为了研究复杂起落架飞机A380荷载作用下沥青道面多轮叠加效应,建立了机场沥青道面结构三维有限元模型,分析土基材料和粒料材料非线性对半刚性基层和柔性基层沥青道面结构力学响应的影响。研究结果表明:随着轮组数的增加,轮载在道面结构内产生的响应不断增加;随着轮组数的增加,材料非线性效应对道面结构力学响应的影响逐步减弱,多轮荷载叠加效应表现明显。半刚性基层沥青道面,不同轮载组合作用时,土基非线性对道面结构的力学响应影响与线弹性的差异在5%以内;粒料非线性与土基和粒料皆为非线性时,两者之间的力学响应差异不到5%;柔性基层沥青道面,土基非线性对道面表面弯沉影响较大外,对于其他力学响应指标影响差异在5%以内;粒料非线性与粒料和土基皆为非线性两者之间的差异在5%以内,建议分析过程同时考虑土基和粒料材料的非线性特性。
为研究SBS改性沥青微观结构量化指标与沥青性质之间的关系,采用4种SBS改性剂、3种基质沥青、3种SBS改性剂掺量制备14组SBS改性沥青进行荧光显微镜取样观察,选择400倍荧光显微图像为研究对象,借助MALTAB图像处理功能、AutoCAD软件以及微积分思想提出一种SBS改性沥青微观结构中SBS溶胀直径计算的方法,即SBS在沥青中溶胀相互联结之后形成的网络状、棒状、云状等结构的平均直径;测试了14组SBS改性沥青的溶胀直径,结合荧光显微图像分析了SBS溶胀直径与SBS改性沥青路用性能指标之间的关系。研究认为SBS溶胀直径在2.4~2.6 μm时具有较高的改性性能和均一稳定的微观溶胀状态,SBS溶胀直径可以更加全面地反映出SBS改性沥青的本质属性。
为了更精细地分析旧料对沥青混合料性能的影响,将旧料采用4.75 mm的筛网热筛分为粗、细两个部分,通过掺加不同比例的粗、细旧料组成6种级配的沥青混合料进行间接拉伸模量试验和劈裂强度试验,采用不同荷载频率的间接拉伸劲度模量、冻融前后的劈裂强度、破坏应变、黏韧性指数等指标评价了旧料对沥青混合料力学特性的影响。研究表明:低频率下的劲度模量、黏韧性指标、冻融前后的劈裂强度比可以作为掺加旧料沥青混合料力学特性的评价指标;旧料中与沥青混合料力学特性存在相关性的主要是旧沥青含量,旧沥青含量越高,沥青混合料拉伸劲度模量越大,黏韧性指数越小,冻融前后的劈裂强度比越小,力学特性越差。
设计一组4因素3水平的正交试验L9(34),研究了马歇尔击实次数、沥青发泡用水量、沥青含量和击实温度对水发泡温拌沥青混合料体积性能的影响,得出发泡温拌沥青混合料的最佳配合比设计组合为双面击实75次, 发泡用水量1.5%, 沥青含量4.9%, 击实温度130~135 ℃。在此最佳配合比设计组合下成型的马歇尔试件相关体积性能和热拌沥青混合料差异很小,能够实现降温10~15 ℃,为发泡温拌沥青混合料的配合比设计和施工提供了参考依据。
针对Marshall 与Superpave设计方法中的沥青混合料(HMA)不同压实工艺过程进行对比研究,研究目的是建立基于交通量与空隙率(密度)的沥青混合料击实次数Nm与旋转压实次数Ns的关系。在研究方法中,压实次数关系的建立采用两方面技术标准,即交通量(ESAL)标准与沥青混合料空隙率或密度标准,通过不同国家(中国,美国,日本)试验数据及规范的比较研究,建立了基于交通量与空隙率(密度)的沥青混合料组成设计压实次数的关系,即Marshall的击实次数2×75 对应Superpave的旋转压实次数80~100。在此基础上,考虑交通量的不断增长,研究结论建议采用Marshall的击实次数2×75 对应Superpave的旋转压实次数100作为沥青混合料组成设计的实验室压实次数,提出了中国HMA的Superpave旋转压实次数Ns建议值。同时,对于沥青混合料组成设计中的体积及强度性能等也进行了讨论。
为研究沥青路面温度场受外界环境的影响及其敏感程度,对重庆南岸区大气温度及太阳辐射能量进行实测。根据传热学理论,运用ABAQUS有限元软件进行建模并对其进行二次开发。结合沥青混凝土路面结构材料在不同温度时的蠕变非线性效应,改变大气气温、风速等参数,分析沥青路面结构温度场随相关参数的变化的规律。结果表明:沥青路面结构受大气温度的影响主要体现在路面面层,达到路面结构一定深度后,对路面结构的温度场的影响很小;大气温度是影响沥青路面全天温度场变化的主要因素;在中高温天气时,随着太阳辐射能量的增加,大气温度对路表温度的影响随之减小;随着路面结构深度的增加,不同深度位置处与大气对流作用频率下降,只有当上层结构与大气对流完成之后,才能由其以下的结构与大气对流,进而使下层结构温度差峰值向后延迟;风速对沥青路面温度场影响较大,应注意风速产生的温度场结果误差。
结合长寿命路面工程实例,从结构设计和材料设计方面对半刚性基层长寿命路面应用进行了探索性研究。针对我国近几年来高等级公路沥青路面早期损坏现象调查、损坏原因分析与结构计算结果,结合试验路段高等级公路重载交通的状况,提出本次长寿命路面结构组合设计思路;综合考虑各种沥青路面结构层组合方案在结构设计时中的受力特点及所需考虑的损坏类型,提出本次长寿命路面设计指标和相关的设计参数,并针对不同结构层提出了具体的材料性能要求。通过室内试验和现场检测结果表明:各结构层所用的沥青混合料各项路用性能均满足设计要求,半刚性基层沥青路面具有足够的承载力,其路面结构满足长寿命设计标准。
为确定分离式路基相互间热干扰程度,并采用相应的工程处治方案,通过采用理论分析及数值仿真方法将不同间距、含冰量工况下的分离式路基热干扰程度分为轻、中、重3个等级,以热干扰程度等级划分为基础,提出针对各等级热干扰的工程处治措施,并分别建立预估模型,对各种处治措施的长期应用效果进行分析。研究结果表明:分离式路基间距大于5 m工况下,其相互间热干扰可忽略,间距3~5 m时热干扰开始加强,间距小于0 m时热干扰开始剧烈;通过对各种工况下处治措施应用效果的数值分析,所提出的处治措施可有效防止路基间的热干扰效应,并且长期作用效果显著。
针对预应力混凝土梁预应力值和预应力损失不能确定的情况,对预应力混凝土梁的预应力进行监测试验研究。用阻抗分析仪测得粘贴在预应力混凝土梁的压电陶瓷片在不同预应力值下的电导纳信号,采用相对共振频率偏移和数理统计指标偏移来评价预应力损失。通过共振频率和数理统计指标建立电导纳信号与预应力混凝土梁中预应力值之间的关系,同时通过相对共振频率偏移和数理统计指标偏移来建立电导纳信号与预应力混凝土梁中预应力损失之间的关系。结果表明,压电阻抗方法可用来监测预应力混凝土梁中的预应力和预应力损失的变化。
将一种新型的高阻尼橡胶减隔震支座应用在连续梁桥上,以桥墩及桩基抗弯能力和支座位移等性能指标为研究对象,基于数值模型,着重分析非规则混凝土连续梁桥纵桥向的减隔震性能。为使全桥结构的地震需求规则化、均匀化,根据数值分析结果,优化了非规则连续梁桥的减隔震支座设计参数和布置方案,采用连梁装置和纵向限位挡块解决隔震产生的大位移,并对桩基础的设计方案进行了探讨。连续梁桥的减隔震设计兼顾了抗震性能和经济性的总体需求。计算模型考虑了场地土体刚度、支座非线性以及限位挡块的碰撞等,分析结果表明高阻尼橡胶支座具有较好的减隔震性能。
以某大件运输下实桥加固工程为依托,通过理论分析和包含间隙单元的有限元法,进行全非线性的活载加载,找出临时支点对原桥内力的影响因素。结果表明,间隙量对原桥承载水平起控制作用,不同支点数量对原桥跨中弯矩影响不大,支点初始间隙量按照等数值模式取值时,原桥最大弯矩与支点间隙基本成线性变化,支点初始间隙量按恒载挠曲线模式取值时,原桥最大弯矩与支点间隙成类抛物线形状变化,在实际应用中应采用便于控制误差的支座间隙布置方式,确保原桥与装配式公路钢桥的承载力都保持在允许值范围内,可最大程度地提高"桥上桥"的承载能力。
为模拟预应力混凝土梁非线性分析时预应力钢筋的力学行为,基于随转坐标法和场一致性原则,导出能考虑几何及材料双非线性的预应力钢筋空间杆单元。该单元具有几何与材料两种非线性不耦合的特点。采用已有的实体退化壳单元模拟混凝土,根据预应力钢筋空间杆单元与混凝土实体退化壳单元在单元内的位移协调条件和虚功原理将两者组合成一个混合壳单元,并导出预应力钢筋空间杆元对混合壳单元切线刚度矩阵的贡献。由于预应力钢筋对结构的作用反映在混合单元模型内部,该单元模型并未增大计算规模。对一预应力混凝土T梁进行了破坏过程模拟,将计算结果与试验结果及其他文献计算结果进行了比较,表明建立的混合壳单元模型是正确的。
采用ANSYS有限元分析软件,建立二维平面应变有限元模型,选择等跨径圆形截面和管拱形截面管涵,对二者在不同填土高度下的力学性能特点进行了对比研究。首先通过有限元数值模拟值与试验模型实测值进行对比,验证了有限元模型的合理性;进而通过有限元模型计算,对圆形截面和管拱形截面管涵施工过程中随填土高度的增加管涵变形、应力和土压力的变化情况进行比较分析,得到了两种截面形式的管涵在变形和内力方面的一般性规律:两种截面形式的管涵在施工过程中的变形和内力变化趋势基本一致,管拱在填土超过管顶后的变形变化比圆管显著,竖直土压力略小,而由于起拱效应的影响,管顶以上填土1.1 m左右时,圆管截面最大应力略大于管拱截面最大应力。
为了深入研究体外预应力钢丝绳加固RC梁的抗剪加承载力的计算方法,对3根钢筋混凝土基准梁和19根体外预应力钢丝绳加固梁进行了抗剪试验,分析了钢丝绳体外预应力加固钢筋混凝土梁的抗剪机理;基于混凝土损伤理论,采用ANSYS软件对加固梁进行了有限元仿真分析,分析了不同带载水平及损伤度对加固梁抗剪承载能力的影响;以试验样本及有限元仿真样本为基础,基于遗传算法对损伤度及带载水平对加固梁的抗剪承载能力影响系数进行了研究,给出了不同损伤度及带载水平对加固梁抗剪承载力的影响系数;将遗传算法得到的损伤度及带载水平的影响系数与统计分析的结果进行了对比分析,验证了采用遗传算法得到的影响系数的可靠性。
为完善传统模糊评判方法,体现模糊评判过程中的非线性特征,针对整体吊装钢管混凝土系杆拱桥施工风险特点,提出一种基于结构熵权的非线性模糊评判方法。依据施工工序,对整体吊装钢管混凝土系杆拱桥施工过程进行风险源识别,建立施工风险层次评价体系,识别过程同时考虑结构安全与人员安全。基于风险源识别结果,构建整体吊装钢管混凝土系杆拱桥二级模糊评判计算模型,采用主观赋权法与客观赋权法相结合的结构熵权法求解权重,引入非线性模糊算法,反映高风险指标对评判结果的突出影响,进而建立整体吊装钢管混凝土系杆拱桥施工风险非线性模糊评判方法。最后,通过工程实例的分析计算,表明了该方法的可行性与有效性。
为应用城市轨道交通有效路径快速、准确地搜索轨道交通网络线路中断下的有效路径,疏散滞留乘客,基于城市轨道交通路网模型,结合轨道网络线路中断的特点,以故障点约束、最大换乘次数、广义费用等约束条件定义有效路径,对深度优先算法进行了改进, 建立起网络线路中断下的有效路径搜索模型。以上海轨道交通为例,通过C#语言编写程序实现了线路中断下的有效路径搜索。实例验证表明:当上海轨道交通人民广场站发生线路中断时,以上海西站和浦东国际机场为OD点的区段中可搜索到符合约束条件的5条有效路径。
分析了城际轨道交通节点重要度和经济引力指标,探讨了城际轨道交通线网主骨架确定方法。基于规划区域内客流集散点分析,考虑节点重要度的影响因素,建立了重要度指标体系,采用层次分析法(AHP)计算了各节点的重要度。引入经济引力指数,测算了城镇群区域各中心城市间的经济引力。以节点的重要度和经济引力为目标,提出了城际轨道主骨架布局双重优化模型。采用改进PSO算法,确定了主骨架布局初选方案,利用城际客运走廊进行了修正,最终确定了城际轨道交通线网的主骨架,并以宁夏沿黄经济区城际轨道交通线网规划进行了实证。
研究了交通信息网和电信网的融合架构,并从资源和技术层次、业务层次和服务层次分别提出了两网融合的实施策略。选择智能交通系统作为交通信息网与电信网的融合架构的应用对象,并相应地从技术和资源、业务、服务3个层次提出了融合架构在智能交通系统的实施策略。此外,综合考虑系统性能、用户满意度以及社会和组织影响,建立了全新的、指标完整的融合信息系统技术评价指标体系,采用解释结构模型方法对建立的指标体系雏形进行了证明,采用层次分析法为评价体系的指标确定权重,最后采用反向传播神经网络方法对建立的指标体系进行了修正,得到了交通信息网和通信网的融合信息系统的技术评价模型。
为提高公路网特别是大规模复杂公路网关键节点的辨识效率,基于空间加权网络的度模型和复杂网络中辨识关键节点的LISH模型,以融合交通特性节点度和LISH模型来识别公路网中的关键节点。通过采用重新定义的具有交通特性的节点度,将公路网的交通特性因素加入LISH模型之中,完善了其在公路网关键节点辨识方面的应用条件,从而建立了公路网关键节点辨识的新方法。然后,以陕西省骨干公路网为研究对象,计算得出了陕西省骨干公路网关键节点,验证了模型的可行性和合理性。对比辨识结果表明: 该模型对于辨识公路网关键节点较以往模型存在一定的优势,可以为快速获取大规模复杂公路网中的关键节点及与GIS技术结合实现公路网关键节点辨识提供一定的技术手段。
为了提高短时交通流的预测精度,更加精确地进行交通流规划和管理,引入了一种基于相似性的短时交通流预测方法。用该方法研究了美国加州高速公路某单点交通流在时间尺度上的相似性,发现同"星期几"交通流的相似性比相邻几天交通流的相似性大。在此基础上,建立了小波神经网络模型,将4个同"星期几"的交通流数据和相邻4天的交通流数据分别构成一组,各自采用200多组数据分别训练小波神经网络,然后对同一天的交通流进行了预测,发现前者的MRE、MSPE值比后者低,EC值比后者高,说明前者的预测精度高于后者,验证了所提方法的有效性。
结合当前公路交通发展的新形势和外部环境,总结了高速公路在城市群发展中的作用和城市过境段的功能,并分析了高速公路城市过境方案规划的新要求、新理念和新问题。针对目前规划、建设及运营中存在的问题或不足,从通行能力不足造成的交通拥堵、适应新型城镇化、完善综合交通运输体系、可持续发展、过境模式、技术标准、与城市道路的衔接7个方面,提出了更适应新时期发展需求的过境方案规划的要点和思路。
针对当前快递配送过程中由于时间和地点对接要求而导致投递效率不够高的问题,提出了基于自动快递机的快递配送新模式,根据新模式的特点,考虑配送车辆的装载能力、车辆经过客户需求点及其所属的快递机的行驶次序要求等约束条件,以执行配送任务的车辆数最少和配送车辆总的行驶里程最小为目标建立数学规划模型。根据问题的复杂程度和遗传算法求解该类问题的优势和不足,采用元胞遗传算法对模型进行求解。算例分析表明,该算法的寻优性能和效率优于普通遗传算法,能够更有效地解决大规模的基于自动快递机的快递车辆路径问题。
危险品道路运输具有双层特性,即风险和成本,在危险品道路运输网络规划中纳入该特性,并将影响其的因素细化为:运输距离、道路事故概率、道路上人口暴露、道路附近人口暴露、财产损失、环境污染和应急响应效率。利用层次分析法为上述因素进行了量化评定,计算出相关权重。建立了以政府需求的最小风险为上层目标函数、企业需求的最小成本为下层目标函数的危险品运输道路网络的双层规划模型。采用遗传算法,以Matlab为平台编写算法程序对模型进行求解。实例分析表明,利用遗传算法对双层规划模型求解,能够在危险品运输道路网络中迅速地搜索到一条同时满足风险与成本综合最小的路线,完成危险品运输道路网络风险与成本的综合优化。
推导了一种考虑初始参数不确定性的一维布朗运动方程,构建了载荷和结构参数时变的模型。运用材料S-N特性求得剩余强度分布,结合应力-强度干涉理论,提出了一种既考虑初始参数及强度不确定性又考虑实际使用过程中不确定性的可靠性及其灵敏度分析模型。在此基础上,研究了汽车零部件结构参数、强度、载荷、可靠度及其灵敏度随时间的变化规律。以某汽车驱动桥半轴为例,计算了时变条件下驱动桥半轴可靠度、失效率及可靠性灵敏度的变化规律。
针对车辆自主驾驶中的车道线保持问题,基于车辆横向动力学简化线性模型,考虑前向轮自动转动系统的惯性延迟特性,首先将模型按照实际情况分为相对确定与不确定两个子系统,提出一类反演控制与滑模控制相融合的横向位置误差复合控制方法。该方法能保留滑模控制对不确定横向动力学模型的强鲁棒性优点;同时, 针对确定的惯性延迟系统,又能继承反演控制层层倒推、环环相扣、精确巧妙设计的思想。由于柔化函数的引入,减弱了传统滑模控制的颤振问题。通过构造Lyapunov函数,保证了系统所有闭环信号均有界。最后,针对轮胎刚度系数不确定的情况,进行了100次随机数字仿真,结果验证了所提方法的良好鲁棒性与快速性。值得说明的是,把复杂系统按照物理实际情况分解为相对确定与不确定两部分的思想,对自动驾驶中车道线保持问题非常有物理意义,能够为未来的车辆试验提供理论参考。
