沉降和差异沉降。拓宽路堤最大沉降和横向坡率的变化大小与隔离墙位置有关,隔离墙的最佳位置在新路肩下。
为了深入研究公路路基震害特征及震后路基工作状态的安全评估,根据汶川地震灾区的大量路基震害调查、检测与抢通保通的成果,概括介绍了汶川地震路基的损毁情况;归纳总结了公路路基结构的典型震害表现形式及特征;探讨了路基及其支挡结构的震害影响因素。研究结果表明:路基结构震害主要表现为路基沉陷、扭曲变形、开裂、滑移、路面隆起以及地震对路基结构产生的次生破坏;路基的震害影响因素主要是地质条件、地震烈度、路基结构形式等。据此给出了震后路基结构安全诊断项目及检测结果的评估,同时根据评估结果,针对抢险救灾阶段和恢复重建阶段,对不同安全等级的路基结构提出不同处治建议,以期为震后路基结构病害预防、工作状态诊断和病害处理提供技术参考。
针对高分辨率卫星影像的特点,以及地面控制点难以实测的实际问题,提出一种沿路线不大于10 km布设一个地面控制点基于有理函数模型(RFM)区域网平差,实现高精度卫星测量的方法。通过对我国青海西宁地区WorldView卫星影像进行试验,验证了本文方法的有效性。工程应用结果表明,WorldView卫星影像可满足1∶2 000比例尺地形图精度要求,用于公路初步设计阶段。
大跨度桥梁发生静风失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速。结合斜拉桥的结构特点,探讨了已有的非线性失稳分析方法,提出了一种静风失稳的复合标准判断方法,基于MSC.MARC和Python脚本语言,综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性影响,探讨了大跨度斜拉桥空气静力失稳特性。结果表明:升力系数和力矩系数在大跨桥梁静力失稳全过程分析中起到关键作用;风速达到或接近失稳临界风速时,大跨度斜拉桥梁的结构非线性问题十分突出,静力失稳表现为十分明显的弯扭耦合形态。
采用加强固定盆式支座和墩柱强度的方法来强行保证大跨度连续梁桥在强震作用下的结构安全,固定墩会承受较大的地震力,由此导致设计的不经济性。针对上述现象,采用弹塑性减震耗能装置方案对强震区大跨连续梁桥进行减隔震设计。计算表明,通过合理设置装置的屈服力以及后屈曲刚度比,弹塑性减震耗能装置可以起到明显减小固定墩所受地震力、提高结构抗震性能的效果。对墩柱进行延性抗震设计,并分析比较不同因素对结构延性的影响。结果表明,考虑墩柱的延性可以有效降低墩柱底部弯矩。配箍率和轴压比对墩柱的延性系数影响较明显,而纵向主筋的配筋率减低,屈服和极限曲率均会降低,对延性系数的影响较小。
吊杆拉力测定中,分段等截面且两端固定的吊杆的抗弯刚度和质量密度往往不能准确获得,对此,提出了利用遗传算法的吊杆拉力识别方法。利用两段等截面且两端固定的吊杆在轴向拉力作用下的横向振动微分方程,根据边界条件和连续条件,得到轴向拉力与两段吊杆的抗弯刚度、长度、线密度及振动频率之间的超越方程关系。将吊杆抗弯刚度、线密度及拉力作为变量,通过测量的吊杆固有频率并利用对分法和遗传算法对某钢筋混凝土桥的不同张紧程度、不同长度的吊杆拉力进行了计算分析,结果表明该方法是可行的,并且可以满足桥梁施工控制的需要。
根据虚功原理，利用 8 节点六面体单元刚度矩阵的物理特性以及结构内力影响面的概念，推导出实体单元模型下指定位置内力影响面的有效算法，该算法可普遍适用于各类实体单元，并提出用 NURBS 自由造型曲面进行影响面的数学建模和图形输出。算例结果表明，该方法与传统方法计算结果完全吻合，能极大地节约计算工作量。该算法实现了桥梁结构实体模型中的影响面计算及可视化，在大跨复杂桥梁结构的全桥三维设计分析中具有广泛的工程应用前景。
索结构传统的几何非线性的求解方法依赖于非常复杂而庞大的切线刚度矩阵,针对这种情况,根据几何非线性计算的基本原理,建立一种在理论上能收敛于精确解的几何非线性求解方法——内力全量迭代法,使计算结果的精度不依赖于切线刚度矩阵;根据计算方法的特点,探讨了在几何非线性计算中索单元的内力计算公式和迭代计算方法;为了保证迭代计算快速收敛于真实解,给出了迭代计算方法中索单元的切线刚度矩阵;编制了基于内力全量迭代法的有限元计算程序SUSP_CABLE。部分算例和工程实例验证了该方法的精确性与可靠性,可供广大工程技术人员参考。
以千米级3塔连跨悬索桥——泰州大桥为工程背景,比较了国内规范对加劲梁竖向挠跨比的相关规定,指出了该规定的实质目的是使行车平稳、安全。通过ANSYS有限元程序对比分析了泰州大桥4种汽车荷载典型工况下的整体位移,结果表明:加劲梁梁端竖向转角与加劲梁竖向挠跨比无本质联系(对于大跨度悬索桥);加劲梁梁端竖向转角与中塔纵向抗弯刚度的相关程度不高,从而明确了多塔悬索桥的2个主要控制指标为加劲梁竖向挠跨比和中塔鞍座抗滑系数。同时,对这两者的限值进行了探讨,并将它们统一到"单跨满布、跨中加力"的工况中计算。
针对连续梁桥和单塔斜拉桥2种桥型,提出了基于极限分析理论的桥梁倒塌模式识别方法。首先建立以破坏点位置和位移为参数的单塔斜拉桥及连续梁桥的倒塌模型,运用极限分析理论求解导致桥梁部分或整体倒塌所必须包含的破坏点及其破坏形式,并得到极限承载力。与有限元计算方法的比较可知,该方法可用于桥梁概念设计阶段,以快速识别桥梁倒塌模式,计算结构极限承载能力。且计算结果可为正确评估桥梁抗倒塌能力,建立抗灾设计理念,采取有效的减灾措施提供科学依据。
根据洛阳瀛洲大桥作为城市景观桥梁的异型拱桥结构特点和养护管理的需求,提出了基于自动化传感测试在线监测系统与人工巡检系统相结合的综合监测策略。根据大桥构件在结构安全中的重要性和易损性确定了监测内容,采用通用软件ANSYS建立了大桥空间有限元结构分析模型,进行全桥结构静动力特性分析,重点对于大桥关键受力区-拱脚倒三角区进行了应力分布研究。在此基础上进行了FBG等传感器布置,对于大桥运营结构预警与评估实施方法等进行了探讨。在结构监测、预警与安全评估方面,提出以"结构第一传力体系静力特点为主,动力特点为辅"的方法,提升了评估技术的实用性和可靠性,为进行大桥结构状态识别、结构的承载力评估与结构安全评估等进一步工作奠定基础。
桥梁构件表面破损三维参数的测量及描述是桥梁检测过程中经常要遇到的技术难题,通过常规检测方法难以实现。但在结构激光辅助下,可以将三维测量转换为二维断面内的测量。在分析其他行业三维测量技术应用的基础上,提出了基于线激光的桥梁表面破损三维参数测量方法。同时,采用数字成像及模式识别技术测量线变形参数,并对反演桥梁构件表面破损三维参数的过程进行了剖析,给出了计算公式的推导过程。通过试验,验证了此方法的可行性。
以华庄公路关山隧道为研究对象,通过建立大型三维有限元模型,采用一种人工构成的短时间正弦扫描Johnson/Epstein地震记录进行地震动力分析。该记录具有在较短时程内包含较大的实际地震频率范围的特点,从而减小计算分析的持续时间。通过对3种工况(不设置抗震缝、设置2条和3条抗震缝)计算,结果表明:关山隧道衬砌结构的动力响应以横向的受力特征为主,拱顶处横向加速度和横向位移最大,仰拱及拱底处横向加速度峰值和横向位移峰值较小,设置3条抗震缝时的围岩体位移和应力明显优于其他工况,该设计方案能满足8度区抗震要求。
以氯离子渗透理论和全寿命周期成本理论为基础,采用蒙特卡洛数值模拟方法,对海工混凝土桥墩的维护维修措施进行了对比分析,以期在保证安全性、适用性的前提下达到降低维修维护成本的目的。首先对青岛海湾大桥桥墩使用寿命进行随机预测;其次,对单项维护维修措施进行随机模拟;第三,对各种措施综合使用方案进行随机模拟;最后,计算各种综合方案的费用,分析比较,给出结论和建议。该方法考虑了氯离子扩散的随机性,结合维护维修措施的作用机理,建立了一套综合维护方案下的成本计算流程。通过最终成本计算结果,决策者可根据工程实际选取适合本工程的维护维修方案,并为维护管理概预算提供依据。
在简述公路交通安全评价技术和GIS技术在公路交通安全领域应用现状的基础上,作者阐述了GIS技术应用于公路交通安全评价中的必要性和可行性,探讨了GIS空间查询技术、空间分析技术、空间数据与属性数据整合技术在公路设计阶段和运营阶段交通安全评价中的应用。并进一步构建了基于GIS的公路交通安全评价技术体系,提出了该体系涉及的数据资源,明确了应用于公路交通安全评价的主要空间分析技术。同时,为便于该技术体系的工程应用,提出了构建辅助信息平台的思路及其功能模块组成。
对环形交叉口的车辆运行特性进行理论分析的基础上,结合不同类型交叉口的特点,确定了车辆平均延误和冲突数作为环形交叉口服务水平的评价指标,接着通过VISSIM软件仿真得到了环形交叉口两个指标随V/C增加的变化规律,从而确定低负荷下采用车辆平均延误作为主要评价指标,高负荷下采用冲突数作为主要评价指标,最后,借鉴HCM2000的分级标准对2车道4肢环形交叉口的服务水平进行了分级,为环形交叉口的性能评价和改进方案优选提供理论依据。
一级公路是我国公路网中承担干线功能和集散功能的多车道普通公路形式。混行交通在我国公路交通中普遍存在,路侧冲突对交通流运行速度产生影响,定量分析路侧冲突对交通流的影响是公路设计的重要工作。通过调查驾驶员对不同路侧冲突类型的直观印象,为路侧冲突定义了4个强度等级,选择国内7个具有代表性的典型一级公路路段进行交通流数据观测,采用方差分析技术对试验数据进行分析。结果表明:当采用自由流速度的85%位车速作为运行速度的评价指标时,路侧冲突强度的影响是显著的。通过建立起路侧冲突强度等级与85%位自由流速度之间的关系,量化了路侧冲突强度对一级公路运行速度的影响。
根据多物流中转站选址问题的特点,应用遗传算法和分配算法将大规模客户点划分为不同的配送单元,建立了包含配送中心和中转站的运营成本以及配送中心和中转站的大小车维护费用的数学模型,其中,运营成本包括车辆的运输成本和中转站的建造成本。提出了一种解决多物流中转站选址问题的改进蚁群算法,由于该算法在评价函数中隐含加入了约束条件,并将相应遗传操作加入算法中,设计了配送中心和中转站选择普通配送单元的编码方式,以运营成本最低为标准来确定中转站的选取方案,因此具有较高的全局搜索能力和局部搜索能力。对多中转站选址进行仿真试验,试验结果表明本算法优于蚁群算法和遗传算法,且适合大规模客户点的中转站选址和配送中心选址,并具有较强的灵活性。
针对现实物流配送过程中存在的时间参数模糊化问题,采用梯形模糊数表征时间参数,给出了一种具有模糊时间窗和模糊配送时间,以最小化配送车辆数、提前/滞后惩罚以及配送里程为目标的多目标非满载车辆调度问题模型。在问题求解方面,针对基本粒子群算法容易陷入局部最优的问题,引入利用混沌局部搜索策略,给出了一种基于混沌优化技术的混合粒子群算法。该求解算法的可行性和有效性最后通过仿真试验进行了验证。
针对国内移动源排放测算工作所面临的挑战,从移动源排放测算的法律体系和机制两方面,总结了美国在移动源排放测算工作上的经验。从平均速度、车辆行驶里程、机动车注册数据、行驶工况和行驶特征等排放测算的关键变量,分别阐述了美国移动源排放测算的数据特征和收集方法。进一步论述了移动源排放测算模型研究的发展方向和移动源排放测算的主要模型,以期对国内移动源排放测算工作提供借鉴。在上述讨论基础上,建议将移动源排放测算工作上升到国家法律层次,并建立起交通和环保部门的沟通和协调机制,包括责任划分、数据收集与共享、技术方法以及决策过程等,将排放控制上升为交通和环保部门共同的目标和责任。
