为了研究沥青混合料CT图像空隙率大小及其分布特征,基于Matlab图像处理软件对各层位扫描CT图像进行图像增强、图像锐化处理。采用二维最大熵阈值分割法对沥青混合料不同层位的CT图像进行二值化,利用Canny算子模板进行边缘检测,检测出图像边缘内部空隙点数与试件CT图像总点数做熵运算,计算空隙占整个试件的百分率。同时,对试件空隙率检测计算结果差异的显著性进行数理统计检验。结果表明:空隙率随层位呈两头大中间小的分布趋势,验证了沥青混合料内部微观结构的非均匀性;CT图像计算的空隙率均值可以作为试件的空隙率值,同时试验数据结果与图像处理结果具有一致性,表明图像处理具有一定的准确性和可信度。
为了分析水泥对改性乳化沥青冷再生混合料力学性能的影响,以AC-25沥青混合料级配为基准,通过室内对比试验,对不同水泥掺量的改性乳化沥青冷再生混合料的疲劳耐久性、低温稳定性、高温稳定性及水稳定性等力学性能进行系统研究。研究结果表明,一定掺量的水泥有利于改善改性乳化沥青冷再生混合料的疲劳耐久性,但水泥增加至3.0%时,其进一步的改善效果并不显著;以破坏应变评价混合料低温性能时,指标具有较高的灵敏性,当水泥用量为2.0%时低温性能最佳;水泥的掺加显著地提高了改性乳化沥青冷再生混合料的高温稳定性和水稳定性,其在改性乳化沥青冷再生混合料中发挥着重要的作用。
低温缩裂是沥青路面使用过程中遇到的主要病害之一,为了更清楚地揭示沥青路面低温缩裂的机理,基于内聚力模型,运用ABAQUS有限元软件对沥青路面的低温缩裂过程进行数值模拟。建立了粘弹性分析的模型,对约束试件温度应力试验(TSRST)进行数值模拟,其数值模拟结果与试验结果非常接近;拟定路面结构内聚力及粘弹性材料参数,模拟了不同降温时间情况下沥青面层断裂损伤的情况。结果表明:低温缩裂模型中加入粘弹性参数后,路表面层发生初始损伤的起始温度要求更低;从断裂过程上来看,弹性的沥青面层开裂具有瞬时性,开裂过程极为短暂;加入粘弹性材料参数后,沥青路面开裂具有过程性,比弹性的路面结构更接近实际沥青路面的开裂状况。
针对目前我国沥青路面规范中气候分区以气温为依据,没有和路面实际温度结合起来存在的弊端以及SHARP规范气候分区方法又不完全符合陕西省实际的现状,采用陕西省10个市区20 a的气候资料,采用回归的方法,研究陕西省公路沥青路面路用性能气候分区。研究结果表明:各市20 a平均极端地表最高温和20 a平均连续7 d日最高气温、地理纬度之间存在良好的关系;各市20 a平均极端最低地表温和20 a平均最低气温存在良好线性关系;运用高温回归模型和低温回归模型将陕西省公路沥青路面PG分为PG64-10、PG64-16、PG64-22、PG64-22这4个级别;综合规范分区方法和PG分区,将陕西省公路沥青路面路用性能气候分区划分为3个区。
为解决施工后沥青混合料结构类型的验收问题,以路面芯样为对象研究了混合料结构类型的评价方法。该方法具体步骤为首先测定沥青路面芯样高度,然后燃烧路面芯样从而获得粗集料,最后通过干捣实法成型试样并测定试样高度。通过试验建立了沥青混合料结构类型的评价指标Hmix/HDRC和评价标准,即:当路面芯样高度小于等于试样高度时,沥青混合料为骨架型结构;当路面芯样高度大于试样高度时,沥青混合料为悬浮型结构。并以某高速公路3个标段的中面层AC-20混合料和上面层SMA-16混合料为例,研究了混合料结构类型对高温抗变形性能的影响,结果表明,所提出的混合料结构类型指标Hmix/HDRC与混合料高温抗变形性能密切相关。研究成果弥补了现有规范的不足,便于对沥青路面的施工质量与设计的符合性进行检验,从而有利于控制路面施工质量,延长路面使用寿命。
由于用地规划、资金缺口等限制,公路改造方案往往需要通过多个方案比选才能得到,以往的方案比选和评价方法往往都是一些定性的方法,受决策者主观因素影响较大。为此提出了一种基于VISSIM仿真模拟的道路改造方案的定量化评价方法,该方法利用VISSIM仿真软件,对各种改造方案进行模拟和预测,选择合适的评价指标并根据得到的各项评价指标进行综合分析以达到比选方案的目的。以南京市绕城公路改造工程为例,结合其实际的情况应用该方法对提出的多种改善措施和优化方案进行评价比较,结果表明:车型和车道管理方案能够有效地改善交通流运营情况,提高安全水平;运用VISSIM仿真模型能得到较好地量化评价指标,对方案比选具有较大的现实意义。
为有效控制和预估高速公路建设费用,以陕西省高速公路建设费用为研究对象,采用Matlab软件编程,通过数理统计与分析得出了不同建设时期各单项费用及其占建安费、总费用比例的变化规律,并建立了造价估价模型。研究结果表明:随着时间的推移,各单项费用(路基、路面、桥梁、隧道、绿化、房建、交通安全、机电、征地拆迁)逐渐增加;路基、桥梁、交通安全设施费用占建安费、总费用的比例减小;其他单项费用所占比例逐渐增大。估价模型反映了单位里程造价与路基宽度、路基平均填土高度、路面结构总厚度、路面面层厚度、桥隧比、征地面积、绿化工程长度、互通立体交叉数量共8个因素的定量关系,拟合程度满足工程精度要求。研究结果为快速、准确地估算和评定新建高速公路建设费用及其合理性提供了决策依据。
针对中国西部山区复杂工程地质条件下施工与运营过程中,陡坡桥梁桩柱承受复杂荷载作用的受力特点,首先阐述了陡坡地段常用嵌岩桩的抗滑性能及影响桩侧摩阻力与桩端阻力发挥的多种因素,着重从室内模型试验和现场试验研究及计算机数值模拟分析等方面讨论了其水平承载性状的理论计算方法与在复杂荷载条件下的应力分布与变形性状,并研究了嵌固深度的计算方法;其次对多数学者认可的陡坡双桩柱的门式框架计算模型进行了探讨,该模型争议较多问题是岩(土)体的压力分布问题;再者对长桩屈曲、桩柱高墩的稳定性与桩基陡坡的稳定性等已有的研究成果进行了分析;最后指出了山区陡坡地段桩柱需要进行深入研究的一些问题,为其工程设计与理论计算的研究及试验发展提供参考。
为完善钢桥面沥青铺装设计方法,对轴载换算方法进行了研究。在现行沥青路面设计规范轴载换算方法的基础上,基于不同铺装材料疲劳试验结果,提出轴载换算指数n的建议值。在此基础上,有别于现行规范固定轴载换算计算参数的方法,提出根据铺装材料的不同,选用动态轴载换算参数的理念。采用构造纵桥向单位荷载作用下跨中横桥向荷载弯矩影响线的方法,修正叠层连续梁模型的荷载参数与当量支承刚度参数。利用修正后的叠层连续梁模型,得到轴数系数C1的计算公式。在考虑铺装材料疲劳性能的基础上,利用叠层连续梁模型计算得到轮组系数C2的建议取值。计算结果表明,除现行规范考虑的轴距与轮距外,横隔板间距、U肋间距等对钢桥面沥青铺装的轴载换算有显著影响,采用现行规范参数带来的最大计算误差可能达17倍。
针对连续钢-混叠合梁桥墩顶区桥面板,在非荷载因素作用下受拉易产生裂缝,采用支座强迫位移法解决上述问题。为研究支座强迫位移法对叠合梁桥负弯矩区桥面板产生的预压应力效应,以武汉二七长江大桥汉口侧6×90 m连续钢-混叠合梁桥为研究对象,对传统的支座强迫位移法进行了改进,同时利用ANSYS的APDL语言建立大型"梁-壳-实"有限元混合模型,并对其进行局部仿真分析和实测。理论和实测值均表明,改进的支座强迫位移在负弯矩区桥面板中产生了足够的预压应力储备,最大压应力大小为18.5 MPa。在此基础上,将其与传统方案进行对比分析,得出改进方案在负弯矩区桥面板中多产生0.41～0.46倍压应力储备,为今后超大跨连续钢-混叠合梁桥的设计与施工提供参考。
针对既有钢筋混凝土(RC)桥梁可靠性评估过程中有时难以获得足够样本,无法精确确定参数统计特征的问题,将检测结果与专家经验相结合,以结构抗力各影响参数为模糊变量,提出了小样本数据下既有RC桥梁可靠性评估方法。该方法通过隶属函数反映小样本检测数据的模糊特征,进而将模糊变量变换为当量随机变量,采用传统的JC法来计算可靠指标。最后,以一座装配式简支梁桥为例,给出了可靠性评估的具体过程。研究结果表明:混凝土强度隶属函数中模糊幅度对可靠指标影响较小,而钢筋锈蚀率和强度损失率隶属函数中模糊幅度对可靠指标影响较大,既有桥梁检测和评估过程中应更注重对钢筋锈蚀的检测。
为深入掌握内置GBF高强薄壁管的圆管式空心板结构性能,研究了这类结构中GBF高强薄壁管是否参与结构受力的问题。首先通过试验实测了圆管式空心板截面承载力,然后根据薄壁管的实际受力状况对截面承载力进行了较精确地理论分析,推导了考虑管参与受力的截面承载力计算公式。研究表明:在承载力极限状态下当混凝土受压区高度满足一定条件时,GBF高强薄壁管将参与结构受力从而一定程度上提高了结构的截面承载力;根据截面受力状况的不同,该类空心板截面承载力的准确计算需要分2种情形考虑;在设计中仅将GBF高强薄壁管视为成孔内模是不当的,应充分考虑其对结构极限承载力的影响。
为准确计算多梁式宽幅钢-混凝土组合简支箱梁的活载效应,基于Bredt扭转方程推导了钢-混凝土组合箱梁的抗扭刚度计算公式,研究了偏心压力法、刚接板法2种现行横向分布算方法对于该类桥梁的适用性,并与梁格法以及ABAQUS三维数值仿真的结果进行了对比分析。数值计算结果表明:计算边主梁的活载效应时,修正偏心压力法计算结果与空间实体有限元的结果相比偏于安全;计算中主梁的活载效应时,刚接板法与空间实体有限元结果吻合较好;梁格法也是一种较精确的计算方法。在进行此类桥梁的设计中,采用考虑横向分布系数的半解析算法仍然是可行的。
索梁组合体系桥梁属于高次超静定结构,由于各种非线性因素的影响,该类桥梁施工索力的确定有着很高的技术要求,针对索梁组合体系桥梁中主梁采用满堂支架施工的情况,提出了割线迭代算法,该方法思路清晰,计算简单,收敛性好,本质上属于正装迭代算法。通过对拱梁组合体系桥梁和斜拉桥算例的研究表明:对于主梁采用满堂支架施工的索梁组合体系桥梁,采用割线迭代法确定施工阶段拉索张拉力是可行的,迭代得到的成桥状态内力与合理成桥状态内力吻合得很好;在确定合理成桥状态时,考虑与不考虑收缩徐变作用都是可行的,但考虑收缩徐变作用可以使得割线迭代法效果更好;割线迭代法对初始迭代力的选取要求很宽松,但选取合适的初始迭代力可以减少迭代次数。
以某PC斜拉桥维修工程为背景,用GQJS软件进行斜拉桥加固维修施工控制的模拟计算分析并优选了调索方案。在完成索拉力支座恢复、粘贴钢板、张拉体外预应力补强钢筋等维修加固后,主要提出了摆索拉力支座恢复后索力调整的施工控制目标和安全措施,介绍了摆索拉力支座恢复后的索力调整的过程和方法,以及结构在运营阶段中的计算分析结果。施工监测结果表明,所有调索步骤完成后,主梁线形调整最终达到了预期目标,调整后的索力更趋于均匀,调整过程兼顾了主梁混凝土应力、塔位以及摆索拉力的变化。说明了调索方案的施工控制达到了预期目标,同时保证了结构的安全。
为研究场地效应对高墩桥梁随机地震响应的影响规律,基于随机振动理论,研究了不同墩高和墩高差时场地效应对山区高墩桥梁在强地震作用下多点激励随机响应规律。对基于ANSYS的随机振动计算理论进行推导并建立三维数值有限元模型,对不同墩高和墩高差的山区高墩桥梁进行不同场地条件下的多点激励随机地震分析。研究表明:场地效应对高墩桥梁地震响应影响显著。软场地条件下,桥墩位移和主梁轴力均较硬、中场地时大;随着墩高的增加,硬、中、软场地效应对主梁轴力影响先增大后减小;随着墩高差的增加,主梁轴力变化规律性不强,成波动性变化;主梁横桥向弯矩对场地效应敏感,软场地时响应是硬、中场地时的5～12倍,靠近高墩处的边跨反应比矮墩处边跨明显;随着墩高差的增加,软场地对主梁弯矩响应放大作用也随之增加。
高寒、高海拔地区道路的交通运营安全问题长期以来备受关注且急需解决。依托G219线新藏公路,从驾驶员的生理、道路线形、气候条件及地质条件等4个方面深入分析了高寒、高海拔地区道路运营的特点。在此基础上,针对道路线形指标、长直线及连续下坡路段等方面的关键事故隐患诱发因素,提出了经济、可行的安全设计方法及工程改进措施;针对崩塌、泥石流等重大工程地质灾害问题,根据其不同的失稳规模及危害形式,分别提出了合理的防治对策,并补充完善了重大突发灾害情况下的应急技术预案。最后,针对高寒、高海拔地区公路,总结提出了道路安全技术措施+道路安全的管理+其他安全保障措施配合的综合安全运营管理理念。该研究方法可为今后类似环境的道路交通安全设计和运营管理提供理论技术支持和借鉴。
针对道路交通事故发生的随机性及影响事故发生的因素很多,而且影响因素中既有定量因素又有定性因素的情况。首先分析了道路交通事故事故4项指标和事故率,确定事故率作为微观预测目标;然后从人-车-路组成的系统观点出发对事故因素分析,选取驾驶员的驾龄、车道数、平曲线半径、纵坡度、路面情况、路口路段类型、道路宽度和交通流量等变量作为主要影响因素,其中前7项作为定性影响因素,交通流量作为定量影响因素,各定性因素下分为若干类目;最后在数量化理论的基础之上建立了改进的模糊道路交通事故微观预测模型。该模型以某国道466.678～559.792 km段作为算例进行计算,计算结果表明:三枝交叉口对事故影响最大,针对该路段提出具体的道路整改意见。
针对我国交通事故呈现出的在公路穿村镇路段聚集的趋势,在某山岭地形区域进行了双车道公路的交通事故、交通组成、道路和路侧等因素的大量数据采集,并对公路穿村镇路段的整体安全特性进行了分析,采用负二项模型等事故预测模型和相关检验理论对模型形式,以及公路穿村镇路段全部事故和追尾、碰撞、路侧等不同形态的事故规律特性进行了深入分析。研究结果发现,公路穿村镇路段的事故时空分布呈一定规律性;交通量、混杂率和道路横坡度为影响公路穿村镇路段交通安全的3个显著因素,且均呈正向影响。
为了有效应对突发事件,有效利用应急处置资源,根据交通应急响应级别评价指标体系建立的原则,在分析突发事件特性的基础上,结合专家意见,从交通响应的紧急程度和交通救援的难易程度2个方面,初拟评价指标体系。用专家经验法分析指标的相关性和完备性,用模糊优先排序法判断指标的重要性,从而对指标体系进行筛选,得到交通应急响应级别综合评价指标体系,并对每一个指标的定义进行了说明,为下一步的交通应急响应级别判定提供了平台。
以消除环道交织和改善行人通行的便利性为出发点,提出了一种无交织环形立交的设计概念;对现行环形立交进行了改进:(1)改变出入环左转匝道的接入方式和接入位置,将出入环匝道分置于环道的内外两侧,使车辆出入环方式由外进外出变为内进外出或外进内出,即由同侧进出变为异侧进出;(2)将右转匝道架空。据此设计了无交织环形立交的构型,实现了车辆在环道的无交织运行和行人在地面的全互通。基于无交织环形立交的交通组织方法,运用交通流线分析技术,重点研究了车辆左转和掉头的运行过程及行驶路径。结果表明:无交织环形立交为现代立交规划选型提供了一种新选择,可用于左转交通量和行人过街需求较大的交叉口,并可根据实际情况对立交的层次和构型加以改变。
交通控制策略制定过程中,对于车辆在交叉口进口道前行为规律的把握至关重要。准确辨识进口道车辆行为模式,是研究下一代基于车路协同的交通控制理论的基础之一。基于车路实验平台的实时车载数据,运用加权平均法对交叉口的车辆换道和转向行为进行了观察分析,并通过建立线性规划模型及求解对辨识过程中的匹配误差进行了处理。最后实地的案例研究显示,本研究的方法对交叉口驾驶转向行为识别精度达100%,对换道行为识别的误差为8.33%,基本能够满足交通控制的要求。
在对北京城市交通发展水平统计分析的基础上,提出了城市交通发展水平指标选取的原则,从社会发展、交通供给和交通需求3个方面构建了由16个指标组成的城市交通发展水平综合评价指标体系,并提出了基于路网拥堵指数和骨干网高峰小时运行速度的宏观路网运行状态评价指标体系。通过对2003—2010年北京市实际数据的搜集和指标处理,确定了关系模型的输入指标,利用偏最小二乘方法建立城市交通发展水平与路网运行状态关系模型,并利用现有数据对模型进行验证,验证结果表明:模型精度在10%以内,能较好地满足实际应用需求。关系模型能为北京市未来城市交通发展决策和交通发展战略提供重要支撑。
针对序列图像的多车牌定位问题,提出了一种综合车牌特征与梯度分析的定位算法。该算法使用灰度均衡化与中值滤波算法对图像预处理来消除噪声,利用测试样本图像提取出若干有效的车牌参数作为定位系统的输入,实现了全自动定位车牌的目的。并引入MGD梯度分析方法辅助边缘提取算法来提取车牌候选区域,利用HSV颜色模型,使用主颜色分析方法分析候选区域,并通过车牌字符纹理分析方法做进一步的判断。使用Hough轮廓检测方法计算非文本区域块的直线斜率。该算法定位效果较好,鲁棒性强,有很好的工程应用推广价值。
采用超高强度钢22MnB5材料替代微型车驾驶员侧车门防撞杆的原有材料。将车门防撞杆的截面尺寸作为设计变量,防撞杆的质量最小作为优化目标,以车门下沉工况的最大变形和残余变形、侧碰代替工况中不同位移下的耐撞力作为约束。采用最优拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,使用逐步回归多项式响应面方法构建车门系统下沉刚度以及侧碰安全性多学科系统的近似模型。比较逐步回归多项式响应面近似模型的预测结果与有限元模型的计算结果,可知逐步回归多项式响应面近似模型对样本点的拟合精度较高。利用可行方向法对近似模型进行优化,在车门系统的下沉刚度及侧碰性能得到一定提高的同时,得到防撞杆减重34.7%的效果,并且与原有模型进行分析比较,各项评价指标均有提高。
在综合分析广西公路建设生态影响特点的基础上,探讨了生态影响区划的原则和依据,建立了各级生态影响区单元划分的指标体系。本区划采用二级区划,即地貌侵蚀动力大区和生态敏感区。其中各级区划指标包括:海拔高度、年暴雨天数、年干旱天数、公路隔离效应指数、植被类型、土地石漠化程度和自然保护区分布等。本区划共分为4个一级区和11个二级区,便于在公路设计、建设和营运管理中采取目标明确的影响抑制措施。
