为了研究纳米Si02对基质沥青混合料路用性能的影响与改善,采用车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分析了纳米Si02改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,并与基质沥青混合料进行对比验证。在此基础上,采用SPT试验和间接拉伸试验进一步验证了纳米Si02对沥青混合料高低温性能改善性效果。结果表明:与基质沥青混合料相比,纳米Si02改性沥青混合料的高温稳定性和水稳定性显著提高,低温性能略有降低,但仍能满足沥青路面对低温抗裂性能的要求。证明了纳米Si02改性沥青混合料具有优良的路用性能,也证明了其在实际工程应用中的可行性。
为研究改性沥青混合料最佳拌和及压实温度的确定方法,根据工作性对沥青混合料压实效果的影响,提出一种确定改性沥青混合料拌和及压实温度的新方法:和易性试验法。通过改性沥青混合料和易性试验,测定不同温度下沥青混合料的工作性(扭矩),绘制沥青混合料工作性和温度的关系曲线。根据基质沥青混合料最优工作性时的扭矩值,在改性沥青混合料的扭矩—温度曲线上,确定改性沥青混合料的最佳拌和与压实温度。最后采用SGC成型试件方法验证压实温度的合理性。结果表明,该法不仅考虑了沥青对压实效果的影响,同时也考虑了矿料及其级配的影响,采用和易性试验法确定的拌和及压实温度更为合理。
为延缓水泥稳定粒料基层收缩开裂、改善路面使用性能、延长路面使用寿命,在一系列试验的基础上,对水泥稳定粒料基层材料的力学性能与收缩性能随橡胶粉掺量的变化规律进行了系统的研究。结果表明:水泥稳定粒料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量、弯拉强度、弯拉回弹模量均表现为随橡胶粉掺量的增加而逐渐降低 掺入橡胶粉后水泥稳定粒料的干缩系数与温缩系数明显减小,橡胶粉掺量越大,干缩系数与温缩系数降低的幅度越大 橡胶粉掺量为0.5%～1.5%时,混合料既能满足基层材料强度与刚度的要求,其收缩性能又能得到明显改善。
为提高微表处的抗水损性及高温稳定性,在传统微表处材料中添加了聚丙烯单丝纤维,并对其路用性能进行了试验研究。通过拌和时间试验确定了其合理拌和时间,利用粘聚力、湿轮磨耗、负荷车轮粘砂、轮辙变形、以及低温劈裂试验,对该材料的纤维用量上限、耐磨和抗水损害能力、抗车辙性能、以及低温抗裂性等进行了试验评价。研究发现聚丙烯单丝纤维微表处存在最佳纤维掺量,该值在0.1%～0.3%之间。试验结果表明添加适量的聚丙烯单丝纤维后,可有效改善微表处材料的粘附性和整体路用性能,该材料为高温多雨重载交通条件下的微表处工艺提供了新的技术方案。
基于改进后的坡体地下水压分布假设,采用极限平衡理论,推导了坡顶荷载、地震荷载、锚固荷载、临坡河流水压、坡体地下水压和坡趾淘蚀作用下临河岩石边坡滑移稳定系数的表达式,绘制了滑移稳定系数与各个影响因素之间的关系图。分析表明:改进后的水压分布假设是合理的 水的作用是影响边坡抗滑稳定性的重要因素,临河水位升高、地下水位降低对提高边坡抗滑稳定性有积极作用 滑面出流缝堵塞与否对边坡抗滑稳定性的影响较为显著,一般情况下,出流缝堵塞对临河岩石边坡抗滑稳定性不利,只有当Hr> Hw时,出流缝堵塞时边坡滑移系数才大于未堵塞时边坡滑移稳定系数。
为研究青藏高原多年冻土区不同路面宽度对路面温度场的影响,在青藏公路楚玛尔河地区进行了现场观测,观测结果初步证明不同的路面宽度吸热量存在明显的差异,并根据五道梁地区气候环境与实际工程,建立了路面结构温度场有限元计算模型,对不同路面结构、路基类型的路面温度场分布特性进行了对比分析,推荐了适宜于青藏高原多年冻土区温度特性的高等级公路路面结构及路基类型。结果表明:路面厚度增大,使路面结构对外界环境的温度敏感性降低,路基顶面温度年振幅减小,减少夏季外部热量向路基内部传递 整体式路基的路面结构层温度高于分离式路基,对原始地表温度场的扰动较大,在冻土地区宜采用分离式路基形式。
基于爆破堆石体颗粒个体特征以及冲击加固工艺特点,确立了厚分层强夯加固基本原则,并针对道基道槽区、土面区等不同功能区不同工程要求,相应提出了分区域、分层位采用不同的冲击加固组织方案。堆石体冲击碰撞大变形数值仿真揭示了堆石体夯锤冲击作用的响应特征,结合工艺性先导试验,合理确定了强夯能级、夯点布置及夯锤设计参数。根据依托工程质量检测成果,论证了道槽区与土面区等不同功能区堆石体强夯冲击加固采用不同工艺组织的必要性与合理性,且进一步验证了强夯虚铺厚度、夯点间距等设计参数取值的合理性。
将路堤填土和刚性桩复合地基加固区、下卧层作为一个整体考虑,取路堤中心处一单桩加固单元为研究对象,设定桩土荷载分担比和桩侧摩阻力分布形式初值,运用Mindlin和Boussinesq联合求解法计算内外土柱应力和沉降,根据路堤与复合地基表面交界处位移连续条件,迭代求得实际侧摩阻力分布。建立的复合地基的桩土荷载分担与桩土相互作用的耦合模型具有较严密的理论基础,解决了M&B联合求解法需要预先已知桩土应力比以及桩侧摩阻力分布形式的问题,计算得到的桩土荷载分担、桩土沉降与工程监测数据较为吻合,验证了模型的正确性。
为辅助桥梁倒塌事故责任鉴定,系统研究了桥梁倒塌过程分析有限元后处理相关关键技术,具体包括以下内容:(1)设计了基于面向对象思想自主开发的有限元后处理程序总体架构 (2)研究并编程实现了大文件分块读取、单元生死显示等后处理关键技术 (3)在简化处理总体应力磨平方法的基础上,研究了实体单元高斯点应力外推节点应力算法 (4)用C#和VS.net 2005开发了有限元计算结果及重要性评价云图显示程序 (5)分别在双跨石拱桥模型、悬臂箱梁模型和堤溪沱江大桥倒塌过程分析中对上述后处理关键技术进行了应用和验证。研究结果表明:(1)用开发的后处理系统进行有限元后处理计算是可行的,其结果与Abaqus和SM-Solver计算结果基本一致 (2)采用分块读取有限元计算结果大文件可以有效提高桥梁倒塌过程显示的流畅性 (3)单元生死显示模块可以动态地展现桥梁倒塌过程,为事故原因分析提供技术支持。
为揭示倾斜受压荷载作用下斜桩的受力特性,基于非关联流动Mohr-Coulomb准则的弹塑性本构关系,建立三维弹塑性有限元模型,分析了倾斜荷载作用下荷载倾角和桩身倾角对斜桩受力特性的影响。结果表明:当荷载倾角较小时,倾斜荷载作用下的斜桩刚度同时取决于轴向与水平向刚度,二者刚度存在一个平衡,导致斜桩刚度并非在轴向受力时达到最大 斜桩极限抗压承载力随着荷载倾斜角度呈现M型,桩身极限抗压承载力峰值并非出现在轴向受力时,而出现在荷载倾斜小角度附近 正向倾斜荷载作用下,桩的刚度和承载力均随桩身倾角的增大而增大,在负向倾斜荷载作用下,其结果却相反 不同倾角斜桩的极限荷载受桩—土摩擦系数影响较大。
通过12片预应力混凝土梁的疲劳试验,对预应力混凝土梁的疲劳破坏形态进行了研究,对疲劳加载过程中预应力混凝土梁跨中挠度和混凝土应变随重复荷载次数的变化规律进行了重点分析,建立了基于实测挠度、压应变和中和轴高度的预应力混凝土梁刚度退化模型。结果表明:疲劳上限值越大其刚度退化越明显,接近线性衰减 随着疲劳上限值的降低,刚度衰减出现明显的相对稳定过程 对于疲劳下限荷载相同的梁,动态割线刚度衰减曲线上终值基本相同,即非预应力筋发生疲劳断裂后梁体刚度还有48%～54%。
针对国内体外预应力研究较落后的现状,进行了6根体外预应力筋和2根普通钢筋混凝土简支T梁正截面静力加载试验,对其受力过程、破坏形态、承载力、延性和变形情况进行了分析。试验结果表明,体外预应力筋可以大幅度提高混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,延迟裂缝开展,改善梁的正常使用状态 直线束双转向块力筋形式对试件抗裂最为有利,双折线力筋对屈服荷载提高幅度最大,转向块个数能显著提高试件的极限荷载 体外预应力能有效减小构件的变形,延缓钢筋屈服,构件的整体刚度显著提高 体外预应力筋不同布置形式对试件极限承载力和挠度变形影响较大,而预应力张拉方式影响相对较小。
通过对某实桥正交异性钢桥面板疲劳裂纹的实地调查,总结正交异性钢桥面板疲劳裂纹主要分布形态,分析正交异性桥面板疲劳开裂原因主要是:在车辆荷载作用下桥面板产生的局部竖向变形、桥面板与U肋之间产生的相对转角使焊缝根部因受拉应力过大而导致疲劳开裂 纵向U肋与横隔板刚度不同产生的次应力、U肋的偏转和竖向变形使过焊孔处横隔板受拉开裂 纵向U肋产生的纵向弯矩引起嵌补段裂缝。各主要受力板件的厚度过薄、横隔板过焊孔的形状以及横隔板的拼接方式也会加速疲劳开裂。针对既有正交异性钢箱梁桥的典型病害,提出了正交异性钢桥面板关键部位抗疲劳特性的改进措施:提高桥面板竖向刚度并改进U肋与桥面板的焊接工艺,在横隔板位置处的U肋内部设置小内横隔,U肋嵌补段改用螺栓连接等。
为探讨近断层强震下桥梁结构的大震变形性能,以某靠近活动断层的高速公路RC连续梁桥为对象进行了动力分析。挑选中、美两国典型近断层地震动记录,并构造人工地震波作为输入,建立了桥梁精细化有限元模型。采用非线性动力时程分析方法研究了强震水平下桥梁关键部位的变形性能,并进行了定量评估。研究表明:地震动频谱特性,尤其是近断层地震动的脉冲效应,会显著增大桥梁结构的地震响应 强震下,支座是桥梁结构的薄弱环节,但通过支座破坏可耗散一定的地震动能量,从而有效降低桥墩塑性破坏的风险,因而可通过提高支座的塑性变形能力,增强其分担地震动总耗能的能力和效率。
为准确获取实际结构中的收缩与徐变时变规律,提高长期下挠预测的准确性,提出了在实体结构中直接辨识结构收缩徐变的理论与预埋式徐变自辨识系统,通过试验梁试验进行了初步验证。结果表明在采用同样的结构变形计算方法的前提下,通过徐变自辨识系统所得的试验梁徐变系数曲线可更好地代表结构的真实徐变,梁体跨中变形计算采用自辨识徐变系数的预测情况较现行规范公式预测的结果更接近实测变形。提出的预埋式混凝土徐变自辨识系统能有效识别出结构体的收缩徐变,可极大提高对混凝土结构变形预测的准确性,为大跨径梁桥的长期变形预测提供了新手段。
通过对实际工程中某大跨径钢筋混凝土拱桥施工轴线横向偏差前后的有限元分析,探讨拱轴线施工偏差对主拱内力、抗裂性能、应力、变形及拱肋纵向稳定性等的影响。分析计算表明:拱轴线偏移量较小时,偏移对结构内力和稳定性影响较小,但对变形和抗裂性影响较大,各截面应力均有所增大 主拱圈偏移后横向位移增长较大,而竖向位移变化较小,另外在拱脚附近抗裂性降低程度较大,部分截面最大裂缝宽度超出规范要求。提出了改善主拱圈受力状态、提高结构承载力及稳定性的一些措施。
以鄂东长江公路大桥为依托,充分考虑非线性效应,基于几何控制法,研究拉索无应力长度误差对超大跨度混合梁斜拉桥成桥线形及内力的影响,发掘千米级混合梁斜拉桥边中跨结构力学行为特点及控制手段。计算分析揭示了超大跨度混合梁斜拉桥边中跨结构的差异,致使无应力索长误差对中跨成桥线形影响远大于边跨,对边跨成桥内力的影响则大于中跨部分,边中跨结构在受力上具有相对独立性 全桥应力变化百分比最大处位于钢-混结合段,该区域受力复杂,需引起施工及设计的高度重视 梁体刚度的差异,对成桥索力重分配产生重要影响,边中跨索力变化呈现不同特征。
通过分析传统拉吊索存在的病害原因及其改进措施的不足,提出了将不锈钢丝应用于拉吊索的思路。提出了用于拉吊索高强不锈钢丝的强度、断裂延伸率等技术指标的目标要求。选择适合的不锈钢反复进行了力学和工艺性能试验。通过试炼得到了高强、高延性的不锈钢,并继续进行了力学及工艺性能试验,最终得到了符合桥梁拉吊索用的高强不锈钢丝,并提出了下一步的研发方向。
将多塔悬索桥的中塔当作底部固定、顶部受到主缆弹性约束的结构,在Rayleigh能量法和Southwell's频率合成法的基础上,推导了受到主缆约束的桥塔结构振动基频近似计算表达式。以成桥后的泰州大桥中塔为例,测试了其环境激励下的自振基频,并对环境激励下桥塔的自振基频与其理论计算结果进行了对比分析。结果表明:该基频表达式不仅可在设计阶段预估桥塔的振动特性,还可在桥梁运营期通过频率测试来识别塔顶的顺桥向抗推刚度。且计算基频与实测值的误差为4.46%～5.48%,在可接受范围。该算法不仅适用于各种复杂截面多塔悬索桥中塔,也适用于挂线的输电塔等工程结构。
论述了驾驶员周边风险感知能力对行车安全的重要性,提出了周边风险感知能力检测并确立其测评指标。运用周边风险感知检测仪测试了1 325名驾驶员,并调查统计了受测驾驶员近3 a的事故记录,样本数据的统计分析证实了事故倾向驾驶员的客观存在,验证了周边风险感知检测仪的有效性和测评指标的合理性,并进一步确定了周边风险感知测评指标的阈值。结果表明:驾驶员周边风险感知能力对行车安全有显著的影响,周边风险感知能力检测可以筛选出事故倾向驾驶员。
针对传统协调控制模型中存在的公共周期限制的问题,提出了对不同信号周期时长的交叉口实行大周期内协调控制的思路,并根据车辆到达交叉口所遇到的信号状态,给出了大周期内路段行程时间的模型。以2个交叉口之间的路段行程时间最短为信号协调控制优化的目标,考虑大周期内车辆不溢出路段的条件,构造出对不同信号周期时长的2个交叉口之间进行协调控制的模型。通过模型的多次应用实现了多个交叉口协调控制方案的求取。最后根据具体算例说明了多交叉口协调控制模型的具体实施方法,同时也指出了不同周期交叉口之间进行协调控制的必要性和合理性。
高速公路运营时有时存在作弊逃费现象。应收费用有时与实收费用出现误差,同时高速公路上车辆信息(车型和车牌)、交通状况的实时监控也不完善。因此,提出了一种激光扫描点云数据和视频图像相融合的收费数据校核系统,通过配准激光扫描点云数据和视频图像,提取和跟踪车辆目标,对自由流状态下的车辆信息(车型和车牌)、车流进行了检测,达到收费数据校核、交通状况检测的目的,弥补了单一激光扫描仪和视频传感器的不足。现场测试使用效果良好。
为了详细分析自动发卡条件下影响车辆通过收费车道花费时间的因素,采用视频录像法对车辆通行过程进行了数据收集,对车辆通过收费车道过程进行了划分。通过数据拟合方法建立了自动发卡条件下的收费车道驾驶员取卡模型。定量对比了5类车型的驾驶员取卡标准时长,推导了自动发卡条件下公路收费车道通行能力的计算模型,给出了自动发卡车条件下各类车型通行能力的换算关系。模型的建立为计算自动发卡车道通行能力提供了依据,为收费站道路设计和交通标线设计提供了理论基础。
提出了以联网收费数据为基础的决策数据库构建方法,阐述了高速公路上4种车流的影响范围和特点。根据事故对车辆的不同作用机理,分别对每种分类车型的特点做出分析,将事故路段车流比例作为影响区域判定的评价指标,提出了高速公路事故影响区域模糊决策模型。辅以车牌归纳、常态数据分析参考等方法,运用实例分析对事故路段影响范围分析方法的应用进行了说明与拓展。基于基础数据库研发出了事故影响区域分析软件。经验证,该判定方法可行,便于决策者对交通事故现场有效管理。
根据我国当前公路交通发展对国省干线公路建设项目排序的新要求,探讨了建设项目排序的影响因素和重要性、迫切性评价标准 尝试采用改进的Wilson空间相互作用模型表征道路的社会经济效益,用地区生产总值、人口、行政等级指标多个指标共同测算节点间的引力,节点间的阻力由距离和建设成本决定 同时结合干线公路网的拓扑结构特征,提出了综合评价指标,包括道路建设的社会经济效益、路网等级提升效果、路网连通度、网络化程度以及建设进程的协调性,同时探讨了模型参数的确定方法,提出了综合评价模型及其求解方法 最后结合某区域干线公路网规划,针对2013—2015年、2016—2020年、2021—2030年3个阶段的干线公路建设项目进行了排序,验证了模型方法的可行性与有效性。
本文提出了一种基于锂离子电池电化学模型的电动公交车续驶里程预测方法,并以某款锂离子电池电动公交车为例,预测了该车在美国UDDS、欧洲EUDC和日本1015行驶工况下的续驶里程,同时还分析了电池组温度和电池模块数量对车辆行驶一定路程所必需的最低荷电状态SOCL的影响。结果表明:随着电池组温度的降低,车辆在上述工况下所需的SOCL值均逐渐增大,并且在低温下增大的幅度更为明显 随着电池模块数量的增加,车辆所需的SOCL值会逐渐减小,并且在低温下减小的幅度相对更大。因此,在制定和调整电动公交车的运输计划时,可参考本文提出的方法对电动公交车的续驶里程进行预测 在电动公交车动力电池组温度或电池模块数量发生变化时,也可采用本文提出的方法为车辆所需SOCL值的调整提供技术依据。
