针对已有圆形浅基础地基极限承载力计算方法的假定条件、计算方法、屈服准则等的适应性特点,对圆形浅基础地基极限承载力的解析解进行了研究。假定地基整体剪切破坏面形态呈Prandtl-Reissner经典理论滑动面形状、地基土体破坏时为不变形的刚塑性体,且破坏面均服从Mohr-Coulomb屈服条件,根据刚塑性体的静力平衡条件,考虑破坏面上的摩阻力项,严格推导了圆形浅基础地基极限承载力的理论解,并与Vesic半经验公式以及其他解析解进行了对比,对比结果表明:考虑破坏面上的摩阻力σtanφ项能使承载力系数Nc和Nq提高,但二者随内摩擦角的变化规律有差异;本文理论解与Vesic半经验公式以及其他解析解相似,是对圆形浅基础地基极限承载力计算方法的进一步改进。
水泥搅拌桩是软土地基加固常用的方法,桩体检测是其中的质量控制环节,现行规范以抽芯检测作为指定方法。针对抽芯检测法周期长、造价高、效率低的问题,通过现场及室内试验研究静力触探法检测水泥搅拌桩成桩质量的可行性。研究表明,常规静力触探法检测水泥搅拌桩,探杆贯入过程发生偏斜,不能连续获得桩体强度的信息;预埋管法静力触探用于搅拌桩成桩质量检测,可以保证检测深度和位置,可以连续获得和桩体强度有关的检测数据,操作方便,原理正确,检测成功率有保证;预埋管法静力触探的检测位置是桩体强度最薄弱的部位,检测结果偏于安全。
从钻孔灌注桩竖向承载机理及其承载能力影响因素出发,考虑桩端桩侧复式后注浆施工对钻孔灌注桩端土层和桩侧泥皮的加固效应,初步探讨了郑州地区复式后注浆钻孔灌注桩的承载能力和变形特性,通过郑州某工程复式后注浆钻孔灌注桩现场足尺寸静载荷试验,研究了后注浆对钻孔灌注桩桩端阻力、桩侧摩阻力的提高效应,对桩端桩侧荷载分担比以及对沉降变形和整体竖向承载力的影响等。结果表明:桩侧注浆很好地改善了桩土界面力学能质,使侧阻力得到有效发挥;桩端注浆使沉渣层等桩端土层得以加固,桩端阻力提前发挥;复式注浆作用使桩土界面塑性位移减小,桩顶沉降变缓,灌注桩承载能力得到明显提高。
路面裂缝自动检测对于路面养护管理、路面性能评价与预测、路面材料和结构设计具有重要的实用价值,但快速、准确、全面且稳定地识别路面裂缝一直是个难题。为此,对路面裂缝自动检测研究现状进行综述,包括以图像增强和去噪为目的的预处理方法,基于阈值分割、边缘检测和种子生长的空间域识别算法,以小波变换为代表的频域识别算法,基于有监督学习的识别算法及其他裂缝识别方法;指出既有裂缝识别算法存在易受光照和油污等因素的影响、裂缝识别图像连续性差和识别速度和精度较低等不足。最后,提出综合考虑边界和区域特征消除纹理和噪声干扰、基于局部和全局信息设计优化识别算法和基于三维图像进行裂缝识别等研究展望,为裂缝自动识别算法的改进提供参考。
为了全面掌握冷再生基层沥青路面结构的厚度组合,在对现有的国内冷再生基层沥青路面结构厚度组合进行调研的基础上,将原路面结构作为路基,冷再生层作为基层,对车辆荷载作用下三层路面结构体系的力学响应进行了分析,采用面层底部拉应变和再生基层底部的拉应力为控制指标,研究了不同交通量条件下,冷再生基层沥青路面结构的厚度要求,提出了适应不同交通条件下的冷再生基层沥青路面结构厚度组合,并绘制了厚度诺模图,为冷再生基层沥青路面结构的设计提供理论指导。
基于沥青旧路冷再生材料的组成分析及配合比设计,采用复合式冷再生技术对旧路面层和基层组成的混合料进行试验研究。重点对面层和基层旧料的掺配比例、结合料种类和掺量以及龄期等影响因素展开试验研究;测定不同种类冷再生混合料在不同温度条件下的抗压强度、劈裂强度及回弹模量,分析三者之间的关系;最后对冷再生混合料的抗冻融性能进行了试验研究。结果表明:设计用于路面基层的冷再生混合料时,优先使用水泥和二灰作为结合料;面层旧料比例不宜超过67%,基层旧料可以视为新集料使用;复合式冷再生混合料的抗压强度及抗冻性在常用水泥用量范围内(5%~6%)可满足高速公路基层抗压强度要求。
为把握特立尼达湖沥青改性机理,对分离出的灰分进行了微观性质测试、技术指标分析和与沥青相互作用研究,并和2种路用矿粉进行对比。初选3种灰分分离技术,通过分离效果和操作可行性的对比,建议使用离心机分离灰分的方法;通过微观颗粒形态和晶体组成测试,发现灰分颗粒粒径小、表面构造粗糙,其主要材料组成为石英和黏土;技术指标研究上发现灰分具有较大的密度、更细的粒度以及庞大的比表面积;测试了灰分与2种矿粉制备胶浆的G*/sinδ,显示灰分的增劲效果强于矿粉,且当粉胶比大于1.2时明显增大,增幅远超过普通矿粉。故灰分凭借粒度小、表面积大且粗糙等特征,能增强沥青高温性能。
为开发纯无机阻燃改性沥青,选择阻燃性能高、低碳、无污染、价格低廉的无机材料作沥青阻燃剂,凭借改性沥青3大指标试验确定无机阻燃改性沥青的最佳制备工艺;借助极限氧指数和燃烧烟密度试验,深入研究了无机阻燃剂掺量与类型对阻燃改性沥青阻燃、抑烟性能的影响规律;采用热重试验系统的分析无机阻燃改性沥青的阻燃机理;通过对无机阻燃改性沥青进行3大指标、黏度、抗老化性能、黏附性试验,系统研究无机阻燃剂掺量对改性沥青路用性能的影响规律,最后对无机阻燃改性沥青的经济效益进行分析。结果表明:无机阻燃剂具有较好的阻燃抑烟性能,满足国家相应规范的要求;提高阻燃剂的掺量,可以明显增加无机阻燃沥青的阻燃性能,抑烟材料在发挥抑烟功能的同时,可以提高无机阻燃剂的阻燃性能,克服了以往材料阻燃和抑烟相矛盾的缺点;无机阻燃剂通过分解、释放水分,以及层状金属氧化物的吸附性能发挥阻燃作用;随着无机阻燃剂掺量的增加,无机阻燃改性沥青的针入度减小,软化点增高,延度降低,黏度增加,老化后针入度比增加,黏度提高;无机阻燃剂的加入,不影响SBS改性沥青黏附性的发挥;无机阻燃剂具有极好的经济效益,适合在路面阻燃沥青混合料中推广应用。
为考察软基上埋式箱涵受力特性,通过离心模型试验,研究了其竖向和侧向土压力、土压力系数随填土高度变化的规律及周围填土位移场的变化情况。试验结果表明,使用桩基的箱涵与两侧路堤产生了显著的差异沉降,并在涵洞处形成了驼峰;内外土柱差异沉降在路堤中形成了拱脚位于涵顶两侧的上凸压力拱,并使拱脚处竖向土压力集中,且竖向土压力系数随路堤填筑呈开口向下的抛物线分布,在某一涵顶路堤高度下达最大值;同时,随涵顶路堤填筑,涵洞侧向土压力和侧向土压力系数增加,由于涵侧路堤以沉降为主的位移模式与挡土墙后填土不同,涵洞侧向土压力小于现行规范值。软基上路堤、涵洞和地基的协同作用分析表明,传统的强涵基、弱地基的设计理念将使涵顶竖向土压力集中,并导致结构失效。为降低涵洞结构破坏风险,建议采用轻质填料填筑涵顶、涵洞反开挖施工和结构设计考虑涵顶竖向土压力集中等措施。
以苏通大桥斜拉桥347 d的伸缩缝位移为对象,研究苏通大桥斜拉桥伸缩缝服役性能评价方法。首先提出了伸缩缝位移的概率统计分析方法,在此基础上验证了伸缩缝设计性能。其次,提出了伸缩缝位移与温度的相关性分析方法,在此基础上评价了伸缩缝使用性能。分析结果表明:①苏通大桥斜拉桥的伸缩缝位移可以通过2个正态分布函数的加权和来描述其概率分布,温度年变化作用下伸缩缝的极值位移远小于伸缩缝设计位移;②苏通大桥斜拉桥伸缩缝位移与温度具有良好的线性相关性,并且苏通大桥北端的伸缩缝存在性能退化的可能,需要积累更多的数据进行分析。
以嘉绍大桥6塔斜拉桥为研究对象,详细分析了刚性铰以及塔梁纵向约束形式对6塔斜拉桥动力特性和地震反应的影响特点。分析结果表明:(1)刚性铰的设置对多塔斜拉桥主梁的1阶对称侧弯振型频率和1阶对称扭转振型形状影响较大,但对于多塔斜拉桥地震反应影响很小;(2)塔梁纵向约束形式主要改变多塔斜拉桥主梁的竖弯和侧弯刚度,随着纵向约束增强,主梁竖弯和侧弯振动频率增加,并且部分振型形状发生明显改变;(3)全漂浮体系的位移反应过大,而全固结体系的内力反应过大;(4)部分约束体系的位移反应很小,边塔和中塔的内力反应亦较小,而次边塔的内力反应则过大。因此,刚性铰的设置对多塔斜拉桥抗震性能影响很小,而塔梁纵向约束形式则对其抗震性能产生重要影响。
为研究大跨度预应力混凝土(PC)斜拉桥的可靠度评估问题,提出了适用于大跨度PC斜拉桥这类复杂结构可靠性分析的混合算法。该方法综合运用了有限元分析(FEA)、径向基函数(RBF)神经网络、遗传算法(GA)和Monte Carlo重要抽样(MCIS)方法,并对算法中的关键步骤(RBF神经网络的初始样本点设计方法、MCIS的抽样中心点位置等)进行了改进,使结构分析模块与可靠度计算模块智能结合。利用数值算例的可靠度分析对该算法的有效性进行了验证。最后,以一座主跨为420 m的双塔PC斜拉桥为工程背景,进行了正常使用极限状态下的可靠度分析。参数分析表明:在汽车荷载作用下,该斜拉桥的主梁跨中位移超限失效概率比最长斜拉索强度失效概率高;汽车荷载的均值和标准差是影响斜拉桥可靠度的重要因素;随着汽车荷载均值系数的增大,主梁跨中位移超限失效的可靠指标下降的趋势较为显著。
基于典型桁架桥梁断面桁片节点测压风洞试验,研究了典型桁架桥梁断面-10°~+10°风攻角下的遮挡系数。试验结果表明:采用规范计算桁架桥梁断面成桥状态的遮挡系数,在计算间距比和实面积比时,建议将桥面铺装高度计入迎风桁架高度,将桥面铺装迎风面积计入桁架轮廓面积;遮挡系数随着风攻角的增大而减小,可以采用一次线性经验公式计算不同攻角的遮挡系数。
本文选取U肋与桥面板连接区域、U肋与横隔板交叉部位、U肋等细节,通过实桥静力试验,结合有限元模型分析,研究正交异性钢桥面板局部应力的大小和分布规律。结果表明:钢桥面板各关键构造细节的应力影响线都比较短,纵向应力主要受两个横隔板间距的影响,横向应力受与其相邻的两个U肋间距内荷载的影响;当车辆通过时,测点会出现多个应力循环;在U肋-横隔板连接焊缝附近,U肋腹板上的应力水平较高;横隔板弧形切口自由边缘两侧应力性质相反,一侧受压、一侧受拉,应力幅值较大,存在疲劳开裂隐患;因此设计中应该对构造细节进行详细研究分析,并注意焊接区域的细部设计与制造,避免疲劳开裂。
根据福州绕城高速公路闽江特大桥六跨连续刚构组合梁桥的结构特点,利用有限元软件MIDAS/civil建立了空间有限元模型进行施工仿真模拟。对不同合龙顺序合龙前后的应力增量和变形增量进行了分析比较,探讨该类型桥梁合龙顺序的一般规律。结果表明:不同体系转换次序对主梁应力和变形均存在不同程度的影响,但合龙段全部完成后再进行体系转换,主梁的应力增量和变形增量均较小;六跨连续梁连续刚构桥采取次边跨对称合龙→边跨对称合龙→中跨对称合龙→体系转换为最合理的合龙顺序。分析结果可以为该桥合龙施工决策提供理论依据,可以对类似桥梁合龙顺序的选择提供参考。
为研究既有桥梁对近桥位复线桥的气动干扰,选取不同梁高典型断面,采用增强壁面处理(EWT)的数值模拟方法,对比研究了主梁断面高度、来流风攻角及风向等因素对错列双钝体断面间的气动特性影响,并对其流场结构进行了分析。研究结果表明:受既有桥梁影响,复线桥主梁断面在位于迎风向和背风向时,三分力系数与单幅断面差异显著。对于不同梁高情况,复线桥监测断面位于背风向时,迎风侧腹板负压区随遮挡面积的增大而增大,扭转效应更为明显,升力方向随梁高变化发生改变;对于不同来流攻角情况,背风向监测断面在负攻角下所受阻力较对应正攻角略大,攻角增大引起了断面间大涡的破裂。断面形状、高度、遮挡面积及来流攻角均在不同程度上引起绕流特性的改变。
针对目前斜拉桥环向预应力施工中实际伸长量偏差超出规范要求±6%的现象,通过内蒙古小沙湾黄河特大桥索塔锚固区足尺模型试验,分析了影响张拉伸长量的主要因素。为进一步探究钢绞线受力不均匀这一主要因素的影响,建立了钢绞线在波纹管内排列形式的三种简化模型,分析了钢绞线张拉时波纹管内部钢绞线的伸长状态及具体行为。另外,就采用逐根穿束工艺的钢绞线在张拉时易出现打搅的现象提出了一些意见和建议,希望实际施工中在考虑张拉伸长量修正的基础上加强对小半径环向预应力钢绞线实际受力状态的关注。
为了得到城市道路间断流的速度-密度关系,定义了宏观速度和密度参数,利用VISSIM仿真获取基础数据并进行统计分析,进而引入4参数Logit模型完成数据拟合,建立了速度-密度的4参数Logit模型。其次,分析了交通组成、道路几何形式和信号控制参数对模型参数的影响,完成了模型参数与影响因素之间的多元回归拟合,建立了适用于不同条件下的间断流速度-密度模型。通过实际数据验证,得到的一般4参数Logit模型的拟合优度为0.7左右,能够较为准确地描述间断流速度-密度关系。
为更好地分析交通流运行规律,实现有效的交通控制和优化,提出结合改进跟驰模型的交通流元胞自动机(cellular Automata,CA)仿真模型。首先在分析正比于速度的间距倒数模型和Bierley模型特点的基础上,改进得到更符合实际的跟驰模型,进而创建的CA模型结合改进跟驰模型计算并离散化得到的加速度,进行车辆及整条车道的状态更新。通过模型仿真,得到速度差灵敏度系数λ、车辆间距灵敏度系数k和安全距离参数α不同取值时的交通流基本图和X-t时空状态图。通过仿真发现,λ,k的取值很大程度影响图形形状,而α的影响较小,同时模型仿真再现了交通流状态的动态衍化过程。通过试验验证,该模型仿真得到的Q-ρ关系曲线和实际交通流一致,且可模拟再现实际交通流的失稳、阻塞演化、走走停停等非线性交通流现象。
研究和分析了基于行程时间可靠度的交通流量分配对道路网络结构可靠度产生的影响,行程时间采用BPR路阻函数,假定行程时间服从Weibull分布,推导出路段行程时间可靠度同路段饱和度之间的关系式。以路段行程时间可靠度80%,即路段饱和度1.0,为衡量和控制标准,对路段超出控制标准部分的交通流量进行重新分配,利用蒙特卡罗MATLAB计算程序计算出分配前后各路段路面结构可靠度,再利用网络串并联原理分别计算出交通流量分配前和分配后的道路网络结构可靠度。通过实例对比分析交通流量分配前后的道路路段可靠度和路网结构可靠度可知:以行程时间可靠度为分配标准较以畅通可靠度为分配标准更合理;路段拥堵时的交通流量分配虽可以提高相应路段可靠度,但会降低整个路网结构可靠度。
研究了多种Logit路径选择模型应用于多层次交通网络时对网络性能的影响。依据网络层次特征定义了广义路径费用;选取4种典型的Logit模型——单层的多项式Logit(MNL),C-Logit(CL),Path-Size Logit(PSL)以及双层的交叉巢式Logit(CNL)模型,对它们分别构建了适用于多层次网络的等价数学规划模型(MP);对不同层次结构和分散参数取值,利用VC++编程求解4个等价数学规划模型,并计算了系统最优的流量分配。分析表明:3种OD需求下的所有Logit模型所得网络总行程时间费用(NTTC)都高于通过系统最优分配得到的NTTC;利用考虑重叠的CL、PSL、CNL模型所得NTTC皆大于不考虑重叠的MNL模型,且构造越复杂的Logit模型所得NTTC越高;对各个Logit模型而言,层次性交通网络的NTTC要小于没有层次性的情况且层次越高时NTTC越小。
针对不良天气和路面环境下沿用正常天气交通信号配时方案时信号控制效益下降的问题,从不良天气和路面环境下交通流运行特征入手,分析了因天气和路面环境改变导致的以经典信号控制理论为优化基础的信号配时方案演变情况,采用Vissim软件建立了哈尔滨市嵩山路与淮河路交叉口良好天气与雪天的交通信号控制仿真模型,并进行了案例分析。分析表明:雪天及时调整信号配时方案,与仍采用良好天气情况下的信号配时方案相比,能有效降低车辆在信号交叉口的停车次数和延误,提高交叉口的通行效率。这一分析结果适用于所有不良天气和路面环境下的交通信号优化控制。
行人作为交通事故易受伤群体之一,其安全保障越发受到重视。结合车载激光测距仪实时采集的车辆前方障碍物距离信息,提出基于K-means算法的行人检测方法。首先对激光测距仪接收的距离信息进行报文解析,形成激光云点图。其次,对激光云点图进行预处理,消除冗余数据。再应用K-means聚类算法对前方障碍物进行分类,最后建立行人宽度模型甄别行人目标。试验结果表明,基于K-means聚类算法能从激光云点图中快速提取行人目标,为汽车主动安全及交通安全研究提供基础。
阐述了工程量清单的定义和特点以及在我国的应用情况,介绍了国际经验,对比分析了工程量清单计价与定额计价的区别,剖析了我国公路交通行业工程计价的现状及存在的问题,系统研究了公路交通行业工程量清单的计价流程和主要指标,对综合单价指标等关键指标的计算方法进行了重点研究,通过引入价格指数,利用已知的各期价格指数,根据数理统计模型推导出第t期的价格指数,从而计算出第t期的综合单价。分析了公路清单计价优势和实现的基础,研究提出了公路清单计价实现路径大致分为3步:第1步构建统一的计量规则和编码体系,第2步出台公路清单计价编制办法,第3步构建清单数据库;并重点研究了构建清单数据库的路径和方法,最后提出了下一步工作建议。
对公路建设及运营中所引发的土地退化问题的相关研究成果主要集中于公路占地、土壤侵蚀、土壤污染、土壤性质恶化等单方面的分析:土壤侵蚀是重点研究内容,具体包括土壤侵蚀规模、土壤侵蚀机理、土壤侵蚀规律及侵蚀预测方法;土壤污染以重金属污染为主要研究内容,土壤性质恶化则重点关注于土壤理化性质,土壤生物学性质变化研究相对薄弱。我国公路建设及运营所致土地退化问题的研究严重滞后于公路工程建设,今后应强化公路建设及运营过程中的土地退化、演变及恢复研究,公路沿线土壤侵蚀发生发展规律的系统性研究,土壤资源保护与利用研究,公路建设用地节约集约利用技术和标准研究等。
