提出基于标准化应变率准则、粗糙惩罚法和霍尔模型的沥青混合料流变次数计算方法,通过重复荷载永久变形试验对3种沥青混合料的流变次数及变异性进行了研究,对其主要影响因素进行了敏感性分析,并以流变次数为主要控制指标建立了沥青混合料永久变形回归公式。研究表明基于标准化应变率准则的流变次数计算方法可以明显地减小计算离散性,计算结果更符合其真实物理意义。温度、荷载水平、围压水平以及加载时间等因素对流变次数均有显著影响。流变次数与斜率b以及不同荷载作用次数下的累积永久变形均有很好的相关性,可以作为沥青混合料抗车辙性能的评价指标。基于流变次数的永久变形回归公式可以在不同的荷载和环境条件下全程预估不同种类沥青混合料永久变形的发展过程。
为了确定沥青路面矿物纤维复合阻燃材料(M-FR)中MiberⅢ纤维和复合阻燃剂合适的复配比例,采用极限氧指数法,对比研究MiberⅢ型矿物纤维的阻燃特性,分析其掺量对沥青胶浆极限氧指数(LOI)的影响规律;并研究阻燃剂掺量对沥青LOI和针入度、软化点、延度的影响;进而采用正交试验确定MiberⅢ纤维和阻燃剂合适的复配比例。结果表明:沥青胶浆的LOI随MiberⅢ纤维掺量增加呈"S形"增长趋势,且其掺量宜在10%~15%之间;沥青胶浆的LOI随阻燃剂掺量增加呈线性增长趋势,且阻燃剂对沥青3大指标影响均比较显著,其掺量宜小于8%;在两者适宜的掺量范围内,MiberⅢ型矿物纤维复合阻燃材料(M-FR)中两者合适的复配掺量为15%和6%。此外,利用热重、差示扫描量热试验(TG-DSC)分析了掺矿物纤维复合阻燃材料后沥青胶浆的热重行为。
通过对3种不同阻燃改性沥青及改性沥青混合料进行极限氧指数、烟密度、锥形量热仪及各项路用性能试验,对此3类常用阻燃剂适用性进行了研究分析。烟密度试验及极限氧指数试验表明:3种阻燃剂均不能同时达到高效阻燃且抑烟的效果,环保高效型阻燃剂仍有待进一步开发;单独采用氢氧化铝会大幅度影响沥青结合料性能;锥形量热仪试验结果表明阻燃沥青混合料能有效减少热释放,但对发烟程度影响较小;阻燃剂的加入能有效提高沥青混合料高温性能,而对水稳定性影响程度较小。
交通荷载作用于长大上坡路段沥青路面的状况与平坡路段相比,其对沥青路面的作用时间变长,在重载、高温的综合作用下,长大上坡段沥青路面的车辙变形发展、形成速度更快。通过理论分析计算了沥青和沥青混合料在不同荷载作用时间条件下的车辙因子、动态模量。分析结果表明:随着荷载作用时间的增加,车辙因子、动态模量均大幅下降。利用自行研发的可变速、変载的新型车辙仪,进行了3种温度、2种荷载条件下的车辙试验。试验结果表明:随着轮速的降低,车辙动稳定度快速下降,即荷载作用时间对于沥青混合料高温稳定性的影响是非常大的;荷载作用时间增加相当于提高了试验温度;以规范规定的温度条件进行长大上坡路段沥青混合料高温稳定性的验证是非常不合理的。
由于软土具有蠕变特性,而商业化软件提供的岩土本构模型往往不能满足软土地区实际工程数值分析的需求。将一维广义西原模型的应力-应变关系推广为三维应力状态的弹-粘弹-粘塑本构方程,采用D-P屈服准则推导出用于数值计算的粘弹性柔度矩阵和粘塑性柔度矩阵,并成功添加到ADINA有限元程序中。然后利用曲线拟合法确定流变模型参数,并利用二次开发的粘弹塑模型,对软土的三轴蠕变进行数值模拟,通过数值模拟和三轴蠕变试验的结果比较,验证了模型的正确性和可靠性。文中二次开发采用的方法具有普遍性,可以为其他粘弹塑模型的开发提供借鉴和参考。
针对圆形浅基础地基承载力,采用极限分析法上限定理推导出圆形浅基础的承载力公式。公式推导过程中,考虑土体重力做的功,假定地基破坏模式服从普朗特尔滑动机构,滑动机构包括ABC、ADE刚体和ACD对数螺旋变形体3部分,并分别得到内能耗散率、重力功的功率、上覆土层能量消散率及外力的总功率,通过研究土体发生无限制塑性流动时的外部功率与内能耗散率求解出极限承载力。计算结果与地基承载力实测资料对比分析表明:计算结果较参考文献计算值总体偏大,与实测值的误差控制在20%范围内,可为计算圆形浅基础地基承载力提供参考。
为进一步完善高速公路植被护坡方案,开展不同配比深、浅根系植物对公路边坡抗冲刷、抗剪性能影响的试验研究。以我国南方某高速公路边坡为研究对象,采用百喜草和狗牙根进行现场试验研究和理论分析。研究结果表明:深、浅根系的不同配比对边坡抗冲刷和抗剪性能影响显著。降雨初期,百喜草粗壮的深根系增加了雨水的下渗速度,降低了坡面径流量、产沙量和坡面流速;随着坡内水分饱和,各种护坡方案下边坡径流量差异逐渐减小,但由于百喜草对地表泥沙包裹能力不如狗牙根强,因此含百喜草较多的方案下产沙量反而增加;坡面水流流速与径流量,根系含量与黏聚力均呈正相关;只含百喜草根系的边坡土壤黏聚力随深度的变化最小,只含狗牙根根系的边坡土壤黏聚力随深度变化最大。考虑到强降雨条件下含根土壤的抗滑移能力,结合坡面土壤产沙试验结果,建议边坡护坡植物草种配比为0.6 g/m2的狗牙根和8.7 g/m2的百喜草。
为探讨降雨作用下黄土坡体内孔隙水压力变化规律,选取了户县牛角沟典型黄土斜坡进行现场人工降雨试验和孔隙水压力测试。试验结果表明,在人工降雨条件下坡体内孔隙水压力受降雨强度、降雨时间、坡体土层厚度的影响。在日降雨量274 mm,持续4 d以上的降雨作用下,2.0 m以上的浅层坡体孔隙水压力值由表及里依次减小,孔隙水压力增幅逐次减少,降雨期间孔隙水压力表现出明显滞后现象,0.4 m处滞后期为10 h,其下土层滞后期延长;2.0 m以下土体孔隙水压力不受人工降雨影响。降雨停止后孔隙水压力由内向外逐次消减,24 h内孔隙水压力降低最为迅速,2~3 d内逐渐减缓,随后逐步趋于稳定。
为了获取钢筋混凝土T梁的疲劳损伤发展规律,在实验室对5片试验梁进行了等幅疲劳加载试验研究。试验梁呈现出明显的疲劳损伤3阶段规律:疲劳试验前期和后期损伤发展均较快,但疲劳试验中期损伤发展相对稳定。疲劳损伤破坏为钢筋突然的脆性破坏。裂缝数目、宽度及高度发展可划分为快速发展、稳定和破坏3个阶段。接近疲劳破坏时除一至两条主裂缝继续扩展外其余裂缝停止增长并逐渐闭合,最终在主裂缝处疲劳断裂。试验梁的挠度发展、钢筋与混凝土的应变发展增量在疲劳循环初期时增长比较显著,随着疲劳荷载循环次数的增加,增长速率趋缓而进入相对稳定的发展阶段;临近破坏时又发生了较大幅度的增长。得到了钢筋混凝土T梁的S-N曲线。
以江苏省内某高速公路预应力混凝土空心板桥的突发性火灾为研究对象,阐述了火灾高温对混凝土、钢筋和钢绞线力学指标的影响,总结了火灾现场温度的判定方法,提出了桥梁火灾仿真分析与评估的实施步骤。通过火灾燃烧物性质分析,选择了Eurocode烃类火灾升温曲线,论述了火灾下混凝土爆裂机理,在此基础上建立了空心板混凝土与内腔封闭孔洞内空气的流固耦合传热模型,并进行了火灾温度场有限元仿真分析。根据有限元计算结果,比较了火灾作用下底板混凝土爆裂对空心板温度场的影响,最后结合火灾后材料性能的变化对板梁火损状况进行了综合评估。
针对国内外已有混凝土构件承载能力评定方法的不足,结合现行相关规范,按"校准法"分析了各类构件不同可靠指标限值对应的抗力系数值,并由此提出了各结构安全等级下在役桥梁受弯构件承载能力评定的分级标准。采用《公路工程可靠度设计统一标准》中抗力与荷载效应的实际分布类型,对各类构件的在该分级标准下的可靠指标进行了校核,在控制不同安全等级4类构件下限可靠指标降低量均不超过一个数量级差的前提下,提出了钢筋混凝土构件承载能力等级评定标准。分析结果表明,所提出的承载能力分级标准减少了承载能力分级计算的工作量,完善了现有桥梁养护、检测评定体系,具有普遍的适用性,可用于在役桥梁构件承载能力的评定分级。
处于高烈度区的大跨斜拉桥其地震安全性是设计、审查关注的重点。以迫龙沟斜拉桥为背景,采用Opensees软件建立索塔模型,选取多条地震动数据,在横桥向进行动力增量(Incremental Dynamic Analysis,IDA)分析。采用程序语言提取下塔柱的最大曲率响应,结合塔底截面弯矩曲率曲线,制定出基于性能的损伤指标。通过RambergOsgood函数由众多IDA曲线的上下界及数据拟合得到概率分位数为10%、50%,90%的IDA曲线。运用符合极值Ⅱ型地震动加速度概率分布模型,对大地震和罕遇地震2种风险水平下斜拉桥的结构安全水平进行评估。
建立ANSYS模型模拟整体式桥台无伸缩缝桥梁,比较半波正弦荷载、均布荷载和集中荷载3种不同的加载方式对荷载横向分布影响线(ILTLD)的影响,对比分析挠度、内力2种不同物理量荷载横向分布系数m c,分析无伸缩缝桥梁m c沿桥跨的变化规律,讨论了无伸缩缝桥梁由于内横梁对桥面系刚度贡献引起的荷载横向分布变化。与传统简支桥梁、无伸缩缝斜交桥对比分析荷载的横向分布,同时,通过试验验证了FEA的准确性、可行性。试验和分析结果发现:在无伸缩缝桥梁中,可以采用单位集中荷载下挠度的ILTLD来研究荷载横向分布规律;无伸缩缝桥梁的荷载横向分布较简支梁更加均匀;FEA计算结果和试验模型的测试结果吻合良好,并可以在全桥跨近似取值m=m c。
由于混凝土的收缩徐变特性及结构的内外约束,桥梁存在一定程度的应力重分布。为定量分析桥梁应力重分布,采用空间梁单元,首先对单元截面混凝土部分进行二维三角形网格自动剖分,配筋按其在截面上的实际位置和实际截面形状考虑,不需进一步剖分,单根普通钢筋横截面或一束预应力钢筋横截面为一个剖分块。将桥梁的建造和使用过程划分为若干阶段,根据前面各个阶段单元截面每个剖分块形心处的应力增量,计算在当前阶段时段内前面各个阶段每个剖分块形心点处应力增量产生的自由初应变,再考虑截面内部约束计算得到截面参数ε0,φy,φz,据此计算单元等效节点荷载和自应力,然后考虑结构外部边界约束计算次应力,本阶段的自应力、次应力及由于其他荷载因素产生的应力之和为本阶段应力增量,依此法循环计算所有阶段得到每个阶段的应力增量和总量,最终得到每个阶段的应力重分布数值,该方法可考虑截面分多次形成的情况。算法在桥梁通用分析软件BRanalysis中成功实现。
为了提高结构损伤识别的精度和计算效率,提出了一种基于结构振动信号的统计特征的损伤识别方法。该方法直接从测试信号中提取时域特征信息,而无需将信号变换到频域中。与频域方法相比,既简化了复杂的运算过程,又降低了测量噪声对识别结果的干扰。在推导了白噪声激励下结构各测点位移响应间的统计特性(相关系数)的基础上,证明了振动信号统计特征中包含了结构的模态信息,进而为使用结构振动信号的统计特征作为损伤识别指标提供了依据。理论分析结果还表明结构响应信号的统计特征有很好的抗噪性。最后以某一连续梁桥为例进行了数值仿真模拟,计算结果表明,白噪声激励下结构位移响应间回归系数的变化能很好的反应结构损伤位置和程度。
短索索力测试中计算长度的取值一直是频率法测索力的难题。提出振型节点法,利用3阶以上模态振型的中间节点间距作为计算长度计算索力。采用数值分析方法,对不同边界条件下应用振型节点法的理论误差做了研究。计算结果表明,相比两端铰接索的结果,带有弹性支承的索在振型节点间距和频率方面相差较大,但在使用振型节点法时二者作用相互抵消,索力估算误差并不大,因此,振型节点法对不同的边界条件具有很好的适用性;长细比和索力对误差的影响较大;无量纲参数ξ是影响振型节点法理论误差的重要参数,ξ与振型节点法误差的对数成线性关系,ξ越大,误差越小;在使用第3、第4和第5阶振型的情况下,ξ分别不小于12、15和18时,可保证振型节点法理论误差不大于1%。
通过大型振动台对隧道-围岩模型箱施加卧龙波波形的地震荷载,研究隧道衬砌穿越断层破碎带的动力响应特性。试验结果表明,在地震荷载作用下,穿越断层破碎带的隧道衬砌对地震荷载的响应存在一定的时间延迟,试验结果为0.085 s。围岩和模型箱对地震加速度有一定的放大作用,表现为在沿垂直振动台台面方向上,距离振动台台面越远,地震荷载的放大越明显。隧道衬砌在受到水平方向的地震荷载作用时,由于断层破碎带岩土体能够提供的抗力较低,致使断层两侧的围岩产生相对运动、碰撞、挤压等,从而导致衬砌出现斜向裂缝。试验结果与汶川地震的震后调查结论相一致。针对振动台模型试验方案中存在的一些问题如边界效应、模型箱刚度等提出了改进意见。
利用大酉山隧道施工过程中变形的现场监测数据与数值模拟方法,采用广义开尔文3单元流变力学模型对隧道围岩的粘弹性流变力学参数进行反演,得到了大酉山黄土隧道围岩弹性阶段弹性模量、蠕变阶段弹性模量和粘性系数3个基本流变力学模型参数。在此基础上,利用数值模拟方法对大酉山隧道围岩的长期稳定性进行了研究分析。结果表明,大酉山隧道围岩变形需200~220 d才能进入稳定期,隧道累积变形量约为0.112 m。研究成果为大酉山隧道后续方案的制订提供了依据,也为今后类似黄土隧道的设计与施工提供了借鉴。
为挖掘典型的交通流变化趋势,本文结合交通信息的粗粒度表达方式,提出了2种基于浮动车数据的提取方法:定距型方法和二值型方法。定距型方法从交通流整体趋势出发,设定2个交通流时变向量的加权欧几里得距离不能大于可容忍阈值;二值型方法从个体出发,考虑每一维度表示的交通状态必须一致,否则必须小于可容忍阈值。2种方法的适用范围既有交集,也有各自的特征集。对北京一条路段3个月周五的浮动车数据进行分析,并采用K-均值法对数据进行初步聚类。分析结果表明,传统的K-均值法只能从纯数学角度聚类,不能将交通流趋势完全区分开;而定距型和二值型方法均能够将交通流变化趋势进一步合并,达到预期效果。
为解决道路交通状态数据的缺失或异常等问题,本文提出了一种道路交通信息模板的有效设计方法。该方法首先对道路交通状态信息的规律性进行了分析,然后基于不同的划分标识对道路交通运行模态进行了有效划分,最后对不同模态下的道路交通状态的规律性信息进行了有效提取,最终实现了道路交通信息模板的有效设计。选取了北京市典型快速路对该方法进行验证,结果证明基于道路交通信息模板修复的道路交通状态数据具有高精度,在实际应用中是可行的。
机场停机位分配问题是一个组合优化问题,在遗传算法的实现中通常使用基于飞机停泊顺序的排列表示法。该类遗传算法的设计时常需要考虑求解时的可行性和内存效率问题。本文提出了一种混合遗传算法,将GAP的原顺序解转换为数值解,使基本的二进制表示法和所有的经典进化算子都可用于以上问题。在混合遗传算法中,等待停机位的飞机被映射为特定参数化空间中的点。受液体表面涟漪扩散的自然现象启发,本文提出了一种确定性模型,将相关空间参数作为输入,连接所有飞机的映射点而构建飞机到停机位的队列,由此,本文采用了一种可兼容所有经典进化算子的二进制遗传算法,可利用这些空间参数求得最优或逼近最优解。仿真试验验证了为解决机场停机位分配问题提出的基于涟漪扩散模型的混合遗传算法的有效性。
快速有效的物资调度是应急救援工作的重点。在考虑应急设施和路网可靠性的基础上,构建了一个包含应急物资储备库、配送中心和受灾点3层结构的应急物流网络。为了在网络中表示应急设施的可靠性和应急能力,将网络转换为相应的超网络结构。建立了相应的以总时间最短和总成本最小为目标的多种类应急物资调度模型,并将模型转换为等价的变分不等式问题,采用修正投影算法对模型进行求解。结合汶川地震设计算例进行的数值求解和仿真分析结果表明,应急设施和路网的可靠性和应急能力等关键参数对物资调度决策有重要影响。
自道路货运行业启动市场化改革以来,货运市场空前繁荣,但同时也出现了市场供求失衡、恶性竞争加剧、价格调节机制失灵、超限超载屡禁不止等问题,引发了影响行业健康稳定发展的诸多矛盾,难以实现资源配置效率和生产效率优化。首先对我国道路货运市场结构发展演变过程进行了分析,利用市场集中度对道路货运市场结构进行了测度和判断,并应用过度竞争、垄断竞争等理论分析了影响道路货运市场结构优化的障碍因素。在此分析基础上,从加强运输服务差异化和技术进步、培育龙头骨干货运企业、鼓励中小企业联盟发展、充分发挥政府引导规制作用等方面探讨了促进我国道路货运行业转型升级发展的对策和建议。
