沥青路面就地热再生时,级配的变异性会引起混合料出现离析、压实困难、层间连接不良等许多问题,这直接影响到再生后沥青路面的路用性能。从就地热再生材料级配控制出发,对原路面材料级配及沥青老化程度进行测试,并依据测试结果对沥青路面就地热再生材料级配进行优化设计,在此基础上进行了再生混合料水稳定性、高温稳定性、低温抗开裂性等性能试验。试验结果表明通过对就地热再生混合料各级配组成材料的严格控制与优化设计,可以获得各项技术指标符合要求的就地热再生混合料,能够恢复沥青路面原有的路用性能。
以高速公路沥青路面为依托工程,现场连续实测了各结构层的温度,分析了高温和低温温度场及其日周期变化规律。在此实测数据基础上,选取合适的材料热物性参数,针对冬季低温和夏季高温2种情况,计算分析了沥青路面的热量交换,以期进一步认识沥青路面的温度场。结果表明,沥青路面的温度场可以用结构层单位体积的热量变化来描述,二者的变化规律具有良好的对应性 路面热交换主要集中于沥青层,而在基层的变化较小 路面在冬季处于放热状态,在夏季处于吸收并储存热量状态。
将修正的Burgers模型看成是Van Der Pool模型与一个非线性黏壶串联而成,认为材料损伤演化过程只是导致模型中串联黏壶的黏度降低,其他3个元件并没有受到损伤 用Weibull函数来描述沥青混合料内部缺陷的分布,从统计学的角度出发建立了损伤演化方程,将损伤引入修正的Burgers模型的非线性黏壶,建立了沥青混合料的黏弹性损伤模型 给出了蠕变应变、蠕变速度和蠕变加速度的解析表达式,证明了该模型能很好地反映沥青混合料三阶段的蠕变特性 最后通过两个试验算例验证了模型的准确性和适用性。研究结果表明,只考虑串联黏壶的损伤不仅较以往的蠕变损伤模型更加简单,而且能很好地反映实验结果,最重要的是这种处理有了更合理的理论根据。
以密级配沥青混合料AC-20为例,采用马歇尔试验方法,研究泡沫温拌沥青混合料在不同拌和、击实温度和沥青含量条件下的的体积性能。试验共制作100个马歇尔试件和40组最大理论密度测定试样。研究结果表明,在相同温度条件下,随着沥青含量的增加,泡沫温拌沥青混合料的毛体积密度、饱和度和流值增大,空隙率减小,稳定度出现一定的峰值,矿料间歇率变化发生一定的变异 在相同沥青用量条件下,随拌和及压实温度的升高,泡沫温拌沥青混合料的毛体积密度、沥青饱和度、稳定度增大,空隙率、矿料间歇率和流值则减小。同时,试验还研究了泡沫温拌沥青混合料适宜的拌和及击实温度和相应的最佳泡沫沥青用量。
在沥青混合料的组成材料中,矿粉的品质及其变异性的研究对于分析混合材料性能和组成材料的交互作用能力是极其重要。通过试验研究分析和说明了矿粉对混合料性能的影响。分析粉胶比、细度、用量及密度对混合料性能和组成的影响,提出了基于沥青混合料性能保证的矿粉品质参数的控制标准 提出粉胶比的控制范围,以及矿粉用量的容许控制范围 明确了矿粉0.075 mm通过率需要设立控制上限和下限,以往的单边控制存在一定的缺陷 提出了矿粉密度的容许变化范围。
为提高寒冷地区沥青路面的疲劳性能,对AC-16型沥青混凝土进行未冻融和冻融条件下的劈裂疲劳试验,得到了其应力疲劳方程。研究了温度、盐分和冻融循环次数耦合作用下,沥青混凝土疲劳寿命的变化规律。研究结果表明:沥青混凝土的疲劳寿命与其劈裂抗拉强度具有明显的相关性,即劈裂抗拉强度越高,疲劳寿命越大。温度、冻融循环和氯盐的侵蚀是影响沥青混凝土疲劳性能的重要因素。在相同的冻融循环温度下,随着冻融循环次数的增加,沥青混凝土疲劳寿命降低 在相同的冻融次数下,随着冻融温度的降低,沥青混凝土疲劳寿命降低。经饱和氯盐溶液冻融的沥青混凝土疲劳寿命明显低于经清水冻融的沥青混凝土疲劳寿命,说明盐分能够加剧沥青混凝土的疲劳破坏。
为了达到在线监控新拌水泥混凝土质量的目的,采用改造的室内用水泥混凝土搅拌机,实现了在水泥混凝土搅拌过程中扭矩、转速数据地在线采集。通过改造的室内用水泥混凝土搅拌机,研究了新拌水泥混凝土坍落度与流变参数屈服应力和塑性黏度的关系,建立了新拌水泥混凝土坍落度与屈服应力和塑性黏度的关系式,得出屈服应力是影响新拌水泥混凝土坍落度的主要因素,可以用在线采集屈服应力数据来预测出机混凝土的坍落度,从而为在线监控新拌水泥混凝土质量提供了一定的试验依据。研究了新拌水泥混凝土坍落度与流变学指标扭矩的关系,建立了混凝土坍落度与扭矩之间的关系式,并得出了坍落度与扭矩之间的经验关系表,为在线监控新拌水泥混凝土质量提供了相应的试验方法。
为研究旋转压实的压力参数对大粒径沥青碎石破碎程度影响,选择五种不同竖向压力对三种不同沥青含量的ATB30进行旋转压实试验,对试样进行抽提、筛分,获得粒径分布资料。试验结果表明:集料破碎后的粒径分布均有良好的分形特征,分形维数值在2.478 7~2.626 0之间 破碎后颗粒增量变化总体特征为,先增加后减小,最后趋于稳定的变化趋势 4.75~9.5 mm和16~19 mm区间的颗粒有利于抵抗外部荷载,保持骨架密实结构,可以用贝雷法进行验证 破碎分形维数越大,集料破碎量越大,并与Hardin破碎率接近线性关系 集料破碎分形维数随竖向压力增加而呈现先减小后增大规律 沥青含量对分形维数的影响小 采用分形维数可以对沥青混合料的级配进行优化。
在引入全寿命周期费用分析理念的基础上,分析了公路软土地基处治工程的全寿命周期费用组成及其计算方法,建立了包括加固处理费、维修费及加固节省费用的时间价值三项费用在内的公路软土地基处治全寿命周期费用比较简化公式。以此为基础并结合具体工程进行了某高速公路软土地基高填土路段处治技术方案的选择,结果表明采用全寿命周期费用分析法在保证道路使用性能和使用寿命的前提下最多可节省费用181%。最后提出了基于全寿命周期费用分析法的公路软土地基处理方案选择流程,研究成果可为类似公路软土地基处治工程的设计方案制定提供理论指导和借鉴。
为了得到某地区回弹模量的预估方程,采用英国GDS室内重复加载三轴试验系统研究了山西省河运高速公路黄土路基土在3种含水率(OMC-3%,OMC和OMC+3%)和3种压实度(91%,96%和100%)水平下的动态回弹模量值。试验方法采用AASHTO路基土与粒料回弹模量试验方法(T307-99)制定的三轴重复加载试验方法。利用测试得到的135个回弹模量值和对应的应力水平对力学经验法路面设计指南(MEPDG)推荐的路基土回弹模量预估模型进行了非线性回归参数标定,得到了研究地区的动态回弹模量预估表达式。
针对小半径环向预应力束的伸长值多大于按照相关规范计算所得伸长值这种现象,分析了影响环向预应力束伸长值的各种因素,提出应把影响实际伸长值的因素产生的效应计入理论伸长值的计算方法中。给出了径向荷载效应引起的波纹管变形从而导致预应力束伸长值的计算公式以及由预应力束的挤压效应引起的修正系数,同时提出了由预应力束束效应导致的钢绞线受力不均匀引起的预应力束伸长值的计算方法。最后,给出了计算小半径环向预应力束理论伸长值的计算公式,并利用多个工程数据进行了验证。结果表明:小半径环向预应力束的实际伸长值与按照本文提出的理论计算方法所得的计算值比较,可以满足规范要求的±6%误差范围。
基于既有收缩徐变理论,提出了温度变化和Creep准则下收缩徐变的等效计算方法,通过两种大型通用有限元程序对同一结构,分别建立不同的验证分析模型,对提出的等效法的有效性及精度进行了验证,结果发现该方法实用可行,且具有较高的计算精度。结合提出的等效计算方法,借助ANSYS有限元计算程序建立了悬索桥新型钢-混组合桥面系的精细化节段模型,对组合结构的收缩徐变进行了相关研究。研究结果表明:该类新型钢-混组合桥面系混凝土的收缩效应占主导地位,徐变效应并不十分明显,但与混凝土的加载龄期密切相关 收缩徐变对桥面板及钢纵梁应力状态的影响较大,而对钢桁梁的影响并不明显。
为研究场地效应对大跨度多塔斜拉桥地震响应的影响,以嘉绍大桥为工程背景,建立了ANSYS有限元模型,采用随机地震分析方法对考虑场地差异的结构随机地震动响应进行了数值分析。结果显示,场地效应对嘉绍大桥各跨主梁位移及各塔塔底内力存在一定的影响,其影响程度与场地差异的假定有关。此外,分析了设置刚性铰构造与否和嘉绍大桥随机地震响应之间的关系。研究表明:设置刚性铰将增大主梁纵向和竖向位移以及各塔塔底内力,但对主梁各跨与各塔的影响程度存在差别,应区别对待。
通过对大比例双层均布荷载作用下单箱三室混凝土伸臂箱梁在弹性范围内的抗弯性能模型试验研究与分析,探讨了双层均布荷载作用下单箱三室混凝土伸臂箱梁剪力滞效应分布规律:在不同荷载工况作用下,其伸臂根部产生正剪力滞效应,1/2伸臂处产生负剪力滞效应 正、负剪力滞临界位置离伸臂根部的距离是伸臂长度的18%~23%,其中在顶板均布加载作用下产生的剪力滞效应最明显,正、负剪力滞临界位置离伸臂根部最近,顶板、底板同时均布加载作用下次之,而底板均布加载作用下最弱 该双层交通混凝土伸臂箱梁抗弯结构在设计时,按照顶板均布加载时产生的剪力滞效应考虑偏安全。
利用超高性能混凝土(UHPC)的优越性能,提出了与之相适应的新型箱梁结构,目的是利用材料的高强度及新结构的轻型化,解决常规混凝土连续箱梁桥易开裂、下挠和自重过大、跨径难以突破300 m的难题。在原有工作的基础上,对主跨400 m的UHPC连续箱梁桥进行了整体性能分析及优化设计,优化内容包括桥梁边跨长度、梁高、板厚等主要参数,以得到其合适的取值范围,根据优化结果建议:边跨与主跨跨径比范围为0.55~0.65 中支点梁高与主跨跨径比范围为1/20~1/25 跨中梁高与支点梁高比范围为1/1.8~1/2.3。整体性能分析结果表明:运用UHPC及新结构,能轻松实现连续梁桥400 m跨径的突破,并具有较大的整体刚度及安全储备。综合考虑长期社会经济效益,在主跨跨径300~500 m范围内,该新型结构可与斜拉桥、悬索桥等其他桥型形成强有力的竞争选型方案。
建立了采用传统竖向预应力技术的箱梁桥腹板主拉应力随时间变化模型,考虑混凝土强度、螺纹钢强度等参数的时变性和随机性,以腹板内主拉应力达到容许应力限值为极限状态,发展了采用传统预应力张拉工艺的箱梁桥腹板开裂概率模型。基于Monte-Carlo模拟方法,计算了服役期内腹板开裂风险,并对相关参数进行敏感性分析。研究表明在本文设计参数条件下,设计使用年限内的腹板最大开裂风险概率为1.49% 敏感性分析表明精轧螺纹钢筋纵向间距和锚具变形与钢筋回缩对腹板开裂影响最大 安装偏差角度次之 箍筋数量对腹板开裂风险影响最小。
针对动力学频率测试中模型的试验值与理论值误差较大的问题,结合大型桥梁缩尺模型试验,采取基于响应面法的有限元模型修正技术,获取了符合结构本真状态的有限元动力修正模型。选取二次多项式作为响应面函数的数学模型,在修正参数的显著性分析和中心复合试验设计基础上,运用最小二乘法对试验设计的样本空间数据进行拟合,以目标达到法为迭代标准,得到了自锚式悬索桥响应面的显示函数关系,并直观地给出典型响应的空间曲面模型。R~2和RMSE指标验证结果表明:经修正后各阶频率峰值误差明显降低 除横向二阶频率外,其余各阶频率修正效果理想,基频最小误差仅为0.96% 基于响应面法的有限元动力模型修正准确可靠 经修正后的有限元模型可作为结构再分析的基准模型。
以穿越5·12发震断裂带(龙门山断裂带)的广甘高速公路软岩隧道为工程依托,依据对施工现场频发的围岩-支护结构失稳破坏的统计,以及典型失稳案例的分析,探讨了震裂软岩隧道围岩-支护失稳机制及处治机理,并选取具有代表性的围岩-支护失稳段为试验段,对其处治机理及效果进行验证分析。研究结果表明:隧址区岩体受地震及新近地震的反复揉搓,致使山体内部岩体产生震裂损失、围岩稳定性不足、地下水的渗透性增强、围岩与支护结构不能密切接触,是造成软岩隧道围岩-支护失稳事故的直接诱因 通过掌子面反压回填、地下水引排、塌腔回填、加强超前支护、基底注浆加固、改善施工工法和加强支护参数等处治措施,可有效地稳定掌子面前方松动岩体、控制震裂松动围岩压力、增强围岩-支护体系的稳定性,且使支护体系具备一定的安全储备能力。
在分析、总结现有调度模型的基础上,结合中国城市公交常用的调度模式,采用随机服务系统理论(排队论)针对公交线路调度问题进行了研究,建立了以客流需求为基础数据、兼顾公交企业和乘客利益为目标函数的公交线路发车频率求解数学模型。首先描述了模型目标函数的构建过程。接着引入了乘客满意度函数并确定了约束条件中各组成要素的计算方法。最后利用全国数学建模大赛提供的数据对模型进行了案例研究,并利用Matlab进行了模型的求解。结果表明:该模型在求解和适用性方面均具有很好的优势,在现实中对公交调度问题有很强的实用意义。
在分析轨道交通对常规公交客流的诱增、分流和互补等三种作用效应的基础上,采用定性与定量组合优化方法从公交整体线网结构调整和公交接运线路优化两方面进行常规公交线网的优化分析。在整体线网结构调整中,依据线网的功能层次、功能结构、整体规模与公交线路长度等特性,分别进行取消、缩短、调整线路走向等优化 接运线路优化则以接运效率为优化目标、构建目标优化模型进行优化。以Z市为例,对轨道作用效应下的Z市常规公交线网进行优化,优化后,取消线路1条,缩短线路1条,保持现状4条,调整16条线路走向,新设接运线路9条,公交性能指标大幅提升,优化结果表明组合优化方法能较好地实现公交线网优化目标。
将小轿车在公路上的运行车速用三角模糊数来表征。基于二级公路上30个样本路段的平曲线半径、纵坡度等线形数据和实测车速,利用模糊线性回归方法建立了小轿车第85百分位运行车速区间预测模型。通过另外10个样本路段数据对该区间预测模型进行了验证,结果表明:小轿车运行车速的95%置信区间大都处于模糊线性预测区间之内 预测得到的模糊中心值与观测值的相对偏差和模糊度与观测值的比值两种评价指标均在10%以内。同时,将模糊中心值和线性回归预测值进行了比较,结果表明:模糊线性回归模型的平均绝对误差、平均相对误差和最大相对误差三个指标均优于线性回归模型,达到了更高的估计精度。
为提高整个路网的通行效用,根据周期时长、相位绿信比与机动车延误特征,建立周期波动动态信号配时的非线性规划模型。信号控制系统根据路网中各路段机动车的流量特征,进行动态调整信号周期时长和各相位绿信比的最优配置,从而合理分配各进口车道的通行权。结果表明:运用动态信号配时法和固定信号配时法交通分配的结果基本一致,运用动态信号配时法与固定信号配时法相比,动态信号配时法使机动车在十字交叉口上效用提高10%左右,在T型交叉口上效用提高30%左右,较好地适应各种交通状态的变化。在非机动车交通量较小的交叉口,动态信号配时有利于非机动车通行效用的提高 而在交通量较大的交叉口上,动态信号配时对非机动车的通行效用有较小量的波动。
依据我国山岭重丘区高速公路几何线形和交通事故数据,建立了基于交通流量和几何线形指标的高速公路基本路段事故预测模型。首先,基于几何线形条件对基本路段进行了划分,确定了路段单元。其次,分析并确定了理想线形条件的范围,建立了理想线形条件下的基本事故率预测模型。再次,应用BP神经网络与敏感性分析相结合的方法,确定出了对事故发生有突出影响的道路纵坡、平曲线半径和直线段长度3个线形指标,并确定了上述线形指标的事故率修正系数。依据基本事故率预测模型及事故率修正系数即可进行事故预测。模型验证结果表明:该模型能够对路段单元进行事故预测,事故总体预测值与实际值的相对误差在-5.85%~-7.87%之间。
为探讨顾客需求变动下冷链品配送路径的规划与优化模型选择问题,首先以带时间窗的车辆路径问题模型为基础,构建了以配送总成本最小化为目标的冷链品配送模型 然后,通过节约算法进行配送路径的优化 最后,通过算例比较了运用随机性配送模型(考量顾客需求的变动)与确定性配送模型(使用给定需求期望值)所规划的优化路径及其差异。结果显示,当顾客需求波动幅度较大时,随机性模型规划优于确定性模型,当顾客需求波动幅度较小时,确定性模型规划优于随机性模型 此外,随着需求变动程度的增大,两种模型所得出的配送总成本都会相应增加,因此,最后提出了降低顾客需求不确定性的相关建议。
为了优化公路隧道自然开口及射流风机的位置,实现降低隧道建设成本、节约能源和减少环境影响的目的,以开设自然开口的公路隧道分段式纵向通风方式为研究对象,通过建立公路隧道的通风数学模型,研究自然开口和射流风机的布置位置对隧道C0浓度分布的影响。研究表明:设置自然开口后,隧道内污染物浓度分布情况并非一定优于不布置自然开口 在多自然开口通风方案中,将距离隧道出口较近的自然开口作为排风自然开口可提高分污效果 将自然开口集中布置在隧道后部,同时将较多的射流风机布置在自然开口群后端,可增大隧道出口的实际通风量并降低隧道出口污染物浓度。
