为降低微表处交通噪声,增加行车舒适性,通过4条高速、2条城市道路2 a内不同时间施工的微表处噪声进行调查,从原材料、级配、设计、施工、路面纹理结构及其与轮胎宏观构造波长关系、胎/面接触等方面进行了研究。研究表明:微表处车内噪声随使用时间延长而降低,随车速增加、构造深度减小而增强;车外噪声则随时间延长、车速增加而增强,随构造深度增加而减小;通过增加7 mm筛孔及其支撑点集料含量,建立了微表处多支点降噪模型及其降噪判据,提出了低噪声微表处级配,使微表处表面的路表构造波长由传统级配的17 mm缩短到10 mm,车内、车外噪声平均降低3～4 dB。
为了改善复合改性沥青填缝料的性能,采用星点设计效应面法优化了原材料的最佳掺量。采用单因素分析方法确定了原材料掺量范围及加工工艺,选用中心复合模型,以针入度、弹性复原率、蠕变劲度、蠕变应变速率m值为指标进行试验分析,建立了总评归一值的效应面,以此确定各原材料掺量并进行了验证。试验结果表明:原材料最佳掺量为橡胶粉25%,外掺剂7%,SBS5%,SBR3%;星点设计效应面优化法用于确定复合改性沥青填缝料原材料掺量取值范围可行、有效。
生产、运输和振捣会造成道路混凝土不同程度的离析,为解决离析尚无严格评价方法和定量判定标准的问题,设计了道路混凝土离析程度的评价试验,提出评价道路混凝土的离析状况的方法和指标。试验分析了混凝土内部颗粒的分布特征,基于数字化图像处理方法和新拌混凝土粗骨料在体积空间内均匀分布的假设,建立了混凝土粗骨料粒径的径向(试件纵剖面的垂直方向)连续分布模型。在此基础上,提出了表征道路混凝土内部颗粒离析程度的评价参数———离析度。计算了试件不同层位的粗骨料含量,对离析度进行了求解,并结合离析试件的强度、粗骨料层间分布情况给出了评价离析度的参考标准。
采用新型隔离风噪的路面-轮胎噪声测试方法和横向摩擦力系数测定车对不同纹理构造的路面进行噪声和抗滑性能测试,分析了不同纹理构造路面的抗滑降噪机理。结果证明通过对噪声测试设备的改进,可以有效的排除外界噪声的干扰,保证噪声试验数据的准确性。此外,通过改善水泥混凝土路面常用纹理,可以达到降低路面噪声且提高路面抗滑能力的目的。多孔水泥混凝土路面、露石水泥混凝土路面和纵向刻槽路面噪声值与沥青路面相当,并且具有良好的抗滑性能。
应用数值计算的方法和冲击韧性试验研究在行车载荷作用下土工合成材料加铺层对含反射裂缝沥青混凝土路面的抗裂效果,并对土工合成材料弹性模量进行了优化设计。分析了温度、时间和加铺层弹性模量对裂缝延长线上各点正应力和面层层底拉应力的影响;应用冲击韧性试验系统评价了土工合成材料加铺层的抗裂效果。数值计算与冲击韧性试验结果基本一致。研究结果表明:铺设土工合成材料是防治反射裂缝的有效途径,能有效地改变结构的应力分布,更大程度地减少了应力集中;同时确定最佳的土工布加铺层的弹性模量为1 000 MPa;但加铺层对含裂缝沥青混凝土路面的路表弯沉基本没有影响。
基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型。采用该模型对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算,分析了轴重、轴型对路基工作区应力和变形的影响。结果表明,随着轴重和与轴数的增加,路基工作区深度不断扩展,同时该范围内的应力和变形也不断增大;多轴荷载在路基中产生的响应均高于单轴荷载,同时多轴荷载应力的叠加效应在路基深层愈加显著。在重载作用下,现行规范将0～80 cm作为路基工作区深度是不够的,随着重载和超载的加剧,可将交通荷载影响区加深至1.5 m。基于不同路基回弹模量下路基路面应力应变响应,提出了路基回弹模量的合理设计值,并结合水泥处治土的回弹模量试验,提出了最佳水泥处治剂量,为基于路基路面协调变形的路基回弹模量设计提供了思路。
通过研究精密机载激光扫描测量的激光数据采集平台、激光点云控制布设测量及数据精化处理等关键技术,实现平面精度优于0.05 m,高程精度优于0.02 m的现有道路基础设施三维空间信息的精密采集,从而在不干扰现有道路交通流的情况下,安全、高效地获取高速公路改扩建工程勘测设计信息,代替人工上路测量。在此基础上,基于精密激光点云数据自动提取道路特征信息,建立现有道路路面、路基的精密模型,恢复现有道路路基、边坡的精确形态,实现精密机载激光扫描测量与高速公路改扩建的协同设计。京港澳高速公路涿州(京冀界)至石家庄段(K45+000-K236+000)应用表明:该方法经济、高效、安全,成果精度完全满足高速公路改扩建详测与施工图设计要求。
对路面结构瞬态温度场进行了求解,并提出了一种空间上解析而时间上有限差分离散的半解析法。首先,根据路面结构层状特征、传热特点和传热学原理,建立了路面结构瞬态热传导问题的数学模型,该模型综合考虑了大气温度、日辐射和地面反射等环境因素变化的影响。其次,基于时间有限差分离散,推导了以层间状态变量(温度和热流密度)表示的状态方程。最后,根据矩阵分析理论,给出了路面结构瞬时温度场的逐时递进公式和基于MATLAB5.2平台编制了相应的计算软件。对某一典型路面结构夏冬季瞬态温度场进行了计算,获得了其时空分布规律,并与ANSYS10.0计算结果进行比较。路面结构上部温度随时间和深度均有显著变化,当太阳辐射最强时,温度变化更突出;随着深度的增加,温度变化越来越弱。不论何时,路面结构内存在着沿深度方向的不均匀分布温度场,所产生的温度应力会诱发裂缝,路面结构设计时应注意。
带边缘裂缝的方形平板是实际公路、房屋建筑以及大坝等工程结构中常见的几何形状,为了得到其断裂特性,需要对其应力强度因子大小及裂缝张开位移发展进行研究。利用有限元分析结果进行曲线拟合,得到有限大带边缘裂缝的方形平板的权函数数值解,通过引入独立参考荷载的附加条件求得了应力强度因子(SIF)和裂缝端口张开口位移(CMOD)在初始裂缝极短和极长两种极限条件下(和)的参考解析解。研究表明,可以根据此方法对有限大边缘裂缝方形板各种初始裂缝长度情况下(包括两种极限情况)的断裂应力场及裂缝张开趋势进行计算和判断,为工程应用提供依据。
为揭示新型植被板护坡的防护机理,验证其实际防护效果,运用工程水文学原理对新型植被板护坡的防护机理进行了研究分析,通过现场小规模冲刷试验对新型植被板护坡的防护效果进行验证。通过对植被板护坡坡面产流机理分析,分别给出了蓄满产流和超渗产流的产流条件和相应的计算方法。在理论分析和现场试验的基础上得出结论:植被板护坡对降雨具有显著的调节和再分配作用;新型植被板护坡结构合理,能有效降低坡面水流含沙量,且施工简便,能尽快恢复路域环境,是一种良好的新型边坡防护体系。
为了研究机械荷载对高性能混凝土耐久性的影响,对经受轴拉静载和循环荷载作用后混凝土的孔隙率进行了测试。结果表明:(1)短期静拉荷载和有限次循环荷载作用均对混凝土产生永久性的损伤。最大荷载水平越高、循环次数越多,微裂缝连通和扩展越明显,总孔隙率越大。(2)荷载水平越高,作用次数越多,微裂缝的连通和开展越明显,混凝土的总孔隙率也越高。特别是随荷载循环次数的增加,混凝土孔隙率变化表现出明显的阶段性特征,对应疲劳应变发展的第2阶段,总孔隙率与加载次数呈线性关系。(3)经受动、静荷载损伤的试块在饱和Ca(OH)2中再养护一定时间后,损伤度有明显的降低,反映出较好的自愈合效果。再养护时间越长,荷载水平越高,损伤自愈合效果越明显。(4)由于经受循环荷载的试块内部损伤裂缝更为均匀、细小,其自愈合的效果比经受静载的试块更明显。
采用自主研制的一套预应力碳纤维板(CFRP Plate)张拉和锚固机械装置,在12 m长的工字形钢梁上对国产碳纤维板材进行了预应力张拉和锚固试验;检测国产碳纤维板的基本材料力学性能,研究并分析该加固系统的预应力损失情况;运用光纤光栅传感元件(FBG)对长期预应力下的国产碳纤维板徐变性能进行了近4 000 h的观测。试验结果表明碳纤维板在锚固端的滑移极小,该预应力碳纤维板加固系统具有良好的机械性能;长期预应力下国产碳纤维板徐变很小,徐变性能对加固长期效果的影响不大。
为了深入研究折线配筋先张梁的力学性能,在优化选定的折点半径基础之上,以Ansys有限元分析软件为工具,采用分离式模型,建立了基于三维实体预应力筋单元的折线配筋先张梁非线性有限元分析模型,探讨了折点弯折角度、预应力筋布置间距、混凝土强度等级等结构、材料参数变化时先张梁折点局部应力状态与变化规律。研究结果表明:折点弯折角度对折点处σymax影响较小,但较大折角会使折点应力集中程度得到一定缓和;预应力筋间距虽然对折点处应力分布状态影响不大,但需要注意间距较小时在横向上可能产生的应力叠加现象;由于应力水平较低时不同强度等级混凝土的本构关系差别不大,对于预应力筋折点采用优化半径的先张梁,混凝土强度等级变化对折点处应力状态影响较小。
为了深入研究DX桩在桥梁桩基中的应用,通过对某桥梁桩基的现场静载荷试验,结合多种测试手段,对DX桩承载力进行判定;测定桩身各断面的轴力,进而研究侧阻、盘阻和端阻的发展情况,分析DX桩的荷载传递规律。结果表明,在相同桩径和桩长情况下,DX桩的承载力及沉降明显优于直孔桩;承力盘分担了较大比例的荷载,自上而下发挥,对桩身轴力有很大的削弱作用。这样的荷载传递模式不仅对于承载力的提高有很大的帮助,同时能够有效的控制沉降,提高单方混凝土的承载力,更加经济、节能和环保。
为了解装配式小箱梁桥荷载横向分布特性,需讨论横向分布系数的计算方法及其适用范围。数值分析采用空间有限元法对由3～9片主梁组成的小箱梁桥的荷载横向分布系数进行了研究,并与常见的3种近似计算方法:刚接板梁法、刚性横梁法、G-M法的理论结果进行了比较。研究表明,在3～5片梁时,推荐使用刚性横梁法进行横向分布系数计算;在5～9片梁时,推荐使用G-M法进行横向分布系数计算。桥梁现场试验分别采用重物加载和汽车加载2种方式,分别研究带铺装和不带铺装2种条件下小箱梁桥的横向影响线和荷载横向分布系数,并与理论结果进行了比较。实测结果表明,现浇湿接段的施工质量对横向分布系数有一定的影响,但其误差在可接受的范围内。铺装层能对横向分布系数产生一定的影响,使桥梁横向受力更为均匀。
为了研究九堡大桥施工过程的真实受力状况,利用1∶40全桥模型试验模拟了实桥施工全过程,主要包括模型设计、相似关系、测点布置及试验工况等。对各工况下试验数据与理论数据进行比较,结果表明:实测数据与理论计算之间有良好的对应关系,所得试验结果能很好地反映工程实际情况;临时撑杆及其连接部位的应力情况是施工过程中的关键应力监控部位;同一测点位置在不同顶推试验工况下应力幅值会出现正负交替波动现象,且顶推过程中单片拱肋各截面受力的对称性已不再满足。
针对目前现役桥梁结构安全性评估方法的不足,以桥梁结构快速检测与安全性评估分析方法为理论基础,研发了基于有限元方法的桥梁结构安全性综合评估方法应用软件。将该套安全性综合评估方法应用软件应用于实际桥梁,通过与桥梁静载试验结果比较,证明了基于结构快速检测的梁式桥梁安全性评估方法是合理的,综合评估方法应用软件具有一定的工程应用价值。
基于地下结构力学围岩与支护相互作用原理及剪切滑移理论,建立了软质围岩隧道在锚网喷联合支护条件下的稳定功能函数。针对该功能函数的隐式特征,研究了基于超立方体中低偏点集和重要抽样方法的拟蒙特卡洛求解方法,并相应给出了明晰的分析操作程序,构建出完整的隧道锚喷网联合支护下稳定可靠度拟蒙特卡洛分析方法。避免经典蒙特卡洛求解时的效率低、计算费用高的缺陷。最后通过工程实例对比,表明了所提方法具有较高的精度和效率,展示了其实用性和可行性。
隧道围岩变形具有动态性、对时间和空间的敏感性及高度的非线性等特征。基于这些特性,探讨了隧道围岩变形动态预测灰色自适应GM(1,1)模型的建模思路及步骤。为确保参数为全局最优,提高模型的预测精度,提出采用粒子群优化算法(PSO)对模型参数进行智能辨识,并给出了参数智能辨识的方法和步骤。根据所建立的模型,编制了相应的计算程序。在此基础上,以贵州厦蓉高速公路某施工标段为工程实例,建立了隧道拱顶沉降及收敛位移预测分析的灰色自适应模型。算例分析表明,在数据较少的情况下,基于PSO参数智能辨识的灰色自适应模型的递推和跟踪能力较强,预测结果与实际监控数据吻合程度较高,是隧道围岩变形动态预测较为有效的方法,可在实际工程中推广应用。
为进一步提高换道安全性,根据不同换道需求给出四种换道情形。针对不同类型司机在不同换道情形下对安全距离的敏感度不同,提出了一种新的基于不同速度及不同司机类型的最小安全距离模型———动态椭圆最小安全距离模型。在此基础上,运用车辆运动学理论,生成换道约束空间。通过Matlab仿真对比发现,该模型较之传统最小安全距离模型在相应情形下的约束空间具有更高的安全性和灵活性。然后利用摄像机标定方法对北京市朝阳区西大望路的实际换道拍摄的图像进行处理,获取了双车道、低速情况下实际换道轨迹。并在换道约束空间下,以更加适合双车道、低速换道环境的圆弧换道轨迹为基础生成换道轨迹,最后采用回旋曲线解决了圆弧换道模型的侧向加速度过大,曲率不连续等问题。
为了提高高原区道路的安全性,以交通工程学、心理学等理论为基础,利用先进的GPS、心电仪,血氧计等检测设备,对青藏公路道路线形、运行速度、驾驶员心生理反应等进行实地检测。在理论分析的基础上,对实测数据进行挖掘,分析高原区不同海拔高度驾驶员血氧含量对行车的影响及纵坡路段车辆运行速度和驾驶员心率增长率的变化规律。结合《规范》的规定确定了高原区道路纵坡坡度限值和最大纵坡折减值,为高原区道路的设计改造提供技术支撑,为公路设计规范的修订提供了新的依据。
交通规则加载于物理路网上为交通参与者分配路权并规范其行为,这种加载了规则的物理路网构成了传统意义下的交通路网。本文从此含义出发,以物理路网为基础,运用线性参考方法,定义了交通规则的结构,建立基于交通规则表述的交通路网模型。由于道路标线是交通规则的载体,本文提出与规则关联的标线数据模型,以此建立的道路标线数据库,可支持交通规则的推导,运用上述交通路网建模方法,构建了车道级路网数据库。实例分析表明,本文所提交通路网建模方法是可行、有效的。
基于有限元方法,采用经实车足尺碰撞试验验证的车辆和护栏模型,对某梁柱式型钢护栏进行安全性能评价。由于原设计护栏横梁迎撞面与立柱前翼板间距较小,且横梁在碰撞力方向刚度较弱,导致大客车与小客车碰撞护栏后,均在立柱处发生绊阻,且小客车车体重心处每10 ms平均加速度的最大值大于20g,不满足安全性能评价标准要求。在不大幅度增加材料用量、兼顾结构美观的前提下,对护栏结构进行优化,取消上下横梁嵌入立柱的设计形式;将上、中、下横梁统一为120 mm×160 mm的矩形管;下横梁厚度为3 mm,中、上横梁厚度为6 mm,立柱翼板厚度为10 mm。仿真分析结果表明,优化后护栏结构的防撞等级达到SA级(400 kJ),安全性能满足评价标准要求。
利用递阶结构和模糊神经网络来进行交通系统的实时协调控制。其基本思想是把交通干线作为一个大系统。子系统为干线上的各交叉口,用模糊神经网络综合调控绿信比,相位差以及周期时长等3方面因素,在模糊神经网络控制器的设计中使用4层网络,将3种数据模糊化后输入,进而得到相应的输出结果,目的在于更好的协调交叉口间的信号,使得主干路的排队长度最小,从而减少车辆延误。最后将设计的控制器作用于北京市海淀区学院路与成府路和清华东路所构成的系统进行仿真研究,结果显示,该方法在减少主干道车辆延误的同时,综合考虑了次干道路段的需求,使得在减少车辆延误方面有较为显著的效果。
为促进综合交通发展协调发展首先需要理清综合交通发展的矛盾所在。选取最具代表性的长三角地区作为研究对象,提出了阻碍综合交通协调发展的基础设施建设问题及运输服务问题,包括平行通道的集约、交叉通道的协调、线路端点的衔接、综合运输枢纽的建设、集疏运体系的匹配、货物运输的联运不畅、旅客运输的恶性竞争等,剖析了这两大方面七大问题的形成机理,提出了解决问题的思路。
以某款国产轿车为研究对象,建立其白车身的有限元模型,并通过试制样车刚度、模态试验研究和有限元分析的对比,验证了计算机数值仿真分析模型的有效性和可靠性。在此基础上,综合考虑车身的静、动态力学特性,将轻量化研究与实际生产相结合,优化了车身零部件板厚的质量分布,实现了动力学特性基本不变,优化后总质量降低了7.84%,扭转刚度提高了1.54%;弯曲刚度提高了30%,为车身结构优化找到了一种切实可行的分析方法。
