基于极限分析上限法基本原理和强度折减技术,根据滑坡体处于极限状态时两功率相等(虚功率方程)条件,推导了带台阶的多级边坡整体失稳和可能出现的局部失稳安全系数计算公式。并以3级边坡为例,编制优化程序,采用序列二次规划迭代算法计算确定最危险滑动面的位置:即对多个可能的滑动面进行搜索,获得安全系数最小(也即稳定性最差)的面作为潜在最危险滑裂面。采用具体算例,对比分析了3级边坡的整体稳定性和可能出现的局部稳定性问题,并由此开展了参数分析。对比分析表明:获得的安全系数较已有方法略小,得到的最危险滑动面与已有结果颇为接近,可以验证其有效性和可行性;参数分析表明:对均质多级边坡,当某级边坡坡角过大时,边坡更易发生局部失稳;高边坡增设边坡台阶可以有效提高边坡稳定性并降低施工难度。
为解决季节性冻土区路基结构因冻解破损而发生的各种病害,利用地源热泵系统改变路基结构温度场。以109国道青海省季节性冻土区路基为研究实例,运用ANSYS模拟分析109国道季节性冻土区原始温度场,并分析了地源热泵路基的工作原理及运行效果;介绍了地源热泵系统形式及设计计算中的有关问题,得出地源热泵路基系统的设计参数;利用ANSYS有限元法对地源热泵路基的水平埋管进行模拟分析,通过对比分析得出路堤中水平埋管宜分2层布置(-1 m处埋置4根,每管间距为2 m;-3.5 m处埋置5根,每管间距为4 m)。在上述设计方案下,该地区在全年最冷时刻路基易发生冻胀区域的地温超过0℃。通过模拟分析得出,地源热泵路基是一种新型路基结构,该系统对于防治季节性冻土路基冻胀病害具有积极作用。
为便于机场道面的实时健康监控,以华中某机场道面为例,建立了机场道面健康监控系统(HMS)。首先,运用VB.NET和ARCGIS开发工具建立了机场道面健康监控系统的基本框架。其次,使用ANSYS有限元软件建立了机场道面三维有限元分析模型,分析了机场道面在动力荷载作用下的FWD力学性能。之后,将FWD理论分析数据和实际测量数据保存于HMS数据库之中。最后,通过HMS内机场道面健康监控模块对理论结果和实际数据作出快速响应,从而保证对机场道面的实时在线监控。基于地理信息系统(GIS)和ANSYS有限元分析系统的机场道面健康监控系统为机场道面的管理者提供可视化和实时的机场道面信息,为机场决策者提供强大的管理决策功能。实际测量系统、理论分析系统和GIS的有机结合,能够极大地提高机场道面监控效率,同时,也为机场道面的安全运行提供了有利的保障。
为探索沥青路面地震波模量与路面响应的关系,在细砂路基上的半刚性基层沥青路面进行了MLS66足尺加速加载试验,同时进行了加载区域地震波模量的测试,分析了地震波模量与加载次数、路面温度、车辙变形以及沥青面层底部拉应变的定性或定量关系。结果表明:在加速加载试验过程中,地震波模量随加载次数的衰减过程大致可分为迅速衰减及稳定降低阶段,前一阶段中平均衰减速度为0.1 GPa/万次,模量减少值约占总地震波模量降低值的75%,后一阶段衰减速率降低一个数量级;地震波模量与车辙永久变形呈二次多项式关系;地震波模量与上面层层底温度的变化趋势相反,多项式模拟可较好地表达二者关系;地震波模量与面层层底纵、横向应变变化趋势相反,且变化程度相当。
砂类材料中较大的孔隙特征决定了其内部的水分传递方式。通过Micro-CT断层扫描确定了砂的分形维数和孔隙率,根据饱和导水率和介质的孔径参数获得了Brooks-Corey模型的拟合关系,利用数值方法对垂直一维砂柱的吸渗过程进行了模拟计算,求出了毛细上升过程中的湿度分布和高度与时间的关系。在室内搭建毛细高度测定试验台,以4种粒径范围的筛分洗砂为研究对象,记录了砂中不同时刻的水分上升高度。结果表明:结合砂的扫描结构参数、进气值倒数和孔径分布指数,可较为准确地模拟砂中毛细水的吸渗过程,使得预测砂类路基材料中毛细水的运移过程具有可行性。
微表处养护技术在广泛应用的同时仍然存在着噪声过大、抗松散性能不足、耐久性差的缺点,制约着微表处养护技术更好地应用。针对微表处噪声过大,配合比设计不够完善的问题,提出了低噪微表处的矿料级配以及矿料级配优化设计方法——堆积密度法。室内试验表明,矿料在振实状态下的堆积密度越大,低噪微表处的湿轮磨耗值越小,负荷轮黏附砂量越大,即微表处混合料的技术性能越好。研究成果在广西坛(洛)—百(色)高速公路2012年养护工程中得到了应用,现场测试结果表明,该项目所采用的低噪微表处具有低噪、平整密实、抗滑性能优越、使用性能优良等优点。
在调查山西地震动历史事件的基础上,对山西汾渭地堑带上高速公路边坡黄土进行了动力特性参数的试验研究。首先,选取典型黄土边坡进行现场爆破试验获取了边坡黄土介质的地震动时程曲线;接着,以这些动力特性作为动三轴试验的模拟加载方式和参数,对不同路段边坡的30组马兰黄土(Q3)和离石黄土(Q2)进行了室内动三轴试验,获得了边坡黄土在低震多频动荷载下动力特性的一些规律:冲击地震荷载作用下加速度幅值比正弦循环波幅值较大;相同的动荷载作用下,动弹性模量(Ed)越大,黄土的动黏聚力(Cd)越高,动摩擦角(φd)则越低,离石黄土(Q2)与马兰黄土(Q3)的初始动弹性模量(Ed0)分别为80~150 kPa、25~100 kPa;动弹性模量均值(Eda)分别为10~20 kPa,10~30 kPa;对二者的动应变(εd)-动阻尼比(λd)曲线拟合得动阻尼比(λd)的增长速率分别为马兰黄土(Q3)0.199 8,离石黄土(Q2)为0.128 5。
针对山东省水文条件的分布特点,从山东省公路建设实际情况出发,采用公路自然区划理论和方法,结合山东省水系流域图、降雨量、数字高程模型(DEM)、岩土因素图、Landsat-7遥感影像数据等,确定了山东省公路水文区划研究框架及区划指标体系。运用ArcGIS技术平台,将山东省按水文条件进行分区,完成了山东省1∶200万公路水文区划图,并对每一分区的水文工程特性进行了详细说明,提出了各个区公路建设过程中应该注意的问题。
为更好地应用抗拔桩,以其极限承载力的计算方法为研究对象,分析承载力计算值与实测值差异较大的问题,基于变形破坏面形式对抗拔桩极限承载力计算方法进行分析,并结合现场试验,对各种方法计算结果进行了对比研究。结果表明:标准模型,Meyerhof模型和Das模型均忽略桩的自重,计算值偏小,适用于长径比不大的抗拔桩;Chattopadhyay模型计算方法可行,但过程较复杂,适合砂性土层,Shanker模型考虑桩入土深度与桩径比值的关系,当比值大于20时计算具有一定的适用性;倒圆锥台考虑了桩的自重,Kotter模型基于Kotter方程计算,水平条分法假设破坏面为曲面,并根据极限平衡理论计算承载力,其计算值均与Vesic测试试验结果比较接近,且适用于各种土层条件下承载力的计算,均可作为计算等截面抗拔桩极限承载力的方法。
通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响。试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定。
结合实际桥梁混凝土强度和钢筋锈蚀检测数据,考虑材料性能经时变化特点,构建了钢筋混凝土桥梁简支梁桥空心板梁弯矩抗力衰减模型;按照《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283—1999)建立桥梁结构上的恒载作用效应概率模型和活载作用效应概率模型;以简支板梁跨中弯矩作为功能函数,运用根据JC法所编制的Matlab程序计算每片板梁的可靠指标。运用结构体系失效概率的点估计方法之一——概率网络估算技术,通过近似数值分析计算得出桥梁上部结构体系的可靠指标。并用算例验证了本文所提出的桥梁性能评估方法的正确性和可行性。
以成都市城市快速路三环路的汽车荷载为研究对象,在道路的东、南、西、北4个方向各全天候不间断地连续测试7 d,采集车辆信息共计122万余辆,信息包括交通流量、轴重、轴距、总重、车速和车牌等。最后以成都市三环路北段的测试数据为基础,根据299 439条汽车荷载信息,统计出成都市三环路的汽车荷载频值谱。依据基于损伤应变的疲劳等效原则和英国BS5400规范的计算方法,以实测的车辆荷载频值谱为基础,制定出符合成都市三环路的汽车疲劳荷载模型。对于其他交通组成相同的道路,该汽车荷载模型可为道路桥梁的疲劳损伤验算提供有价值的参考。
针对预应力荷载效应的等效荷载法不完全适用于桥梁工程实际情况,从等效荷载法假设的不足——仅适用于索曲线近似视为二次抛物线,且曲率平缓的情况出发,根据材料力学的基本原理,不限曲率变化,从理论上详细推导了抛物线、圆曲线、直线及上述几种线形组合布置的索曲线的荷载效应计算公式。同时得到了斜率变化在满足工程精度要求,即5°范围内的简化计算公式。结合深梁曲线预应力荷载效应和箱梁0#块曲线预应力荷载效应的工程算例,采用解析法公式进行分析,并用ANSYS软件进行模拟计算。计算结果表明,两者最大误差小于5%,验证了针对上述几种线形的荷载效应计算公式是正确有效的。
以单承重面刚性拉杆斜拉桥为研究对象,基于主梁刚度无穷大的假定和能量原理推导出带有刚性拉杆考虑扭转变形时斜拉桥侧向弹性稳定系数的解析计算公式。通过对同一算例分别用推导公式、有限元法及其它近似计算公式进行对比计算,推导公式的正确性得到了验证;同时对斜拉桥的结构参数进行分析,讨论了它们对桥塔侧向弹性稳定性系数的影响规律。结果表明:计入刚性拉杆扭转变形后,桥塔侧向弹性稳定系数有所提高,更接近实际情况;桥塔的抗弯刚度对考虑非保向力效应的桥塔侧向弹性稳定性影响较大;当桥塔抗弯刚度较小时,拉杆抗扭刚度对桥塔侧向弹性稳定性影响较大。
为研究自锚式悬索桥在运营阶段的静载响应规律,以应变相等为原则,按静力相似理论对哈尔滨市三环西线跨松花江大桥主桥进行1∶50缩尺模型试验研究。以轴向刚度、弯曲刚度相似为主进行模型设计,重点关注桥梁的受力与变形性能。根据有限位移理论的仿真分析,结合相关规范的规定,制订桥梁静力试验工况及试验方法。基于最不利加载工况下的试验数据,对该桥的主缆、吊索、主梁的受力及变形特征进行分析。结果表明:双塔对称体系自锚式悬索桥的边主跨挠度分布情况与三跨连续梁类似,但由于竖向索力的弹性支撑作用,结构挠度减小,证明结构在静力作用下能承担的荷载更大;各关键构件荷载安全系数均在规范限值以内,大桥结构受力偏于安全;各测试工况试验值与理论计算值总体吻合较好,模型能较好反映实桥的受力特性,同时也印证了缩尺模型设计的合理性。
针对道路背景的提取和更新效果受实时交通流状态影响的问题,提出了一种用于交通视频监控场景下的融合实时交通状态信息的道路背景更新模型和实现方法。该方法通过构建宏观交通状态参数特征集估计道路实时的交通状态信息,在传统方法基础上融合交通状态信息建立选择性背景帧提取模型,改进背景更新候选帧的选取条件,通过光照变化来估测道路背景的更新频率并自适应地提取背景更新区域。试验表明:该方法在道路交通顺畅和拥堵状态时,均能有效地提取道路背景,大大地提高背景更新的收敛速度。
为了解决交通路段不连续监控区域车辆目标的自动识别跟踪问题,提出了一种不连续空间车辆识别跟踪算法。该算法分为识别阶段和跟踪阶段,识别阶段利用高斯概率密度估计的方法建立前一场景中某个车辆目标的概率函数,再通过概率函数计算出出现在下一场景中的所有车辆的匹配概率,用概率阈值确定是否有车辆与前一场景的车辆目标匹配,匹配的车辆在下一场景中将被标记识别。而在跟踪阶段中车辆的跟踪基于无迹卡尔曼滤波(UKF),通过状态预测同时跟踪不同的车辆目标。该算法可以解决在不同路段的监控视频中自动识别并跟踪肇事潜逃车辆等实际问题。通过试验测试表明,该算法在车辆目标的识别上具有一定的精准性,且能够实现对车辆目标的实时跟踪。
ETC收费系统在我国得到越来越广泛地应用,但其通行能力方面的研究还有所欠缺,大多数是基于传统收费通道通行能力计算方法上的改进,不符合ETC通道交通流特性。在深入研究ETC系统设计的基础上,对ETC通道交通流特性进行分析,基于道路路段通行能力的计算方法,提出新的ETC通道通行能力计算方法。并通过对ETC通道的延误分析,提出基于平均延误的ETC通道服务水平划分方法,将ETC通道的服务水平划分为5个等级,并计算出不同等级服务水平下ETC通道的最大服务交通量。
设计的信号控制系统是一种基于3G通讯和PLC组合控制的二进制指挥系统。在现有交通控制基础上改造控制端,给出了二进制指挥系统(信号灯)的软硬件设计与实现方法,并结合仿真软件进行试验分析。同时搭建了一套可监控、智能疏导的资源利用交通平台,解决了路况检修不及时、车辆占道等多种潜在问题。经分析,与传统的控制方法相比,该方法提高了交叉口的通行能力,从而减少交通延误,具有一定的应用前景。
系统分析了公路行业2011版和1996版估算编制办法中费率费用指标计价规则的差异性,随机选取近年来全国典型地区的实际公路建设项目估算数据样本进行测算,研究了2种计算规则下费率费用指标占建安费比例的分布规律,同时研究了同一项目在同等条件下采用2种计价规则对费率费用指标值的影响,进行了现行计价规则与1996版规则对不同地区项目的适应性分析,全面论证了现行费率费用指标计价规则的不合理性。在与市政、水运等基本建设类工程进行同口径对比研究的基础上,通过分析总结工程建设中的客观规律,提出了对现行公路行业费率费用指标计价规则的改进方案及建议。
基于产权经济学的权利有效性模型和模糊集与隶属函数的权利有效性模型剖析了《重大节假日免收小型客车通行费实施方案》对公路经营权主体所造成的影响,得出:(1)单从现代企业制度层面看,《方案》的实施有悖于收费公路经营权特许转让协议和现代企业制度。但从收费公路准公共物品特性看,《方案》的实施与收费公路经营企业的社会责任不是相悖的;(2)对于收费公路经营权本身而言,《方案》降低了该权利的有效性,从而削弱了其流动性,有碍于收费公路行业资源的优化配置和社会专业化分工。应考虑并出台相应的补偿条款,在一定程度上抵消《方案》产生的不利影响。
从纯电动切换到发动机驱动,是并联混合动力汽车的状态切换模式之一。在切换过程中,为保持整车动力性能的平稳性和舒适性,必须对电机和发动机进行协调控制。以状态切换过程中总转矩不发生大的波动为控制目标,提出"发动机调速+发动机/电机转矩优化分配"协调切换控制策略。建立并联混合动力汽车传动系统整车动力学模型,应用极大值原理,将二次型最优控制算法运用到控制策略中,并建立以车辆行驶平顺性为目标的泛函,设计了状态切换控制器。仿真结果表明,在动力切换过程中,该切换控制算法能有效控制混合动力系统在状态切换过程中的转矩波动,保证动力传递的平稳性。
