针对目前路面水泥混凝土易于出现塑性开裂的情况,为更合理优化路面混凝土原材料与配合比设计参数,采用笠井芳夫教授提出的大板法,对比研究了水泥细度、矿物掺和料种类及掺量、混凝土配合比设计参数对路面混凝土早期塑性开裂性能的影响。试验结果表明,水泥的比表面积越大,矿物掺和料掺量越高,水灰比越小,混凝土浆集比越大时,越不利于路面水泥混凝土的塑性开裂控制。且相对于粉煤灰与矿粉,硅灰作为矿物掺和料时,硅灰将更显著降低混凝土抗塑性开裂等级。为提高路面水泥混凝土的抗裂性,宜选择比表面积小于360 kg/m3的水泥,水灰比大于0.4、浆集比小于275:725的配合比设计参数。当混凝土中掺加活性矿物掺和料时,应加强混凝土的早期养护,以抑制塑性裂缝的出现。
为准确分析冲压荷载作用下旧水泥混凝土路面的变形和应力分布状况,通过建立合适的有限元模型来对其分析计算,并以第一强度理论来判断旧路面板的破裂情况,总结了路面板在冲击压实情况下的破坏机理。通过该模型得出旧水泥路面板竖直方向和水平方向的变形和受力特点,即:路面板在冲压荷载作用下发生纵、横双向弯曲变形,并以全断面的纵向弯曲变形为主,最大变形值位于路面板的两冲压轮之间的位置,路面板断面上竖向各点的沉降变形有微小变化,变形性态说明路面板将以弯曲形式发生破坏;路面板在轮压荷载作用下,上面层受压应力,下面层受拉应力,拉压应力的分界点在路面板中心偏下的位置,上面层绝大部分区域3个方向均处于受压状态,纵向压应力几乎为横向压应力的2倍。
将沥青混合料进行网格划分,分别测量各网格的温度值,将各温度测点的坐标值参数化为标准序列,利用B样条模型及其矩阵表达形式建立了离散温度场的重构模型。对建立的温度场重构模型进行数学分析,获得温度场在加热区域的分布。通过不同温度分布概率的对比,实现了再生效果的评价。通过计算散乱点与拟合曲面的距离,分析模型的精度。通过对建立的连续型温度分布模型进行均值求解获得不同结构形式的辐射加热器的能量利用情况,对加热器的辐射效率进行评价。采用某天线进行加热试验,对实测的温度值进行数据处理,结果验证了评价模型的正确性。
针对寒区低温特点,对沥青混合料进行室内单轴压缩试验,分析温度、油石比、沥青种类和级配对混合料抗压强度的影响。结果表明,混合料抗压强度随温度的升高而降低;对比不同最大公称粒径的沥青混合料的抗压强度可知,SBR改性AC-16混合料的抗压强度高于AC-13;存在对应于抗压强度达到最大值时的最佳油石比,约在6.0％～7.0％之间;SBR改性沥青混合料的低温抗压性能明显优于130#道路石油沥青混合料。混合料抗压强度值的对数与温度及油石比的关系符合二元一次函数关系。用SPSS相关分析方法分析各影响因素对混合料抗压特性的影响程度可知,温度和沥青种类对抗压强度影响较大。
将沥青混合料假设为粘弹性体,应用沥青混合料的蠕变试验结果,拟合蠕变应变公式,建立粘弹性本构关系。将单圆均布荷载作用下的饱水沥青路面简化为空间轴对称问题,建立二维的有限元模型。应用有限元软件进行求解,并对计算结果进行详细地分析,得出以下结论:在行车荷载作用后,路面表面的竖向位移没有完全恢复,产生了竖向永久变形;由于沥青面层(粘弹性体)的应变恢复的速度小于基层(弹性体)的应变恢复速度,导致了路面结构中存在残余应力;在沥青面层(粘弹性体)的应变中,弹性应变部分完全恢复,蠕变应变部分没有完全恢复,大部分的不可恢复的蠕变应变残留在沥青面层中。
为提高抗凝冰涂料的贮存稳定性,通过Gibbs吸附定理及Stokes沉降数学模型分析了抗凝冰涂料的贮存稳定性机理,提出了影响抗凝冰涂料贮存稳定性的因素有沥青颗粒周围的乳化剂吸附量、分散液的粘度η以及沥青颗粒与分散液之间的密度差Δρ,通过进一步分析认为影响抗凝冰涂料贮存稳定性的上述因素与抗凝冰剂/沥青的比值γ及抗凝冰涂料的固含量β密切相关,基于此分别研究了抗凝冰剂/沥青的比值γ及抗凝冰涂料的固含量β对抗凝冰涂料贮存稳定性的影响规律。研究结果表明:当采用γ=0.26、β=59％时,所制备的抗凝冰涂料不仅具有良好的贮存稳定性,而且具有显著的抗凝冰效果。
针对大跨桥梁在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,以一座大跨3塔悬索桥为例,建立了考虑塔、墩弹塑性的空间非线性碰撞模型,采用非线性时程法研究了地震作用下伸缩缝处碰撞对结构地震响应的影响。分析结果表明:当引桥振动基本周期大于主桥位移控制振型周期时,碰撞可能使引桥墩底、主引桥相对位移及引桥梁体搭接长度响应地震增大,且随着主桥和引桥位移控制振型周期差异逐渐增大,碰撞效应总体上对主桥的地震响应影响较小。
为了使悬索桥施工猫道静风响应的研究更加接近真实,利用大型有限元软件ANSYS,建立了澧水河特大悬索桥施工猫道的有限元计算分析模型,对猫道进行了非线性静风响应研究。在猫道节段模型的静力三分力试验的基础上,考虑猫道结构的几何非线性和静风荷载的非线性,采用增量与内外两重迭代相结合的方法,编制了精确求解施工猫道静风失稳的计算程序,进而对澧水河特大悬索桥施工猫道进行了三维非线性静风失稳分析。研究结果表明:向上的升力作用可使猫道承重绳的张力逐渐开始松弛,导致小跨猫道扭转刚度减小;猫道发生静力扭转失稳的原因为减小的扭转刚度不足以抵抗空气力矩作用。
为研究钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为,以某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用有限元方法对其全过程非线性受力行为进行深入分析。首先,建立钢管混凝土拱桥整体模型,对其整体受力行为进行分析,提取系杆拱桥关键节点在设计荷载工况下的最不利内力情况;然后以力边界条件形式施加给节点三维精细有限元模型,对拱脚节点和拱肋吊装节点在设计荷载工况下进行应力分析,探讨2种节点在设计荷载工况下的受力行为;最后,考虑材料非线性行为,采用弧长法对2类节点极限承载力进行分析,探讨其承载非线性行为及安全储备。研究结果表明:这2种节点构造形式在设计荷载工况下均安全可靠,且具有较大的安全储备;拱脚节点区拱肋钢管与系梁上翼缘板相交处存在明显的应力集中现象,该处构造复杂,焊缝多,设计时应重点关注;吊装节点区下弦钢管径向刚度小,采用环向加劲肋加强后,对钢管刚度及承载力均有显著改善。
正交异性钢桥面板应用广泛、但疲劳问题也较多,特别是与U肋相交的横隔板弧形缺口位置较为严重,各国规范和工程实践做法迥异。为研究弧形缺口边缘的2个主要疲劳开裂热点,选取4种不同缺口形式,考虑横隔板间距与厚度、肋高、缺口间隙等4种尺寸参数,建立桥面板局部空间模型进行分析,结合热点应力法进行疲劳评估。结果表明:对于这些缺口构造形式,与疲劳性能密切相关的热点应力水平和几何应力集中系数均表现出对各尺寸参数的显著相关性;不同缺口构造形式适用于不同的荷载条件。综合分析结果,本文推荐了一种弧形缺口形式,各项计算指标均较好。
为深入认识不对称连续刚构的不对称性所引起的结构力学特性,引入不对称连续刚构不对称系数的概念,确定该系数的合理范围以保证结构的合理性。将已建成贵州思南县岩头河大桥结构的大T构对称形成对称连续刚构,从该对称刚构中一个T构的主梁根部依次对称去掉悬浇节段,形成20个不同的不对称系数模型,(含对称结构)。对模型进行适当假定与简化,采用大型有限元软件Midas/Civil,计算得出跨径不对称下连续刚构在自重、活载、系统升温、基础沉降及各工况组合下的支点反力,并得出结构在各工况及各应力组合下的应力。分别对比分析了支点反力和应力在不对称系数变化下的变化规律,确定出不对称连续刚构的不对称系数合理取值范围为0.4≤η≤1.0,对不对称连续刚构在实际工程中的应用具有一定指导意义。
针对高烈度区矮墩在地震中易发生脆性剪切破坏问题,结合《公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B20-01—2008)》,提出了含矮墩桥梁抗震设计对策。以高烈度区某两跨简支预应力混凝土T梁桥为例,分别提出了减隔震技术、多柱墩设计、采用复合短柱(FRP或钢套管)或高强度抗剪箍筋等具体方案和建议。利用专业MIDAS有限元软件建立减隔震、多柱墩设计方案数值分析模型,比较了在E2地震作用下各个设计方案中桥墩及桩基础纵、横向最大受力情况。结果表明,采用减隔震设计或多柱墩设计方案可有效降低矮墩及基础的地震需求,改善矮墩及基础在强震作用下的受力性能,适用于高烈度区矮墩桥梁的抗震设计。上述方案主要供设计人员在抗震概念设计阶段选用,以切实提高含矮墩桥梁抗震能力。
采用不同防腐技术制作长期暴露试件,试件放置在青岛海湾大桥常规暴露实验站进行暴露试验,以研究不同防腐技术在北方微冻海洋环境中的防护性能。研究表明:经过1 a暴露试验,涂层、聚脲试件外观无明显变化,与混凝土表面的粘结强度大于2.0 MPa,且试件内部均未受到氯离子的侵蚀,防护效果良好;硅烷浸渍试件内部有一定浓度的氯离子积聚,但相比空白试件,浸渍硅烷混凝土不同深度的氯离子浓度约为空白试件同深度的50％,且浪溅区降低效果更显著。浸渍硅烷能够减少氯离子对混凝土的侵蚀。
为克服传统支座脱空测试方法中存在的传感器安装困难和测试误差大等问题,提出利用支座脱空前后桥梁变形规律的不同,根据理论支反力-实测位移曲线,结合理论位移曲线,判断桥梁支座是否脱空的位移法。采用室内试验和现场荷载试验的方法对位移法测试支座脱空的有效性进行了研究。对一根3跨连续梁的试验表明:支座脱空前后的试验点可以采用2条不同斜率的直线拟合;支座脱空时出现拐点,支座脱空前后的曲线斜率相差8倍以上;位移法不仅可以判断支座是否脱空,还可以给出支座脱空荷载和支座的弹性系数;结合理论分析结果,位移法可判断出支座是在试验前脱空、试验中脱空还是一直未脱空。对一座4跨连续钢箱梁桥的现场试验表明本研究提出的方法可行。
针对公路隧道勘察设计多个阶段大量丰富、准确的工程信息未能有效管理、缺乏再利用的现状,提出将CAD、GIS技术运用于公路隧道的信息资料数据库管理。通过对工程实例调查标准化和整合多来源、多个时期、多样格式和多数据标准的公路隧道信息,以三维可视化为重要特征,建立平面图与隧道各类附属设施、隧道设计资料数据库、隧道设计模型、地质及地形三维模型之间的联系。构建公路隧道设计的三维可视化管理系统,建立了覆盖公路复杂隧道的设计、运营、养护等多阶段的信息管理、共享服务平台。通过vc2005和ObjectArx2008开发工具实现,并在厦门翔安海底隧道中进行了应用,取得良好效果。
针对中短隧道照明设计中缺少供电来源的难题,采用风光互补技术太阳能供电系统,合理利用现有资源,保障隧道机电建设及运营中正常照明。该系统通过结合风光混合发电技术,利用太阳能光伏发电,对隧道内的高亮LED照明系统进行供电。这2套系统相互结合,无需直流向交流转化,从而大大节省了能源损失;并通过合理的改良设计,对蓄电池充放电模块和高亮LED外围电路节能深入研究,改变传统电能转化中的能量损失和照明光转换率。确保蓄电池长时间放电和高亮LED照明系统的低能损耗,即使在恶劣环境下整套系统也能安全稳定运转。系统对现有的太阳能供电关键技术进行改良和工程细节微调,同时对灯具布局进行调整,提高整个照明系统的工作时间,真正达到经济节能的目的。
选择一条既能保运输安全,又能满足经济需要的路线,是危险货物道路运输过程中的重要问题。危险货物道路运输路径优化是解决这一问题的有效方法。在对危险货物道路运输进行系统分析的基础上,根据危险货物运输的特点和广义阻抗函数的定义,建立了危险货物道路运输路段阻抗函数模型;为满足政府要求的运输安全性与运输企业要求的运输经济性,根据Wardrop平衡原理,建立了以UE模型为下层模型的危险货物道路运输路径优化的双层规划模型,通过模拟退火算法和对双层规划模型进行求解;最后,进行了案例研究,证明了模型和算法的有效性。
考虑城市交通事故与道路网结构的关系,结合交通事故导致的时间延误,提出了基于交通安全的城市路网结构优化方法。首先分析了不同等级道路之间的衔接方式对出行者选择路径行为的影响,总结了交通事故的影响因素。然后在此基础上提出了基于交通安全的路网构造原则,建立了以路网安全度最大为目标的路网结构模型,并通过求解模型确定各路段的道路等级,得到安全度和结构不同的若干个路网。通过考虑交通事故时间延误情况下,进行随机均衡分配,得到路网各路段的交通量,并计算各路网的交通事故次数。最后提出了路网的安全性评价指标,分析交通事故次数和路网结构指标的关系,提出了考虑安全性的路网结构优化措施,并用实例验证了优化措施的有效性。
为使限速值的确定更为客观,避免以往仅以85％位速度作为限速主要依据所存在的缺陷,在剖析合理限速与运行速度、道路特征等约束条件之间所存在逻辑关系的基础上,根据百分位速度与其他限速影响因素所构成变量的数据结构与Panel Data结构的相似性,引入Panel Data相关建模方法来构建限速与百分位速度等影响因素之间的理论模型。采用逐步回归法与最小二乘虚拟变量相结合的方法来求解最优时点固定效应模型表达式,应用F检验或Hausman检验结果确定Panel Data模型类型及具体表达式,最终确定一级干线公路小型车限速的主要影响因素依次为行人干扰、地形、纵坡、百分位速度,大型车限速的主要影响因素依次为地形、纵坡、行人干扰、出入口密度。最后,应用统计软件分别对一级干线公路大、小型车Panel Data限速模型残差有效性进行检验,结果表明所建模型误差均在±10 km/h之内,说明所提出的限速确定方法在实际应用中具备一定的可行性。
动水压强是影响汽车雨天滑水的直接因素。通过建立纵横向花纹轮胎有限元模型,利用Fluent软件模拟不同行驶条件下轮胎所受的动水压强大小以及轮胎不同部位水流速度的分布规律,并根据数据结果回归得出了行车速度、水膜厚度和轮胎花纹深度与动水压强的关系式。结果表明:轮胎所受到的动水压强取决于水膜厚度、胎纹深度及行车速度;随着水膜厚度的增加,动水压强与车速的关系逐渐由非线性向线性转变;行车速度对动水压强的影响最为明显,仅改变轮胎花纹深度不能完全避免车辆滑水。
出行者路径选择行为的研究对于城市交通工程和规划具有重要的理论意义和实践意义。传统的路径选择研究基于期望效用理论,但该理论存在着一些不足。前景理论能够较好地描述不确定性条件下的决策行为。首先在前景理论框架下,研究了路径选择模型中参考点的设置,将到达时间作为路径选择的参考点,并通过实际调查,研究了通勤者对不同参考点的设定。最后在参考点不变的情况下,研究了出发时刻对通勤者路径选择的影响。结果表明:前景理论比期望效用理论更加符合实际的路径选择行为,当收益或损失不大时,通勤者倾向于选择路况比较稳定的路径;而当面临的损失较大时,通勤者会选择路况不确定的路径。
道路运行车辆在不同交通运行状态下所占有的道路时空资源的物理意义不同,为了科学反映其动态特性,吸取了传统交通流理论的学术思想,选择交通密集度作为车型换算系数的计算标准,综合分析了不同交通流运行状态下车辆占有车道空间问题,从交通流特性分析入手,定性分析车型对交通流量-密集度的影响,提出了不同车型相对应的影响系数计算方法,进而建立基于需求安全距离的动态车辆换算系数定量模型。通过数据验证和试验对比分析结果显示,动态车辆换算系数更好地反映了交通流运行中的速度-流量关系和动态特性。
应急物流系统的多目标选址-路径问题主要旨在解决应急物流中心的选址问题、物流中心处理能力的设定问题和各类应急物资车辆运输路径的选择问题。基于既有研究成果,主要考虑时变条件下物资需求的多样性特点,兼顾应急物资类型的多样性特点和物流中心最小处理量要求,以运输路线能力和含有富余度系数的物流中心能力为约束条件,以时间和费用最小化为优化目标,建立了更为完善的多目标0-1混合整数线性规划模型。采用百分比无量纲化技术消除优化目标的量纲,并设计了基于目标规划的模型求解算法。通过算例试验,对比分析了0-1混合整数线性规划模型与既有模型的时间和费用。结果表明,相较于既有模型,该模型所得的选址-路径方案在费用和时间的消耗上都有所下降,更符合应急物流管理的实践工作。
高速公路运输量数据是国家和运输主管部门迫切需要的,但在我国现行公路运输量统计调查制度下还无法得到,亟需进行统计研究。基于高速公路计重收费系统中的出口车流量、通行费收入、车货总质量、超限率等信息,同时结合对货运车辆空车质量的抽样调查数据,建立了货运量、货运周转量统计模型,提出了高速公路货物运输量的统计方法,并以昆明东绕城高速公路为例验证该算法的可行性。研究结果表明:利用此统计方法获取基础数据方便,可大大减轻调查难度,节省费用和时间,并且为某一范围的货物运输量统计提供新的思路。研究成果不仅能反映高速公路的货运运输能力和效率,而且为进一步测算高速公路运输在综合运输体系中的地位作用,衡量高速公路对区域经济和国民经济的贡献提供基础数据。
目前对收费公路问题的讨论很多,但缺乏从经济学角度的系统认识,从公路的经济属性出发,解析高速公路和一般公路的经济属性的异同点,提出作为公共产品的公路,普通公路和高速公路的公共产品化程度是不同的,普通公路的公共产品化程度更显著,而具有一定垄断特性的高速公路的公共产品程度较低。在考察国外发达国家针对收费问题的具体举措上,提出普通公路不应该收取通行费,高速公路可以收取通行费作为对"级差效益"的补偿。最后,在对我国高速公路收费权益转让制度认可的基础上,提出我国收费公路权益转让更重要的是要形成收益权转让的"市场",提出我国公路收费管理和收费制度改进的方向。
在集装箱多式联运中,集装箱箱型和运输方式的组合优化直接关系到货物运输的时间、费用和质量。考虑运输需求量为模糊情况下,建立集装箱多式联运箱型和运输方式的优化模型,实现集装箱多式联运总成本最优化,并提出模型求解的改进型粒子蚁群算法。最后结合算例对模型进行应用分析,并分析箱型替代和运输交货期限的变化对多式联运总成本的影响。结果表明:承运人可根据不同运输需要实现集装箱运输规模效益,提高集装箱利用率;时间限制对承运人选择集装箱箱型和运输方式的影响较大;改进型粒子蚁群算法优于蚁群算法。
