为解决沥青路面模量参数反演时有效动态理论弯沉盆数据获取问题，采用动力有限元数值分析方法，探讨了结构层材料阻尼参数的计算求解方法，建立了路基阻尼参数的预估分析模型，考察了测试荷载的动力效应以及层间非连续接触行为对路表动态弯沉盆的影响规律。研究结果表明: 路基阻尼参数是影响路表动态弯沉分布的重要因素，并受路基模量的影响最为显著，而其他路面结构层参数对其影响可以忽略不计; FWD 动静荷载作用下沥青路面路表弯沉盆的分布规律明显不同，相同的路面结构层间接触状态不同，路表弯沉盆的分布规律也存在着明显的差异; 有效的结构层模量参数反演分析应充分考虑 FWD 测试设备的动力特性，以及路面层间实际接触条件。
与其他国家和地区的道路设计规范相比,在我国道路设计规范中,不设缓和曲线的最小圆曲线半径数值显得过于偏大。一方面是由于采用的计算模型不一致,但主要的还是我国的规范采取了更为保守的态度。为了验证我国规范采用较大数值是否合理,考虑道路线形设计指标的不确定性,以可靠度理论为基础,建立设计指标极限状态下功能函数,利用一次二阶矩法和蒙特卡罗法求解可靠指标。通过可靠指标来分析不设缓和曲线最小半径的取值,并与目前道路规范中的取值进行比较。研究结果表明:我国公路和城市道路设计规范中的不设缓和曲线的最小圆曲线半径取值过大。
基于数字图像技术,给出了反映集料大小、形状和棱角性的参数,即筛分直径、形状指数和棱角性指数,采用SGC旋转压实仪测试了不同岩性、不同粒径集料的压实性能,建立了集料几何特性与集料压实性能之间的关系。结果表明:同种岩性集料的筛分直径与集料压实初始密实度、密实度指数均有较好的线性关系,初始密实度随筛分直径的增大而减少,密实度指数随筛分直径的增大而增大;片麻岩与玄武岩集料压实初始密实度随集料形状指数的增大而减小,片麻岩与玄武岩集料压实密实度指数随集料形状指数的增大而增大;石灰岩2与玄武岩集料压实初始密实度随集料棱角性指数的增大而增大,石灰岩2和玄武岩集料压实密实度指数随集料棱角性指数的增大而减小。
膨胀土路堑开挖一段时间后边坡坍滑是路基施工中常见现象且与坡高、坡率无直接联系。为探求其变形破坏演化过程以便实施有效工程处治,采用FLAC对广西百隆路百色膨胀土堑坡开挖过程进行模拟,获得新开挖边坡的位移、应力、应变变化规律;通过强度折减法计算得到的安全系数随挖深增大而减小,但此时边坡是稳定的。此外采用FLAC热力学模块模拟边坡大气影响深度内的湿度场,再次分析获得经历干湿循环作用后其相应的位移、应力、应变变化规律,即边坡的失稳过程。对比工程实体修建时的现场观察与数值分析结果,发现两者基本吻合,由此总结并提出开挖膨胀土堑坡坍滑的4阶段变化规律及合理实施柔性支护的建议。
为研究风化料包边河砂填筑路堤的边坡稳定性,基于强度折减法计算分析了填料压实度、含水率、路堤高度、边坡坡度及风化料包边宽度等诸多因素对边坡安全系数的影响规律。结果表明,路堤高度确定时,随着边坡坡度的增大,路堤的边坡稳定性显著下降;随着砂含水率的减小,安全系数呈增大趋势。在文中涉及的工程条件下,风化料包边宽度不对安全系数起决定性作用,其宽度可依据施工压实要求和料源的丰足程度确定。方差分析表明,边坡坡度、风化料包边宽度及填料含水率3个因素对边坡稳定性影响的程度依次为:边坡坡度>含水率>风化料包边宽度。
近水平软硬互层边坡在我国西南有广泛分布,在差异风化作用下很容易形成大量岩腔,导致凸出的岩层形成危岩体并产生大量的拉裂型崩塌灾害。人工切坡从形成到因差异风化产生岩腔,从岩腔上悬臂危岩崩塌到边坡达到最终稳定状态,反映了边坡演化的典型过程。以万州地区人工高切坡为研究对象,在分析万州地质特点的基础上,阐述了软硬互层边坡差异风化岩腔的形成过程和的形成模式,分析了高切坡悬臂危岩崩塌失稳条件和崩塌规模控制性因素,推导了悬臂拉裂型崩塌灾害的岩体失稳判据,模拟分析了岩腔形成演化过程中的应力场分布及特征,为此类边坡的工程防护治理提供了科学依据。
基于弹塑性有限元方法,对老路基抬高加宽这一新的拓宽方式下公路拓宽工程的变形特性进行了数值模拟分析。分析结果表明,与老路基不抬高直接加宽路基相比,老路基抬高加宽路基的路表沉降、路表水平位移和地基土侧向位移都要大得多。老路基顶面以上的路表沉降分布更为均匀;新路肩和老路中心处地基土固结速率间的差异较小。随着老路基抬高高度的增加,路表工后沉降从老路中心处最小变为新路肩处最小,工后出现负坡率。
基于LS-DYNA程序,采用线弹性的橡胶及钢材模拟车轮并定义轮胎内气压,运用转动约束关节和圆柱形约束关节实现车轮转动特性;结合车辆悬架系统动力特性,运用弹簧阻尼单元及梁单元仿真实现悬架动力特性;调整质量单元的大小及分布,实现车体质量分布与实际一致。以某三轴重型车辆为例,建立了用于研究车桥耦合振动响应的精细车辆模型。对比车辆有限元模型的轴载、自振频率理论值与实测值,验证车辆模型的有效性。以某一简支梁桥为例,采用LS-DYNA有限元模拟和MATLAB数值分析移动弹簧-质量-阻尼振动系统,对比研究车辆匀速通过简支梁桥时,各片梁的振动响应。研究结果表明,运用LS-DYNA精细有限元模型能准确分析车桥耦合振动响应,但计算工作量大。
异型拱桥由于造型独特其非线性行为规律较为复杂且难以掌握。利用自编程序分析了5座各具特点的异型拱桥的非线性行为规律,通过对比总结出以下结论:整体上,拱梁组合式蝶形拱桥中梁柱效应的影响最大,飞燕式系杆拱桥中大位移效应的影响最大,拱塔斜拉桥中索的垂度效应最为明显,而对于有推力的新月形拱桥,各非线性因素的影响均较小,可忽略不计;相对竖直索,斜索的垂度效应较为明显,且其索力受各非线性因素的影响均较大,计算时宜计入斜索的垂度效应并应对斜索索力进行非线性分析;对于仅承受荷载而不参与整体受力的桥面板和横梁,内力受非线性因素的影响很小,采用线性方法具有足够的精度,但计算位移时需计入大位移效应的影响。
以混凝土梁为例,研究混凝土结构开裂后的位移变化规律。用ANSYS软件建立混凝土简支梁与连续梁模型,在其上施加均布荷载,通过减少单元来模拟梁内裂缝情况。分别模拟不同宽度、不同深度、不同位置的裂缝,并观察混凝土梁最大位移的变化及梁整体变形特征的改变。研究结果表明:裂缝宽度对混凝土梁的最大位移影响不大;裂缝深度对混凝土梁的最大位移影响显著,且裂缝越深对梁的最大位移影响越大;同时,裂缝位置对梁体最大位移变化影响较大,且梁内出现裂缝会使梁内最大位移的位置发生变化,裂缝越深这种变化越显著。
以国内常见的中小跨径混凝土连续梁桥为对象,考虑了桥墩、板式橡胶支座构件损伤,对桥梁系统进行了地震易损性分析。在桥梁易损性分析中,使用了超拉丁方抽样技术形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库中选取了大量地震波作为地震动输入样本,以桥墩漂移率、支座相对变形作为损伤指标,并对损伤指标予以了量化。在计算得到桥梁构件易损性曲线的基础上,使用一阶可靠度理论形成了桥梁系统易损性曲线的上下界限,并得出了桥梁不同损伤状态对应的具有统计意义的中位值地震动强度。研究结果对于在役的同类型桥梁抗震加固设计及地震灾害损失评估提供了理论依据。
预应力混凝土连续宽箱梁桥在城市桥梁中广泛应用,由于其宽跨比较大,偏载作用引起的空间效应不可忽视,采用梁单元设计计算时,需引入偏载增大系数来考虑荷载放大效应。提出用实体有限元法计算宽箱梁偏载作用下偏载增大效应的方法。并结合杭州某工程实例,建立其预应力混凝土宽箱梁的实体有限元模型,在模型上施加车辆荷载,通过计算分析荷载作用下结构不同位置的应力、位移,得到偏载增大系数。并对比分析实体有限元法和其他简化偏载增大系数算法的计算结果。结果表明:实体有限元法更能真实反映结构的实际受力状态,且适用性更广;宽箱梁的偏载效应明显,采用传统的经验值是偏不安全的,有必要进行详细的分析计算。
从抗震设计反应谱理论角度,通过改变地震动的输入方向,引入抗侧力桥墩的相对墩底剪力比参数来判别混凝土弯斜梁桥的横桥向和纵桥向规则性,探讨了圆心角、曲线半径、跨径、跨宽比和跨高比等结构参数变化对混凝土曲线梁桥双向规则性地震行为的影响规律,以及斜交角、跨径、跨宽比和支承刚度等主要结构参数变化对混凝土斜交箱梁桥双向规则性地震行为的影响规律,由此建立了混凝土曲线梁桥和斜交箱梁桥双向规则性参数化的划分标准。并通过回归分析,提出了E1水平地震作用下适用于严格规则和近似规则混凝土弯斜梁桥地震力的近似计算方法。算例验证表明,抗震近似计算方法结果具有较高的精度。
为准确研究连续梁桥桥墩的屈曲失稳问题,本文取三联连续梁桥中的1联,用位移法建立了连续梁桥桥墩失稳通用平衡方程组以求得计算长度系数。该平衡方程组中,不仅考虑了线位移刚度和转角刚度的耦合影响,而且考虑了支座刚度、邻联抗推刚度和全桥地基刚度对计算长度系数的影响;不仅考虑了单墩在轴向力作用下刚度的影响,而且考虑了其余墩在轴向力作用下的整体屈曲反应。同时推导了邻联对桥墩的抗推刚度,给出了地基刚度的计算方法。并通过与有限元分析对比,验证了理论推导解析解的正确性。最后,给出了各因素作用下计算长度系数的对比结果。
为研究三塔斜拉桥索塔锚固区的局部受力特性,以2×616 m的三塔组合梁斜拉桥为研究对象,运用ANSYS的APDL语言建立了索塔锚固区的梁-实-接触参数化有限元模型。对不同高度模型的数值结果进行了对比分析,确定出合理的试验模型高度。在此基础上,选取索塔锚固区有代表性的节段进行了足尺模型试验,并对试验的测试内容、测试步骤和试验方法进行了详细阐述。研究结果表明:短边、长边预应力钢筋的预应力损失分别占张拉力的15.3%、10.4%;实测值与计算值基本吻合,锚固区有足够的压应力储备;在正常使用状态下,与现有双塔斜拉桥索塔锚固区模型相比,试验模型其顺桥向测点变形最小少1.6倍、最大少4.03倍。
首先提出了大跨度V形刚构拱组合桥名义刚度的概念,分析了结构参数对名义刚度的影响,推导出名义刚度理论公式。针对拱梁刚度比的选取及其对结构内力分配的影响进行讨论,分析其对结构内力的影响规律,并得出刚拱柔梁与柔拱刚梁的界定值,最后对已建桥梁名义刚度与拱梁刚度比进行了总结。研究表明,拱梁刚度比可以界定出刚性拱柔性梁和柔性拱刚性梁;连续刚构拱组合桥和V形刚构桥以及拱桥的名义刚度没有明显的区别,这也表明名义刚度可以反映结构的总体刚度。
为保证数值分析的准确,以铺装层与钢板间的最大纵向剪应力和铺装层表面的横向最大拉应变为指标,对数值模型的横向尺寸、纵向尺寸、横隔板底约束以及单元大小等参数进行分析,得到优化模型。同时,以上海市桃浦路蕴藻浜桥工程为实桥研究对象,利用光纤光栅传感器对实桥铺装层的表面横向应变、纵向应变以及铺装层间横向应变、纵向应变进行静载测试,并与计算值对照验证。研究结果表明:模型的横向尺寸取7个U肋的距离为最优尺寸;纵向取3跨时已可以保证计算精度,简支约束更能符合桥面整体约束状态;横隔板底部的约束应采用全固定约束。采用优化模型分析得到的计算值与实桥加载得出的实测值变化趋势基本一致,仅个别工况点位存在差异。
为了探索有限元分析模型的合理性,为波形钢板结构分析和内力计算提供可靠依据,以实际工程为依托,论述将三维实体模型简化为平面模型时板体刚度和荷载折减系数对模型的影响,并考虑土体参数及结构参数,采用平面应变模型在ANSYS有限元分析软件上建立有限元分析模型,用以分析结构受力状态。利用土体弹塑性模型、结构线弹性模型和考虑土体与结构间接触问题的综合分析方法对低拱型波形钢板桥梁的应力应变状态进行探索,并将分析结果与CHBDC(加拿大桥梁设计规范)设计方法进行对比,总结结果不同的原因和简化模型的合理性。最终确定采用平面应变模型对波形钢板结构进行简化分析。
为实现险性驾驶行为状态的有效辨识,提出了一套驾驶行为险态辨识方法。以单位时间误操作率为依据,采用自底向上的分段算法实现了行为险态分级,采用因子方差分析,选取听觉感知、动视野、动视力、色觉、暗适应、注意力、判断能力、反应时这8项因子构成驾驶行为状态因子集,构建驾驶行为险态辨识特征向量,然后再对行为状态指标数据予以预先分级的前提下,采用单因子分析法对试验数据予以分析。并设计出BP神经网络行为险态辨识模型,最后进行了实例分析与计算。分析结果表明:反应时、注意力、判断能力3项指标在各分级间差异显著,故可作为驾驶行为险态辨识主因子,行为状态错判误差率为2.5%。
为科学合理地进行干线公路城市过境方案的决策,在已有研究的基础上,结合灰色关联法与格序决策法,提出了灰色格序决策方法。该方法在建立评价指标体系的基础上,采用极值法进行指标的无量化处理,应用熵值法确定指标的权重,并用灰色关联度来度量备选方案与理想方案之间的贴近程度。根据提出的方法,对干线公路G204盐城节点过境方案进行了比选,经分析发现,绕行式的过境模式虽然增加了过境车辆的绕行距离,但从工程经济、环境影响等方面综合考虑,仍不失为一种相对较优的过境方案。应用结果表明:灰色格序法综合了灰色关联法和格序决策法的优点,能更好地反映备选方案间的相对优劣关系。
为了克服传统4阶段法中对于现实条件的不合理假设,以需求不确定性为基本前提,将优化方案分为动态策略和静态策略2种,以成本回收和路段更新为约束条件,使用实物期权解决了优化策略灵活性价值的问题,给出了考虑时间因素的不确定优化模型,同时确定了交通网络的最终形态和建设序列,克服了传统网络优化不考虑决策方案灵活性的问题。随后使用基于最小二乘蒙特卡洛、遗传算法的网络优化模型的求解方法,实现了对问题的有效求解,并给出了算例。Nguyen Dupuis网络的计算结果表明:(1)实物期权可以有效地描述建设方案的灵活性,提高决策的合理性;(2)期权的价值随着需求波动性的增加而提高,建设方案也会提前;(3)实物期权更加符合交通建设适度超前的概念。
为改善公路养护施工区的交通运行状况,提高养护施工效率,在总结已有研究的基础上,对公路养护施工区交通延误的影响因素进行了深入分析,通过数学解析方法建立了公路养护施工区交通延误模型,包括减速延误、排队延误、限速延误以及加速延误4个部分。接着利用Vissim软件对公路养护施工区进行了交通仿真研究,以特定施工区为例,在不同的V/C比条件下进行了仿真运行和评价。将交通仿真得到的不同V/C比条件下延误值与采用数学解析模型计算得到的结果进行对比,基于交通仿真中得到的施工区交通延误值大于解析模型中计算得到的延误值这一结果,提出了系统延误的概念,并通过拟合得到了该路网中系统延误的计算值。
先进的交通信号控制系统的核心是控制策略及参数模型,而信号相位设计是交通信号设计中最具有创造性的部分,也是控制策略实现前提条件。针对目前城市干线交通拥挤现状,提出了一种基于NEMA相位的灵活相位相序协调控制优化方案,并给出了相应的设计原则,再在MAXBAND核心数学模型上给出了基于灵活相位的双向绿波带宽最大化模型。最后通过实例验证分析表明,相对于传统相位相序策略,灵活相位策略具有一定的优越性,而且该策略能够有效提高干线的通行效率,减轻城市交通堵塞。
为预估公路保证成本,进而规划、有效控制和适时拨付保证成本、指导各部门实践,在剖析国内外研究趋势基础上,引入公路项目失效函数理论,分析了失效因子与质量保证的关系;随后基于个体失效模式、可靠性、随机过程,构建了公路项目失效函数;并以某公路项目为例对长期质量保证下横向裂缝与车辙2个指标进行质量保证期期望维修成本和保证风险成本进行估算;以此为基础对政策制订、发包商的招标行为、承包商的投标与施工行为、质量保证资源协调控制进行了分析,最后对估算模型现实运用的扩展性进行了说明。
为研究半挂液罐车在避障运动时液体晃动对车辆行驶稳定性的影响,采用Galerkin方法建立了罐体的液体晃动方程。根据等效原则,建立了液体晃动的质量-弹簧-阻尼等效模型。结合半挂车的刚体模型,建立了半挂液罐车动力学模型,并进行了双移线避障运动仿真分析。仿真表明:随着充液率的增加,车辆的各项行驶参数先增加再减小,在充液率k=1.0附近时,液体晃动最剧烈,对车辆的行驶稳定性影响最大,在此充液率下,随着车速的增加,液罐车先发生摆振失稳,再发生侧翻事故;而在同等工况下,在充液率k=1.8时,随着车速的增加,车辆将表现为侧翻事故。
