为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。
构建沥青路面试验检测数据验证方法体系,进而探索出识别和监控虚假数据的计算流程,以防范和遏制虚假数据的蔓延。将经验判断和数学分析相结合,从试验检测数据的逻辑联系和正态性、方差可分解性等基本特征着手,综合异常数据识别、统计检验、误差分析等数据验证方法,提出了沥青路面试验检测数据验证一般流程。工程应用表明,逻辑性检查和异常数据识别可为统计检验提供较好的数据环境,而统计检验需按K-S检验、F检验和t检验3步依次进行,方能保证数据验证的有效性。误差分析作为验证方法的重要补充,有利于促进质量抽检争议的解决,保证试验检测向规范抽样、科学分析的方向发展。
为了分析沥青路面结构早期损坏发生的层位,采用有限元方法对目前常见的半刚性基层沥青路面建模,模拟分析了动静荷载作用下沥青路面各结构层的应力应变特性及最大剪应力随路面深度变化特点,从路面力学响应的角度分析了路面早期病害类型出现的层位以及各个层位应具备的抗病害的特性,进而对抗病害对策进行了试验路研究。研究结果表明,距沥青路面路表0～3 cm的区域应力三向受压应力波动较大;距路表2～10 cm的区域属于高剪应力区域,易发生车辙;沥青路面层底在静载作用下受拉应力作用,在循环动载情况下受拉压重复作用易发生疲劳破坏。
应用地表热量平衡方程,考虑太阳短波辐射、大气和地面的长波辐射、潜热、感热传输等能量之间的平衡,并考虑水汽、气溶胶、浮尘以及云等对太阳短波辐射的吸收和散射,建立了一种较实用的道面温度预报模型。对北京市回龙观站和大羊坊北桥站2011年夏季及冬季对道面温度和自动气象站的常规气象要素观测进行模拟分析,并与该时段内所测到的道面温度进行对比。结果表明:两站道面温度的预测值与实测值的相关系数均在0.90左右,雨雪天时相关系数较小。这表明该模型具有一定的预报水平,且对夏季和冬季不同天气条件下道面温度预报结果均较好,可以运用于高速公路路面状况的实际预报中。
为研究玄武岩纤维增强水泥混凝土的路用性能,针对柔性纤维水泥混凝土配合比设计过程中的不确定性和依赖经验的现状,以水灰比作为参照因素,通过正交试验分析了玄武岩纤维体积掺量和长度对混凝土抗弯拉强度的影响程度,明确了主次影响参数及参数适宜取值范围。通过进一步分析纤维体积率对水泥混凝土28 d抗弯拉强度、干缩率和冲击韧性等指标的影响,结合柔性纤维混凝土的增强机理,确定了各参数的最佳选值。研究结果表明,水灰比、纤维体积掺量和纤维长度是影响混凝土强度的重要因素,0.2%～0.3%体积掺量的玄武岩纤维可显著提高水泥混凝土的早期强度、收缩性能和抗冲击性能,同时具有良好的工作性,玄武岩纤维对水泥混凝土后期强度的提升有一定效果。
通过资料收集和大量现场调研得出西藏境内G318沿线发育重大地质灾害324处(段),其中崩塌162个,滑坡39个,泥石流88条,雪崩3处,河岸坍塌10段,冻土冻融22段。崩塌以节理裂隙切割型岩质崩塌、坡面堆积滑塌型和高陡阶地滚落型土质崩塌为主,滑坡以大型深厚堆积层土质滑坡和中小型风化卸荷型岩质滑坡为主,泥石流以降雨诱发型和冰湖溃决型为主。沿线地质灾害在地域上不均、地形地貌上散中有聚、地层岩性及高程上相对集中、年际上具有周期性及年内具有季节性的发育特点,且与人类工程活动有关的达67%以上。最后,提出了分期分批分级治理的防治思路和不同类型不同成因模式地质灾害的防治措施。
应用数值模拟方法研究桥梁断面的雷诺数效应,采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT中的3种不同的湍流模型,即标准k-ε模型、雷诺应力方程模型及Spalart-Allmaras模型,对流线形桥梁断面的三分力系数随雷诺数的变化进行数值模拟计算,并将数值计算结果与高雷诺数风洞试验结果进行比较。计算结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果非常接近,阻力系数的最大误差不超过4%;升力系数的计算结果比试验结果要大,相对误差不超过3%;当雷诺数小于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果要小,雷诺数大于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果大,计算误差不超过6%。研究进一步证实了流线型桥梁断面存在着三分力系数的雷诺数效应。对于流线型桥梁断面,宜采用标准k-ε模型对其三分力系数进行数值模拟计算,计算结果能够符合精度要求。
为准确、真实、完整的重现桥梁垮塌事故过程,研究了结合有限元垮塌分析和虚拟现实技术的桥梁垮塌场景模拟方法。在MSC.Marc中完成了桥梁垮塌有限元分析。基于该有限元分析数据,设计了桥梁垮塌场景模拟的系统架构,并提出了一套基于图形引擎OpenSceneGraph(OSG)和物理引擎PhysX的桥梁垮塌动画和特效的技术流程,在OSG平台上开发了基于有限元分析数据的桥梁垮塌场景模拟系统。以某石拱桥为例,展示了基于本系统的桥梁垮塌过程以及碎块、烟尘等效果,并与有限元垮塌分析的图形结果进行了对比。结果表明:基于本系统的桥梁垮塌场景模拟具有与有限元模拟相同的准确性,同时更具有真实感和丰富的场景内容。桥梁垮塌场景模拟准确而真实的还原了桥梁垮塌事故场景,可以用于桥梁垮塌事故鉴定辅助分析。
为了合理的评估混凝土桥面板的性能状态,预测其剩余寿命和确定合适的养护、维修方案,通过混凝土桥面板性能退化成因分析和对已有桥面板性能退化模型的评价分析,经过指标转化,建立了实用的,满足实际工程精度要求的桥面板技术状况退化模型。该性能退化模型显示,混凝土桥面板的平均使用寿命在40～50 a。然后将此模型中的技术状况指标转换成与我国桥梁养护规范相对应的评价指标,结果表明:经过15～20 a,混凝土桥面板技术状况等级将由1类退化为2类,经过40 a左右,将继续退化为3类。以此退化模型为基础,制定了混凝土桥面板的养护方案,提出了与我国桥梁养护规范相应的混凝土桥面板进行日常养护维修、重大维修和更换的初步的时间表,可供我国桥梁工程人员参考。
为解决西陵长江大桥钢桥面沥青铺装大修中遇到的工程技术难题,对设计控制指标、设计计算方法、试验检测方法、旧桥面清除方法等进行了研究。在对西陵长江大桥旧桥面铺装病害调查、沥青铺装体系力学模型计算、极限低温调查的基础上,采用铺装表面弯拉应变与铺装——钢板界面剪应力作为铺装材料疲劳设计控制指标,提出长寿命防水粘结层设计,并提出实用的试验检测方法与指标。在沥青铺装现场温度测试的基础上,建议提高沥青混合料车辙试验的温度标准与动稳定度指标。在对旧桥面铺装材料与结构分析的基础上,提出旧桥面清除方案。在对旧钢板抛丸除锈试验段基础上,解决清洁度与粗糙度指标之间的矛盾。研究结果表明:旧铺装机械清除以保护钢板为主,半桥施工应考虑配重、安全防护、环境保护;两遍抛丸除锈采用不同粒径钢丸可解决清洁度与粗糙度的矛盾;多跨连续叠层梁模型计算的铺装表面弯拉应变与界面剪应力作为疲劳设计指标基本可行;采用抗拉强度结构系数提高极限低温下的沥青混合料弯拉应变技术要求是可行的;铺装高温稳定性设计应提高温度标准,动稳定度指标可根据设计交通量确定。
为确保猛洞河大桥施工过程的安全、设计目标的实现、施工工序的简化,研究其拱圈施工的斜拉扣挂方案。基于考虑施工过程的平面杆系有限元法,以拱肋线形偏差(拱肋制作线形与拱肋合龙设计线形的偏差)等于0为目标,并令交于索塔同一高度处的扣、锚索水平分力相等,采用正装迭代法确定劲性骨架安装阶段的扣锚索张拉力;以拱圈应力满足规范要求为条件,用试算法确定主拱圈外包混凝土浇注过程的扣索索力初张值和调整值。在上述方案基础上,对骨架安装和外包混凝土浇注两个关键施工阶段分别进行关于拱肋线形和应力的参数敏感性分析,找出了灵敏度较大的结构参数,以便进行有针对性的控制。利用外包混凝土合龙状态的参数敏感性分析结果,对外包混凝土浇注过程中的扣索布置方案和完成后的拆除顺序进行了优化。
针对施工期的超大跨度钢箱梁斜拉桥的结构力学行为对结构参数的敏感度问题,基于几何控制法的基本原理,以苏通大桥为研究对象,建立了考虑几何非线性效应的施工全过程有限元模型。当结构几何参数、刚度参数和荷载参数发生变化时,对施工全过程单参数敏感性进行了系统的分析。计算分析过程明确了几何控制法计算分析的要点,计算结果揭示了超大跨度斜拉桥的力学行为特点,并确定了影响主梁线形和索塔偏移的关键敏感性结构参数,为制造阶段和施工阶段控制容许误差的确定、误差修正及最优控制决策提供科学依据。
为分析处于软土地基上的大跨度斜拉桥在长周期地震动下的反应,通过ANSYS有限元软件和SHAKE土层地震反应分析程序等辅助软件,基于Penzien模型建立了某大跨度斜拉桥的整体有限元模型。选取一条长周期地震波和一条普通地震波比较分析了自由场地的地震反应,并在此基础上对考虑土-结构相互作用的斜拉桥地震响应进行了研究。结果表明,长周期地震动对软弱土层产生的不利影响要远远大于普通地震动,部分土层产生液化并丧失承载能力,同时,软土地基上的大跨度斜拉桥对长周期地震动十分敏感,结构的地震响应要明显大于普通地震动作用下的响应。
重点考察了钢-混凝土组合梁在任意温度分布作用下应力的计算方法。首先在指出传统温度应力计算方法不足的同时,根据结合面变形协调条件和曲率相同假设,推导出不考虑滑移时,矩形温差作用下组合梁应力的计算方法;接着采用有限元理论,推导出任意温度分布下,组合梁温度应力的计算方法,并分别给出温度梯度和矩形温差作用下的温度应力计算公式;最后以某一钢-混凝土组合梁为例,将各方法的计算结果进行了比较。结果表明:对于适用于计算矩形温差的基于曲率的方法,计算矩形温差作用下的应力,与通用有限元软件模拟结果相吻合;对于适用于计算任意温度分布形式的有限元方法,计算温度梯度分布下的应力,与通用有限元软件模拟结果吻合较好。
基于双剪统一强度理论,推导圆形海底隧道围岩在流固耦合作用下的应力场、位移场、塑性区半径、围岩特性曲线方程的解析解。通过计算表明:由于海底隧道通常位于高水压富水区,很高的孔隙水压力和渗水压力会降低隧道围岩的有效应力,使地层的成拱作用和稳定性降低;中间主应力对海底隧道围岩的应力场、位移场、塑性区半径都有一定的影响,考虑中间主应力效应有利于充分发挥围岩的自身强度;在海底隧道的围岩稳定性分析和衬砌结构设计中,合理地考虑渗流作用以及围岩材料的中间主应力效应是必要的,选用符合岩体自身实际的强度准则是正确进行岩石工程力学分析的基础。通过选用不同的中间主应力效应系数和不同的有效孔隙水压力系数,可以使本研究结果适用于各种工程实际情况,并对海底隧道围岩稳定性的判别、支护结构的设计以及预注浆范围的确定具有一定的工程实用意义。
为有效地找寻和管理交通网络的关键节点,以免网络陷入大规模的交通瘫痪,构建了基于级联失效行为的节点重要度测算方法。首先,基于双层网络提出了一个交通网络级联失效模型,该模型:(1)考虑了上层出行网络与下层道路网络的相互影响;(2)给定节点、边初始容量,初始容量与初始流量无关,而初始流量由初始容量等决定;(3)用出行时间描述边的状态;(4)采用可变的边容量,边的容量随下游拥挤程度的变化而变化。然后,基于节点删除法提出了考虑级联失效的交通网络节点重要度评估方法,用级联失效网络的阻塞程度刻画了节点重要度,设计了能测算所有节点重要度的算法流程。试验分析表明,出行网络结构、出行者行为对节点重要度有重要影响。
一票制(单次刷卡)公交线路IC卡数据中缺少乘客上车站点信息,为获得乘客上车站点信息,需要将IC卡交易数据与公交站点进行匹配。首先根据公交车辆GPS数据和公交IC卡数据分别推算站点间运行时间,建立匹配约束规则完成首次站点匹配,并求得公交车辆GPS系统与公交IC卡收费系统的时间平均偏差值,再将时间平均偏差嵌入数据匹配模型,利用禁忌搜索算法对其他未匹配的交易记录进行二次匹配。为作比较,数据试验还包括仅根据站点间运行时间对GPS和IC卡数据进行匹配,从而找到IC卡交易记录与公交站点对应关系。数据试验表明:在GPS数据较完整的条件下,该方法能够精确实现IC卡交易记录与上车站点的匹配,而对比试验方法的匹配精度为80%,低于本文所研究方法。
分析了高速公路半幅封闭施工作业区各主要区段的交通特点及其道路通行能力影响因素,在此基础上,提出了基于格林希尔治速度-流量模型的通行能力确定方法和基于运行速度(重点是85%位车速)及道路交通条件修正的通行能力确定方法。应用上述方法计算得出了黑龙江省哈阿高速公路施工作业区上游正常路段、上游警告区及施工区段的实际通行能力值,分别为1 630、1 411、和1 338 pcu.(h.ln)-1。研究结果表明:上述2种方法均可用来确定施工作业区的实际通行能力且计算结果的误差较小,相对误差在0.92%～4.74%之间。
以避免交通拥堵和提高交通效率为目标,同时满足交通用户要求和交通系统交通流均衡要求,对城市交通控制与诱导融合框架进行研究。分析城市交通控制与诱导系统和信息物理融合系统 (CPS)的特性及两者关联。探讨CPS 理论应用于城市交通控制与诱导系统的各项技术要求。根据动态城市交通流诱导系统和城市交通信号控制系统的内容,针对两者相关性、冲突性与解决方法,考虑信息物理融合系统的人机系统特点,提出一种基于信息物理融合系统理论的城市交通控制与诱导融合框架。该框架包含计算部分、通讯部分、控制部分和物理世界部分,增强了城市交通流诱导系统和城市交通信号控制系统的融合度,侧重从技术层面分析两者深度融合的可行性,为智能交通系统中交通控制与诱导融合的实施提供理论依据。
以快速路与常规道路功能明确及两者的有效衔接为目标,针对目前交通分配模型应用中没有考虑道路功能、忽略次要道路等问题,基于多路径交通分配模型,提出考虑避免快速路短距离出行的有效路径路权值的计算方法并进行算法设计。对构建的路网采用改进后的模型进行路网流量分配,结果显示,比较原有的分配模型,由于减少了短距离出行分配量,快速路及其节点所承担流量得到降低,而与其平行的常规道路被有效利用。而且,根据避免或减少快速路短距离出行的流量分配结果,便于识别与快速路平行或衔接的常规道路,为快速路路段与节点的设计、与快速路平行或衔接道路的改造,以及快速路与常规道路衔接段设计提供依据。
大城市公路客运枢纽班线定站合理性规划直接影响公路旅客出行的便捷性及公路客运系统的运输效率和服务水平。在公路旅客运输班线属性判定基础上,对集约化班线与均衡性班线分别配置初始定站方案;以合理利用客运场站资源为目标,优化初始定站方案,形成系统最优配置方案。本文根据不同班线的特点采用相应的配置方法,定性与定量相结合,便于在实际定站工作中应用,为科学定站提供参考依据。
针对单位运输成本为运输量的阶梯函数形式,且客户需求、提前期和库存成本存在不确定性的运输-库存协调问题,从优化系统物流成本角度,建立了运输-库存系统成本优化模型。基于理论上的最优解在实际中并不一定可行的事实,为了使决策者的决策意图能够得以体现,提高优化结果在实际环境中的可执行性,提出了一种求解模型的协调机制。最后算例表明了该协调机制的有效性:既体现了决策者的经验判断,同时由该优化机制得到的优化结果也小于分别采用最优运输策略和最优库存策略时的系统成本值。
产品多样化已经成为很多制造企业普遍采用的竞争策略,然而,现有的选址-库存模型大多只考虑了单产品的情况,不能满足实际的需要。基于协调补货的多产品库存控制策略,建立了一种多产品环境下的选址库存联合决策模型。模型以选址成本、运输成本和库存成本之和最小为目标,同时对配送中心的位置、数量、服务范围和库存控制参数进行决策。模型属于典型的NP-困难问题,因此,采用粒子群智能优化算法求解。算例的测算结果表明:模型最优解对零售商的需求、配送中心的资源总量和单位产品资源消耗量的变化较为敏感,而对固定选址成本和次订货成本的变化不敏感;模型是可行的,可用于解决部分多产品分销网络设计问题;粒子群优化算法可以很好地求解所建立的模型。
为实现混合动力汽车的动力性、燃油经济性以及模式切换平顺性,以基于CVT的插电式混合动力汽车为研究对象,针对混合动力汽车的多目标优化问题,提出一种可变逻辑门限控制策略。整车控制过程中根据功率需求进行模式切换,其中行驶需求功率根据车速和节气门开度计算得到,切换门限根据整车参数实时计算。以发动机和电机的输出特性、电池的SOC为主要依据计算工作模式切换的可变逻辑门限值。通过电机助力保证整车具有较好的动力性能,通过不同模式下驱动功率的一致性实现模式切换平顺,通过小功率需求时仅可能多用纯电动来提高燃油经济性。在MATLAB/Simulink平台下建立混合动力汽车前向仿真模型,并在NEDC工况下进行仿真。仿真结果表明:整车动力性能得到了提高,实现了模式切换平顺性,节油40%。
为了解决电动汽车在急加速和急起动时电机输出动力不足难以满足驾驶员对动力需求的问题,在对汽车加速过程力矩特性分析的基础上提出了一种加速转矩补偿控制策略。该策略可在线性稳定的驱动力矩控制策略的基础上确定基本驱动力矩。采用模糊控制算法开发了以加速踏板开度及其变化率为输入、目标扭矩增量为输出的驾驶员意图表达控制器。在此基础上设计了加速转矩补偿算法用于计算补偿扭矩。最终确定了驾驶员的转矩需求并向电机驱动系统发出了转矩控制指令。仿真结果表明,该控制策略能够显著提升电动汽车的加速性能。
为研究时间和空间频率路面激励下重型车辆动载特性,将车辆的轮胎、钢板弹簧视为柔体,橡胶垫块、限位块简化为具有非线性刚度和阻尼特性的力元,采用多体动力学仿真软件SIMPACK建立刚柔耦合的车辆整车虚拟样机,并采用有理函数功率谱密度的谐波叠加法建立空间域和时域路面激励数学模型,创建一个时域和空间域路面激励下车辆行驶动力学模型,仿真计算了车辆各轴轮胎的法向作用力和车轮法向动载系数。结果表明:不同车速下,时域和空间域路面激励下得到的轮胎法向作用力的变化规律和大小均不相同,而且轮胎法向作用力最大值出现的位置也不同;中、后轴车轮法向动载系数变化规律基本相似,但前轴车轮法向动载系数变化规律不同。研究结果可为轮胎动载荷计算、验证、预测提供参考依据。
