为定量评价机场水泥混凝土道面板板下脱空程度,结合机场水泥混凝土道面结构及弯沉测试的实际,通过采用有限元方法分析了板底脱空范围随板边/板中及板角/板中弯沉比、接缝弯沉比传递系数、地基板相对刚度半径的变化规律,得到水泥混凝土道面板底脱空范围的定量分析模型,在此基础上提出基于现有机场道面弯沉测试的板底脱空范围定量评估方法及流程。分析表明弯沉比不仅与板底脱空尺寸有关,还受到接缝传荷能力、地基板相对刚度半径的影响,不能仅通过弯沉比一个参数判断板底脱空。
沥青路面微观纹理三维图像重构是研究其微观性能的基本方法之一,针对国内外沥青路面微观纹理三维图像重构方法的不足,运用聚焦深度法,通过单目体视显微镜沿垂直沥青试块表面方向拍摄序列图像,采用改进的Laplacian聚焦算子进行序列图像融合并确定融合图像中每点所属的高度层次,用高斯插值算法得到每点准确的高度值,进而实现沥青路面微观纹理三维重构。与激光轮廓仪测量的断面轮廓线进行对比分析,验证了其精度和可行性。试验结果表明该方法可以高精度重构沥青路面三维微观纹理。
为了从细观角度阐释级配碎石作为应力消散层对半刚性基层反射裂缝的作用机理,利用离散元方法生成未设置和设置级配碎石层沥青路面结构的细观模型,模拟了上述两种路面结构在标准轴载作用下的响应过程,得到了两种路面结构的接触力分布、最大接触力、应力集中区域的Y向平均应力和平均应变,以及集料颗粒的位移矢量。数值模拟结果表明:路面结构中产生的接触力主要沿荷载作用位置向下传递,设置级配碎石应力消散层后路面结构二中产生最大接触力比未设置级配碎石的路面结构一减小了6.1%,面层层底的平均应力、平均应变分别降低了11.79%,65.43%,集料的位移在路面表面附近最大,沿深度方向逐渐减小,路面结构一、二面层层底相同颗粒的位移分别为0.205 cm,0.126 cm,上述结果均体现了级配碎石对应力消散的效果。
针对经典朗肯与库仑土压力理论的适用范围较小且未能考虑挡墙位移对土压力的影响这一事实。根据已有文献对准主动状态下土体摩擦角、黏聚力发挥值与位移关系的研究,采用位移有效面积比方法将该关系量化至绕墙底转动位移模式挡墙,在此基础上结合斜向层分析法推导了考虑填土的黏聚力、墙土间黏着力、均布超载作用等条件下的非极限主动土压力合力及其作用点位置、土压力分布计算式。相应简化条件下,该公式能够简化为朗肯、库仑理论计算式。算例分析结果表明:理论计算值与试验实测数据基本吻合,初步获得了绕墙底转动位移模式下黏性土非极限土压力随位移变化的规律。
以青岛—银川高速公路济南至青岛段某加宽段改扩建工程为依托,对土工格栅二灰土加宽路基施工力学特性进行对比分析,得出以下结论:(1)土工格栅与二灰改良土有效控制了路基竖向位移的发展,竖向位移以新、旧路基坡脚处为中心呈现近似弧形辐射衰减;(2)加筋材料摩擦效应有效抑制了路基填土的挤出变形,加筋后的路基填土的水平变形明显减小,有利于改善路基整体受力特性,路基水平位移受时间效应影响较小;(3)铺设土工格栅形成明显的网兜效应,路基填土塑性区的发展得到有效控制;(4)剪、压破坏塑性区主要集中在路基与旧路基结合的坡脚处,这与位移场计算结果相一致,在设计与施工中应予以关注;(5)加宽路基竣工后,水平位移先增大后减小表现出一定程度的非线性,宏观上表现为鼓状变形。土工格栅与二灰土改良有效控制新路基水平位移的发展并满足其稳定性要求,后期路基水平位移主要由土工格栅拉伸引起的。
基于改进地下水力分布假设,运用极限平衡方法,综合考虑锚固效应、冰雪冻胀作用和地震荷载的影响,推导出典型岩石边坡倾覆稳定系数计算式。算例分析表明:采用改进后的水力分布假设进行岩石边坡倾覆稳定性分析更加合理;出流缝堵塞、地下水位升高、锚杆(索)锚固力和设置高度降低、冰雪冻胀作用加强、水平背向坡体和竖直向上的等效地震荷载对岩石边坡倾覆稳定性不利;锚杆(索)设置角度对边坡倾覆稳定性影响不大。同时,绘制了饱水岩石边坡倾覆稳定系数与几何要素之间的关系图,据此可迅速判定复杂条件下一定几何要素饱水边坡的倾覆稳定状态,便于工程实际运用。
针对瞬态瑞雷波法用于检测道路工程台涵背回填质量这一问题,通过现场试验结合有限元方法,分析台涵墙背回填中土层深度、填料含水率、颗粒级配、边界条件等因素对瑞雷波传播特性的影响,结果表明:考虑土层深度,得到的探测结果稍优于不考虑深度影响的情况;填料细粒含量多,含水率变化对波速影响较大,而对于巨粒土和砾类土而言,含水率变化对波速影响小;土体级配良好,采集数据信噪比高,比较常见的几种填料,在砂类土中获得的信号质量最好;路基边界对测试结果影响较小,但是如果台涵墙背倾斜,则需结合工程实际考虑测线下方墙体的影响,防止对结果误判。
为了研究空间变化场地对山区超高墩铁路桥梁抗震性能的影响,以贵州省境内一座超高墩铁路桥梁为工程背景,采用虚拟激励法对此超高墩铁路桥梁在空间变化场地条件下进行了抗震性能理论分析和数值模拟。考虑了多维地震动作用下,硬场地、中场地和软场地三种不同场地空间变化分布组合对此类桥梁随机地震响应的影响。研究结果表明:不同的场地分布组合对超高墩铁路桥梁地震响应影响不同,最高墩处的场地条件对结构响应的影响尤为明显;最高墩处为软场地,其他墩为硬场地时结构响应最大,为最不利工况,应予避免;对于超高墩铁路桥梁地震响应分析应充分考虑空间变化场地条件的影响因素,否则会低估地震作用下结构的响应。
为研究强风作用下的储料罐的抗风性能,以强风区某工程拌和站储料罐为对象,基于商用软件FLUENT,采用CFD数值模拟方法,对储料罐单罐和多罐串并列排放进行了二维数值模拟,对比了不同角度下储料罐的受力性能,得到了不同间距排列下储料罐的阻力系数和升力系数拟合公式,并对储料罐的涡振性能进行了分析。结果表明:双罐绕流分析情况下,双罐并列排放时所受合力较大,不同排列组合工况下涡振发振风速较高,涡振发生的可能性较小;三罐并列情况下,三罐中的阻力系数均较单罐阻力系数大,且中间罐阻力系数较边罐大;多罐排列情况下,中间罐阻力系数可取0.92,边罐阻力系数可取0.60进行抗风验算。
针对薄壁箱梁剪力滞效应有限元计算单元自由度多,计算工作量大的的问题,提出一种考虑剪力滞效应的组合单元法。顶板采用平面板单元模拟,轴向位移插值函数取3次多项式;腹板及底板采用梁单元分析。为减少有限元分析的单元自由度数目,取顶板单元的节点位移参数为基本位移参数,腹板与底板的位移模式由顶板与腹板及腹板与底板的变形协调关系得到,最后通过变分原理得到组合单元的刚度矩阵。以一座实桥为工程背景,通过与有限元程序计算结果对比,得出此方法的计算精度较高,计算效率亦比较高。
从现有的混凝土结构耐久性研究成果出发,以实现混凝土桥梁设计使用寿命作为耐久性设计的目标,结合混凝土桥梁的结构设计特点,提出了一套实用耐久性设计方法。通过相关内容的文献收集、整理及结果分析,确定了引起结构性能退化的主要耐久性作用及其极限状态,系统总结了现有耐久性设计理论和方法,提出了基于分项安全系数的耐久性设计理论和设计方法,将环境作用的影响作为荷载,采用结构设计规范常用的荷载与抗力的关系式,引入分项安全系数,针对影响混凝土桥梁耐久性能的主要环境作用建立了对应的极限状态方程,进行耐久性极限状态的验算,并详细论述了相关安全参数的意义和取值范围。最后以碳化作用为例进行了耐久性验算。
桥梁结构刚度随损伤发展会逐渐发生不可逆的退化,刚度退化与疲劳损伤之间有一定的内在关联,通过疲劳试验研究了刚度退化的规律和计算方法。疲劳试验发现钢筋混凝土空心板梁的刚度呈现出明显的三阶段退化规律:在0~0.15Nf阶段,梁的挠度增长非常明显,甚至可以达到疲劳破坏时总挠度的40%,但挠度增长速率逐渐变小;在0.15Nf~0.90Nf阶段,梁的挠度增长速率逐渐变小直至接近某一较小的常数;在0.90Nf~Nf阶段,梁的挠度增长速率逐渐变大,开始进入脆性疲劳断裂阶段,试验梁很快疲劳破坏。刚度退化曲线符合S形形态。根据刚度退化规律对试验数据进行拟合,得到可用于计算钢筋混凝土空心板梁刚度退化程度的公式,该公式与5根试验梁的试验结果吻合度较好,能够实现对刚度退化的定量描述。
建立了装配式斜交空心板桥的全桥空间模型,计算了相同跨径、相同板块数正交空心板桥和相应不同斜交角度斜交空心板桥桥关键截面的内力影响面。用自编影响面加载程序求得正交空心板桥和斜交空心板桥关键截面的最不利荷载内力效应值。将斜交板桥内力效应值与正交板桥内力效应值的比值定义为斜交角内力折减系数,建立了斜交空心板桥内力简化计算折减系数表。分析了斜交角度、板块梁高对折减系数的影响,提出了一种简单实用的斜交空心板桥内力计算方法供工程设计参考。
以某大跨度混凝土悬臂梁桥梁体开裂为背景,通过删除单元模拟混凝土裂缝,在开裂截面两侧节点间引入以非线性单元模拟裂缝开合效应的方法,建立了考虑混凝土开裂的三维实体有限元模型,讨论了不同开裂位置、裂缝形态对结构力学性能退化的影响,并与部分试验结果做了对比。结果表明:主梁静力刚度的降低主要由梁底横向开裂引起,考虑裂缝闭合效应能提高结构静力刚度50%,当混凝土开裂程度较轻时,现有仪器精度难以通过动力特性来识别结构损伤。
基于Synchro软件对干线协调的路口进行恰当地划分,Synchro软件中用协调因子来衡量相邻路口间是否需要实行协调控制,协调因子的计算主要考虑行程时间、距离、流量、车队形式、周期时长等因素;然后分析了干线协调优化逻辑,并用交通仿真的方法分析不同划分策略对控制效果的影响,并选取最佳的划分;对六一路全线11个交叉口进行案例分析,Synchro在协调路口划分中的有效性得到验证。结果表明协调路口划分会显著地影响整个网络中车辆的延误和停车次数,不恰当的划分会导致延误大幅增加。但不论哪种划分方式,都会显著减小主路和整个网络的停车次数。最佳的划分方式使整个网络延误降低10%,平均停车次数降低11%。
为了系统辨识公路施工危险源,针对公路施工危险源的定义和分类方法,以物的不安全状态和人的不安全行为,区分为固有危险源和施工工序危险源。划分施工工序为7个分析单元,编制了公路建设工程危险源普查的基本清单1 774项。基于作业条件危险性评价法(LECD法)提出了施工安全控制要点和公路施工重大危险源辨识目录。从政府、业主、监理和施工单位等不同层面提出了危险源控制技术对策,提出了公路建设工程危险源管控信息化管理框架建议,对防止和减少公路工程安全事故的发生,保证公路工程安全施工具有指导意义。
为探索急弯处不同警告标志位置对驾驶行为的影响机理,利用驾驶模拟试验,在急弯前设置5种不同位置的警告标志,观察车辆在弯前直线路段、弯道路段中的运行状态。结果表明,标志位置对直线路段的平均速度,直线、弯道路段的平均加速度、速度标准差均存在显著性影响;标志位置与急弯半径的交互效应对直线路段的平均速度、弯道路段的平均加速度有显著性影响。警告标志位置能够影响车辆在弯前直线路段的行驶速度、驾驶员在弯道路段对速度的纵向控制以及过弯前后速度的波动性;同时,对速度控制的影响还受到急弯半径的干扰。
基于高速公路交织段的概念,结合城市道路间断流运行特征及路侧指路信息对交织车辆的影响机理,提出城市道路交叉口进口道车流实际交织长度的确定方法。根据道路交通设计特征及驾驶员变道行为特征分别确定了城市道路进口道交织段的起讫点。选取上海市典型交叉口对车辆换道行为及微观行车特征进行视频观测,共获得159个有效样本,分析了车辆换道决策点在信息指示标志附近的分布规律,结果显示,换道决策点在信息指示标志附近呈正态分布。结合指路信息的影响改进了现有交织段通行能力计算模型,比较了该交叉口三个典型断面的通行能力:停车线断面、交织段断面、路段断面,并指出随指路信息位置变化时交织段通行能力的变化趋势,据此提出指路信息最佳设置位置。
基于流量速度图对Wiedemann74模型参数标定的宏观方法进行了研究,建立了集成VISSIM、Matlab、ExcelVBA的参数标定平台,以最小化流量速度图的实测值与仿真值的差异为优化目标,应用图像识别方法判别图像的差异性,利用遗传算法优化参数值,实现了参数自动寻优的迭代过程。建立的参数标定平台能够利用流量、速度等宏观运行数据标定驾驶行为阈值参数,为利用检测器数据实现自动化标定提供了有效手段,为分析驾驶行为特点提供了方法,解决了VISSIM软件中默认参数不适合我国交通状况导致仿真精度不高的问题。利用路侧激光检测器采集长沙市南二环路断面交通数据,根据标定后的参数、实测数据对Wiedemann模型的驾驶行为阈值曲线进行了拟合,根据驾驶行为分区对长沙市南二环路的驾驶行为进行了分析。
为了应对高速公路入口合流区域并线事故频繁发生,在分析车辆并线行为影响因素的基础上,利用BP神经网络方法建立了车辆在该区域的决策模型,用来预测驾驶人的并线行为决策,保障车辆和驾驶人的安全。借助详细的车辆轨迹数据对模型进行了学习与测试,模型的测试结果表明:建立的BP神经网络模型用于预测驾驶人并线行为具有较高的准确度,并线车辆相对于目标车道前方车辆的相对速度是驾驶人并线时需要考虑的最重要因素。同时模型还可以进一步应用于交通仿真的研究以及驾驶人辅助系统的开发。
分析了短车道效应对进口道拓宽车道通行能力的影响,基于交通流理论和概率论,提出了考虑短车道排队阻塞情况下的信号交叉口进口道通行能力计算模型。该模型根据进口道中3种转向车流的比例、短车道几何特征以及信号周期计算一个信号周期中两种不同短车效应的发生概率,并计算各自情况下的进口道通行能力。进一步探讨了该模型中转弯车辆比例、短车道长度、信号周期长度、绿信比的变化对通行能力的影响。研究发现短车道对通行能力的主要影响因素包括左转车比例、短车道长度和绿信比,且当左转车比例在50%左右时,增加短车道长度能显著提高通行能力。此外,使用西安和上海的实测数据对本模型和HCM2000通行能力模型进行验证和对比,本模型的计算结果比HCM2000模型更加精确,误差小于200 pcu/h。
考虑不同交叉口平面几何特点与交通流运行特性及所选信号相位的差异性,提出一种混合放行方式下的干道交叉口群双向绿波协调控制模型,使各交叉口信号不受放行方式的制约,在获得协调方向最大绿波带宽的条件下,兼顾不同方向实际带宽需求,避免了对称放行模型MULTIBAND(MAXBAND)中兼顾双向绿波带等宽而造成某一方向富余绿波的舍弃或浪费。相比进口单独放行方式下的双向绿波协调控制方法,具有更高的科学合理性和广泛适应性。以深圳市横坪路-中山大道-深汕路干道为例,通过VISSIM仿真评价结果表明,该模型改善效果更为显著。
为把握城市宏观交通状况,发掘城市道路网络交通流内在特性,从而达到缓解日益严峻的交通问题的目的,对交叉口流量和出租车GPS两类数据进行数据融合,运用宏观基本图(MFD)和广义宏观基本图(GMFD)在城市道路网络中的存在性以及二者之间存在的差异,以路网平均车辆数、路网通行能力和密度分布为指标来描述MFD和GMFD,并提出一种利用路段流量和出租车GPS数据拟合得到MFD和GMFD的方法,发现路网中密度的不均匀分布是导致路网通行能力不高的原因。针对由长沙市13个道路交叉口组成的区域路网,分别计算出分小区和分路段的MFD特征值,提出了根据存储空间能力(即临界路网平均车辆数的大小)对拥堵路网进行合理分流的方法,实现高峰时期拥堵路段的路径诱导以及路网通行能力的最大化。
进行增程式电动环卫车动力系统的匹配,对驱动电机、增程器和动力电池组等关键部件进行了选型和指标验证。基于Matlab/Simulink搭建了整车正向仿真模型,对增程器在恒功率模式和功率跟随模式两种控制策略下进行了百公里典型城市公交连续工况仿真。结果表明:匹配的动力系统能够满足增程式电动环卫车的工况要求;增程器能够在动力电池荷电状态下降到设定值时开启,以延长车辆的续驶里程,并能够使电池组荷电状态维持在一定的区间。从能量消耗来看,基于增程器开关运行的恒功率模式和功率随动模式在我国典型城市公交工况下的平均等效百公里油耗分别为28.70 L和29.51 L,即恒功率模式的等效百公里燃油消耗比功率跟随模式的等效百公里燃油消耗少0.81 L。
通过分析长丰集团引进、消化、吸收、再创新的技术创新模式和电动车自主创新的技术创新模式和南车时代电动自主创新的技术创新模式,指出了湖南省汽车产业现有技术创新模式的三点不足之处:(1)汽车产业开发体系的产学研合作有待强化改进;(2)技术创新方式上过多倚重创办新企业;(3)技术创新主体较为单一,过多依靠政府。随后给出了符合新型工业化要求的技术创新模式的六条改进对策:(1)推进产学研结合,加快科技成果转化;(2)坚持基础设施建设与引进高层次科技人才相结合,积极营造合作共赢的创新氛围;(3)加强技术引进风险的衡量、评价和控制;(4)加强汽车产业技术信息服务平台的建设;(5)适度扶持发展公共科技中介服务体系;(6)突出现有研发优势,发展节能环保的新能源动力汽车。
