对多孔沥青混凝土的大空隙结构及其高温多雨的应用环境,指出常规的高温稳定性或水稳定性等指标的单一性,进而提出评价其在水-高温综合作用下的路用性能。借助汉堡浸水车辙仪,对相同原材料、不同级配的多孔沥青混凝土进行试验研究,并与AC-13改性沥青混凝土和SMA-13的试验结果进行分析对比。结果表明,汉堡浸水车辙试验既考虑了水-高温综合作用对混合料影响,又考虑了长期荷载作用下的性能衰变,能够更实际的评价多孔沥青混凝土的性能;材料级配设计合理的多孔沥青混凝土水-高温综合性能良好,浸水汉堡最终变形仅为3.89 mm,能够满足高温多雨环境下对路用性能要求;并且在原材料、空隙率相同的条件下,粗型骨架结构的多孔沥青混凝土水-高温稳定性能更佳。
通过对德兴至南昌高速公路填土路堤下CFG桩复合地基桩土应力比的现场原位测试试验,对不同桩距的CFG桩复合地基在路堤填筑施工期和载荷试验承载板下的桩土应力比测试结果进行分析,探讨了桩土应力比随荷载和时间变化的规律。结果表明:路堤荷载条件下与刚性荷载下桩土应力比的变化规律存在着差异,在路堤施工期测试的桩土应力比较刚性荷载试验测试的结果要小。填土高度在2.0 m以内,桩土应力比增加很快;随着填土高度的增加,在2～3.5 m范围内,桩土应力比迅速减少;填土高度大于3.5 m,桩土应力比又逐渐增加,且呈波浪形变化;最后稳定在1.18～2.26之间,且随固结时间基本不变。路堤荷载下的桩土应力比随桩距的增加而减少,桩距增大到一定程度,桩土应力比变化微小。
沥青路面结构在外界环境作用下是气、液、固三相介质体,水和荷载的耦合作用导致了沥青路面初期损坏的产生,探究其在车辆移动荷载作用下的动力响应是获知沥青路面结构行为的前提。首先,在沥青路面饱和情况下,作一级合理近似,将其视为流固两相介质。基于多孔介质理论,对于典型半刚性基层沥青路面结构建立了移动荷载作用下的三维有限元模型;而后对比分析了移动荷载作用下,饱和沥青路面和无水沥青路面三向应力、应变响应的时程变化规律以及竖向应力场的三维分布情况。结果表明:移动荷载作用下,饱和沥青路面面层内的动力响应特性与其无水状态时不同;沥青路面在饱和状态下更易产生疲劳开裂、永久变形等结构性损坏;路面设计指标中采用弯拉应变更为合理。
通过离心模型试验,分别从坡顶位移、坡面水平位移及坡内位移的角度,分析在相同加固条件下坡体位移变形的特征,研究了坡体失效变形模式。试验研究表明:注浆钢管微型桩能有效地控制边坡土体的位移和坡体内裂缝;加固后的边坡滑动面深度将发生下移,从而阻止滑坡的形成;相同加固条件下的边坡含水量对加固效果起控制作用,即当含水量超过一定值后注浆钢管微型桩加固失效;注浆微型桩加固土质边坡失效时,整体上滑动面呈圆弧形,并从坡脚的平台中部剪出。
岩土预应力锚索被广泛应用于高边坡加固工程中,作为一种深埋于地下的高应力结构,其工作环境中存在着一些以水为载体的腐蚀性介质,加之张拉力的波动变化等因素影响,其自由段及内锚固段均存在着长期耐久性问题。基于实际边坡锚固工程预应力监测数据及室内试验成果,深入分析了影响预应力锚固结构长期耐久性的各种因素,并提出了可能影响其服役寿命的决定性因素。在此基础上,进行了单根锚索失效特性的现场试验及数值模拟研究,分析了单锚失效对岩土体位移场、应力场及邻近锚索张拉力的影响,研究成果可为在役锚固工程长期安全性控制对策的制定提供依据。
对斜拉桥箱形截面索塔塔壁预应力锚固体系,采用拉-压杆模型方法对拉索直接锚固的塔柱前壁进行研究。以力法为手段,依据拉-压杆模型的优化原理,确立了体内单锚的拉-压杆模型。以单锚拉-压杆模型为基础,初步构建前壁的拉-压杆模型。取z为拉杆(T3)与结点(1)间的竖向距离,采用力法建立以z为函数的拉杆内力的表达式,利用拓扑优化成果(T2=0)和卡尔丹公式,确定z的数值,自下而上全面解答了前壁的拉-压杆模型,从而准确反映在拉索竖向分力作用下前壁拉、压应力的分布状况。最后,通过对宜宾长江大桥索塔的实例研究,提出α3=23.3°,简化了前壁拉-压杆模型,且具有较好的工程精度,可用于确定索塔锚固区的预应力筋的规格。
探讨了应用基于BP神经网络的新奇检测技术进行斜拉索状态评估的方法。通过对监测系统采集数据分析处理,生成训练神经网络需要的样本数据,按要求训练网络,建立了基于新奇检测技术的多阶段状态评估的神经网络模型,实现了斜拉索状态评估的两个阶段:状态预警、状态异常位置识别。状态异常位置识别采用逐步分区识别的方法,最终将损伤拉索的位置确定在较小的范围内。用有限元模型和实测数据进行了检验,结果表明,在不同的环境温度条件下,该方法能准确进行状态预警,有效地识别出状态异常的位置。
以卡罗波夫折减法为基础,提出了一种改进的计算斜拉桥桥塔稳定系数的方法——修正的弹性支承法。以目前世界上跨度最大的斜拉桥—苏通大桥为例进行计算,并将计算结果与有限元分析结果进行了对比。结果表明,在一定的施工状态、荷载工况及参数条件下,该计算方法得到的桥塔稳定系数与有限元分析结果非常接近。修正的弹性支承法由于考虑了斜拉索的保向力及其空间分布特点,可以在弹性范围内比较准确地对桥塔刚度较大、塔跨比较小、索距较小的双塔双索面斜拉桥桥塔做稳定性分析;对大跨度桥梁结构稳定性的研究还应考虑其非线性和局部稳定性,应按第2类稳定性计算,因此,基于弹性的稳定系数简化计算方法还有待于进一步的研究。
采用频率法测量索力,索长的取值和频率的测量精度决定了索力的测量结果,频率的测量较为方便且精度可以满足工程要求,索长的确定成为该法测量索力的关键;由于阻尼器等因素的影响,使得索长的取值难以确定,从而致使用频率法测量的索力结果误差较大;在对斜拉索施工张拉过程及阻尼器安装前后索力测量数据分析的基础上,提出两次等效索长的概念,同时结合由高阶频率通过频差反推基频的方法,得出在斜拉桥安装阻尼器后斜拉索的两次等效索长的换算方法,此方法考虑了阻尼器等的因素影响;通过在荆邑大桥索力测量中的应用,证明该方法的精度在索长小于150 m的斜拉索索力测量中满足工程需要,而对于在索长大于150 m的斜拉索测量中的应用,有待进一步验证。
在现有基桩竖向承载力计算方法基础上,考虑桩侧荷载传递的非线性特征,采用双曲线模型表示桩侧摩阻力。同时,为反映施工中桩端沉渣对承载力的影响,采用三折线模型表示桩端阻力,在此基础上采用幂级数求解方法建立考虑荷载传递非线性特性的基桩竖向承载力计算方法,反映土体分层影响与桩桩土相互作用。工程实例分析表明,对桩侧剪力-位移实测数据采用双曲线函数拟合,效果较好,计算P-s曲线与实测值吻合良好。该方法具有一定的合理性与可行性。
基于《桥梁倒塌模式识别方法研究:理论分析》一文中极限设计理论的桥梁倒塌模式识别方法,以台湾省二重疏洪道独塔斜拉桥及香港汲水门双塔斜拉桥为例,识别桥梁倒塌模式。其结果采用非线性有限元法进行验证。计算结果表明,简化计算方法能正确识别导致桥梁部分或整体倒塌所必须包含的破坏点,桥梁极限承载力计算误差分别小于1.1%和1.3%。该简化计算方法计算精度高、运算速度快,可用来充分探讨桥梁倒塌机理、识别关键构件,为桥梁抗倒塌设计和加固提供科学依据。
建立双支承曲线连续梁桥的空间有限元模型和减震控制动力仿真模型,根据连续梁桥的支座布置在各活动支座的切向设置8组磁流变阻尼器,在纵桥向输入3种不同频谱特点的地震动,计算分析了曲线连续梁桥地震反应主动控制、半主动控制和被动控制方法的减震效果。结果表明,磁流变阻尼器能够有效地减小曲线梁桥的主梁切向位移和固定墩墩底的弯矩与扭矩。不同频谱特点地震动输入下磁流变阻尼器减震效果的差别较大,在设计曲线梁桥减震参数时需要合理选择地震动输入。总体上看,磁流变阻尼器主动控制、半主动控制和被动控制3种减震控制方法对于曲线连续梁桥大部分地震反应减震效果的差别较小,这可为简单易行的阻尼器耗能被动控制方法在曲线梁桥抗震减震设计中的广泛应用提供理论依据。
钢管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠度计算存在钢管混凝土组合高墩受力分析复杂,连续刚构桥梁失效模式较多,其功能函数不存在显式等问题。采用MIDAS有限元软件对结构进行较准确的模拟和受力分析,然后根据分析结果选取最高墩的稳定性失效和关键截面的拉、压应力失效模式。在MATLAB语言的平台上利用二次序列响应面法将隐式功能函数显式地表达出来,再经过多次的迭代计算实现钢管混凝土组合高墩连续刚构体系可靠指标的计算。研究表明,该方法迭代次数少,效率较高,可实现同类桥梁功能函数重构和体系可靠度计算。
现有钢筋混凝土构件的抗力时变模型,多是关于仅受弯的梁式构件,对偏压构件的考虑较少。针对此不足,首先分析了影响偏压构件抗力的各因素的时变模型。在此基础上,计算了不同参数情形下偏压构件抗力退化的若干数值特征,得出钢筋锈蚀后偏心距较大时抗力均值的下降程度会大一些,同时整个服役期内偏压构件的破坏模式可能会发生改变的结论。最后采用数值拟合方法研究了钢筋锈蚀下偏压构件的抗力退化模型。结果表明,采用三次多项式函数模型来描述抗力均值和标准差的时变规律具有较高的精度。
以 ANSYS 软件为平台，在充分考虑混凝土与钢筋界面滑移影响的基础上，建立不同锈蚀率下钢筋混凝土简支梁模型，以此来分析锈蚀钢筋混凝土简支梁的承载力变化。采用 SOLID65 单元模拟混凝土，LINK8 单元模拟钢筋，Combine39 模拟钢筋 － 混凝土界面的粘结滑移关系，并通过对 Combine39 单元进行修正来考虑钢筋锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结力降低的影响，同时考虑钢筋锈蚀造成的钢筋截面减少和屈服强度降低这 3 种因素，计算不同锈蚀率下钢筋混凝土简支梁的承载力。结果表明: 随着锈蚀率的增加，梁的刚度降低、钢筋与混凝土之间的相对滑移增大、裂缝向跨中靠近、承载力明显降低并由延性破坏向脆性破坏转变。
针对连续变截面桥墩,应用能量法推导了失稳特征值的通用计算公式。应用有限元软件SAP2000,对一座5跨预应力连续刚构桥进行了全过程特征值稳定性分析。分析表明,3#墩最大悬臂施工状态失稳特征值最小,为桥梁的最危险状态。针对3#墩,应用通用公式计算了各个施工工况的失稳特征值,并与数值模拟值进行对比。结果显示,理论计算结果约为数值模拟计算结果的1.7倍,主要是由于连续变截面桥墩的刚度沿墩高变化较大,失稳时的变形不宜采用一阶正弦曲线模拟,但高阶项的引入,导致计算难以实现。因此建议在工程应用中,可由能量法初步估算其稳定性,完成截面初选,在桥梁的施工图设计阶段,采用数值模拟的方法进一步验算其稳定性。
某钢箱梁正交异性桥面板行车道范围内采用球扁钢纵肋,在横隔板对应部位设置空孔让纵肋连续通过,为研究横隔板的空孔圆弧、空孔与纵肋连接端部等两个细节部位的受力特性,以某立交桥F匝道为工程背景,建立全桥有限元模型,对称荷载作用,对比横隔板对称位置空孔应力分布,分析纵肋球头朝向和背对邻近腹板两种布置对空孔受力的影响。荷载位于不同横向位置,分析横隔板空孔面内受力。荷载位于不同纵向位置,分析横隔板空孔面外受力。对横隔板空孔圆弧半径进行参数分析。研究表明,球扁钢纵肋球头背对邻近腹板和适当增大空孔圆弧半径等措施,可明显改善横隔板空孔圆弧部位受力,但对空孔与纵肋连接端部效果不够明显,需采取进一步措施以改善该细节部位的受力性能。
针对当前GIS-T中对于交通事件表达的不足,首先利用交通波理论计算交通事件对路网影响范围的时空变化情况;其次基于线性参考和标准动态分段思想,在标准动态分段中增加时间维属性,通过程序扩展在现有GIS平台上实现时空动态分段方法,并用该方法实现交通事件影响临近路段范围的时空变化可视化表达。结果表明,利用时空动态分段方法可以合理地对交通事件及其影响范围进行时空表达和信息管理,适合进行深入的空间分析并为交通管理部门提供可视化信息和决策支持服务。
利用双层规划理论建立了多车型高速公路连续平衡网络设计问题的优化模型,将改扩建路段的位置、容量与收费费率的确定纳入一个决策过程,从而建立了高速公路改扩建项目的科学决策方法。上层规划中将路网管理者(政府)作为领导者,经营者的财务目标以及投资上限作为实现系统最优的约束条件;下层规划则在考虑了不同车型道路使用者路径选择的差异性以及增加道路容量对交通分布影响的基础上,建立了多车型多准则用户均衡模型。最后以一个算例对模型的效果进行了验证说明,结果表明:应用该模型可对高速公路改扩建问题进行有效决策。
针对区域路网交通分流技术中的分流路网优化与选择问题,分析了分流路网与基础路网的关系,确定了分流成本的构成与量化方法,在此基础上提出了以分流成本最小化为上层目标、以用户均衡为下层目标的区域交通分流路网设计的双层优化模型,进而给出了考虑路网拓扑结构完整性和反Braess假定的模型启发式求解方法,并对算法的效率进行了分析。最后,结合算例分析验证了模型及其求解方法的可行性。该方法同时寻优获得了小型车和大型车两个分流路网。
根据高速公路实际使用需求开发了一种组合型波形板活动式钢护栏,设置在中央分隔带开口处。基于现行规范的要求确定了碰撞试验条件和安全性能评价标准,采用有限元软件LS-DYNA对车辆-活动护栏的碰撞过程进行了数值模拟,并开展了实车碰撞试验对活动护栏的防护能力进行验证。试验结果表明:该活动护栏的碰撞能量达到160kJ,满足Am级的防撞等级要求;试验小型客车、大型客车碰撞护栏后均未发生穿越、翻越、下穿护栏的现象,驶出角度分别为9.2°和5.4°,表明护栏具有良好的导向作用;小型客车、大型客车碰撞过程中护栏的最大动态变形量分别为480 mm和560 mm,小型客车重心处三向加速度均小于20g;各项安全性能指标均符合现行规范的要求。
基于中国交通规范、高速公路跨线桥交通事故的特征及高速公路跨线桥现有的安全状况,设计了一种全新的高速公路跨线桥防撞混凝土护栏,使之能够满足防御大型货车撞击的要求。为了获得重新设计的护栏的最佳结构参数,应用正交试验法以混凝土护栏截面的6个参数为设计变量,每个变量考虑5个水平,建立汽车-护栏碰撞有限元系统模型进行25组不同截面参数的仿真试验。再利用SPSS对25组试验结果进行数据处理,分析各个参数对护栏性能的影响,根据SPSS数据处理结果得到最优结构参数,再建立模型进行验证。验证结果表明,本文设计的高速公路跨线桥防撞护栏能够有效的防止大型货车侧翻、翻越,从而很好的保护跨线桥桥墩,具有良好的工程应用特性。
为了解决目前国内混合动力电动汽车普遍采用的是单一蓄电池供电能量存储系统,蓄电池的寿命不能最大化的利用这一问题,在混合动力结构中加入了超级电容器组,分析了超级电容的原理与特性后,在Matlab/Simulink里建立了蓄电池组与超级电容组成的复合电源系统模型,并确定了复合电源系统的拓扑结构以及各元件的选型以及参数匹配,加入复合电源控制策略,并对Advisor进行了二次开发,对比复合电源供电的车辆与单一蓄电池供电在性能与燃油经济性方面的差异。结果表明复合电源系统供电的混合动力车辆能够减小蓄电池组的大电流充放电,并且能够提高混合动力汽车的动力性和燃油经济性。
为了准确计算客车的燃油消耗量,本文在分析公路客车油耗影响因素的基础上,研究了油耗对于整备质量和载质量的敏感度以及速度修正系数的分析、计算方法;运用燃油消耗平衡原理,建立了基本运行条件下客车燃油消耗量的计算模型,分析了不同整备质量、载质量和速度下的计算误差。该模型考虑了气温和气压的影响,克服了原标准模型测量参数较多的弊端,比以往的油耗模型更为科学和简便。
