为弥补沥青加铺层结构设计依靠工程经验和定性设计的不足,根据可靠度理论和效应-抗力概率模型提出了以路表弯沉、沥青层底拉应力和层底竖向剪应力为控制指标的旧水泥混凝土路面沥青加铺层可靠度分析方法,并运用一次二阶矩中心点法、蒙特卡洛有限元模拟计算结构抗力和荷载效应,定量得到了在两种破坏模式下5种加铺层结构的可靠度范围.结果表明采用两层及以上沥青加铺层和层间处理方案,路面使用寿命较长,可靠度较高;可靠度分析方法比经验法确定沥青加铺层结构更加科学合理.研究结果为沥青加铺层结构设计方法和方案选择提供理论基础.
为了在细观尺度下描述沥青混合料的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC2D内置"Fish"语言,重构了沥青混合料非均质(集料、胶浆和空隙)多层次(矿料级配)结构虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟3点弯曲试验,借助数字摄像法捕捉了室内小梁试件表面裂纹发展情况,在二维尺度下探索了沥青混合料的部分断裂机理.结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,仅采用试件单面图像信息构建模型进行力学性能预测缺乏可信度;虚拟试验模拟的二维裂纹扩展路径与室内数字摄影法结果较为相似,二者都体现出材料脆性断裂特点,二维模型往往夸大了粗集料在混合料断裂过程中的作用;基于离散元程序的裂纹扩展行为分析方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂行为的辅助手段.
利用ANSYS和蒙特卡罗方法,建立含有不同空隙结构的沥青混合料模型,施加0.7 MPa的竖向荷载后,提取应力应变值,进而研究空隙结构(包括形状、大小、空隙率)的差异对沥青混合料内部受力状态的影响.研究结果表明:X向拉压应变、Y向拉压应变最大值及X向压应力均随空隙边数的减少线性降低,Y向压应力最大值减小更加明显;空隙边缘路径上X应力极大值均出现在空隙的角点,Y向应力在角点处发生突变,最大值可达2.22 MPa,均值为0.59 MPa,尖锐处为易损伤区域;随着空隙变大,应力、应变基本呈增大趋势;空隙率的改变对X向应力与剪应力影响较大,且空隙率一旦超过10%,X向应力与剪应力急剧增大,之后趋于稳定.
多孔沥青混合料具有改善生态、热环境、光环境、防洪、吸声降噪和提高行车安全等优势,但不同空隙结构沥青混合料对径流污染控制和温度的调节功能还不明确.因此,重点研究不同空隙结构沥青混合料的热物参数,并通过室内模拟太阳辐射试验系统,研究不同空隙结构沥青路面内部温度变化规律,得出增大沥青混合料的空隙率,能够降低其导热系数,从而降低沥青路面内部的温度;同时在明确径流污染主要评价指标的基础上,研究了不同空隙结构沥青混合料控制径流污染的效果,进而明确了不同空隙结构沥青混合料的热阻和控制径流污染效能.最后,从透水、承载、耐久和生态效能综合考虑,建议多孔沥青混合料的有效空隙率应为15%~20%,为今后设计出生态环保型透水路面提供依据.
梳理了大数据理论的概念和公路工程中大数据的基本来源.基于大数据基本理论,将质量管理的理念应用于沥青路面施工质量管理的实践中.研究和开发了沥青路面碾压质量过程控制平台,指出实时路表温度、压路机位置、振动加速度等参数能够作为沥青路面碾压质量控制的关键参数.将现场实时采集的路表温度、压路机位置、振动加速度等参数值通过GPRS将其传输至远端服务器,完成处理后返回现场供质量监视所用.以锁蒙高速第4标段的碾压过程数据为例,分析了碾压时刻压路机行驶速度、加速度以及路表温度的概率分布.进一步,基于指定路段内的碾压路径矢量图以及碾压参数分布状况能够对该路段碾压质量做出事后评价和质量追溯.
根据沥青混凝土切片图像的灰度分布特点,探讨了沥青混凝土数字图像处理的流程与方法.针对集料图像粘连问题,采用分水岭分割方法对粘连集料进行分割,验证了该方法的有效性;并且借助分割后的二值图像对集料的就位方向进行统计,明确了集料就位方向与集料扁平程度的相关性.研究结果表明分水岭分割方法具有良好的适用性,集料的就位方向明显受到集料扁平程度的影响,集料越扁平其就位方向越集中.
根据Biot饱和多孔连续介质波动方程,基于Bardet对准饱和土的假设,提出了准饱和土二相介质波动方程;运用Helmholtz 矢量分解和传递、透射矩阵法(TRM)推导出准饱和土中层状半空间受竖向荷载作用下的动力响应表达式;利用Muki虚拟桩法,在层状半空间建立了桩和准饱和土相互作用的第二类Fredholm积分方程,通过离散的数值积分方法求解积分方程,讨论了准饱和土中单桩竖向动力响应问题.算例分析表明,准饱和土中桩顶竖向阻抗随饱和度的减少而增大,与饱和土地基相比,明显偏大;桩侧孔压随饱和度的减小而增大,并沿着桩长迅速衰减;桩顶位移幅值在频率较小时变化明显,饱和度越小,位移峰值越大,当频率较大时,饱和度的变化对振幅的影响不大.
以往多层地基的顶面当量回弹模量大多是按弯沉等效得出的,该值对计算地基上面层或基层的弯拉应力是不适合的.为此,在弯沉等效的地基顶面当量回弹模量计算式的基础上,通过对荷载圆半径的修正,将弯沉等效转变为弯拉应力等效;进而,总结出了三层结构时单圆和双圆荷载的荷载圆半径修正系数回归公式,并拓展至多层结构;最后,通过工程实例证实,用弯沉等效的地基顶面当量回弹模量计算刚性或半刚性基层层底弯拉应力偏小13%~22%,而用弯拉应力等效的地基顶面当量回弹模量计算得到的基层层底弯拉应力与理论值的误差不超过1%.
为解决强夯加固黄河冲积平原区粉土地基时超孔隙水压力增长快消散慢、起锤困难及土壤严重液化等问题,提出采用强夯联合井点降水加固技术,以加快超孔隙水压力消散和土体固结.在济东高速公路粉土地基段进行了现场试验研究,采用了4种不同夯击能,观测、分析强夯过程中超孔隙水压力的变化规律和地面变形等,得出以下结论:选择1 500 kN·m单击夯击能更经济合理,其单位面积夯击能引起的地面沉降最大,有效加固深度亦最大;连续进行单点夯击时,表层土发生液化的可能性要大于深层土,临界深度约4 m;夯后超孔隙水压力消散速率非常快,24 h后超孔隙水压力基本消散,且深度越浅超孔隙水压力消散越明显,井点降水能大幅缩短强夯的时间间隔,缩短工期.
针对刚性路面传力杆空间位置偏差问题,建立了Winkler地基上考虑层间接触状况的等平面尺寸双层路面结构模型,计算了传力杆位置偏差(水平偏角、竖直偏角和埋深偏差)对接缝传荷能力的影响,并通过三元非线性回归构建了接缝传荷能力预估模型,提出了模型的荷载修正系数η1并推荐了其取值范围.经FWD实测弯沉传荷系数的验证,修正后的预估模型较好地反映了位置偏差传力杆刚性路面的接缝传荷能力.传力杆水平偏角对弯沉传荷系数影响较小,随着竖直偏角的增大,传荷系数呈线性较小,水平偏离15°时,传荷系数降低约12%.传力杆布置于面层中部时,传荷能力最大,埋设位置偏上或偏下都将引起传荷系数的下降,偏下2 cm时降幅可达10%.
为研究槽型双箱组合梁斜拉桥桥面板在纵向预应力作用下的有效宽度,结合某大跨度组合梁桥面结构,通过建立考虑钢梁-混凝土桥面板界面滑移的三维实体节段有限元模型,分析了桥面板在纵向预应力作用下的应力分布及传递机理,提出了预应力传递角度变化的有效宽度计算方法.研究结果表明:相对于标准AASHTO LRFD(2007)和DIN 1075,有效宽度计算方法能够考虑纵向预应力在桥面板中传递的全过程及预应力传递角度的变化,与有限元结果具有更高的吻合度,可为同类组合梁斜拉桥设计提供参考.
为研究新月形拱-连续梁组合体系桥的受力特点和力学特性,以福建漳州九龙江大桥主桥为背景,采用空间有限元软件对影响新月形拱稳定性的控制因素以及新月形拱、主梁抗弯刚度变化对结构内力和位移的影响程度进行了参数分析.结果表明:副拱肋对新月形拱的稳定性起决定作用,主副拱肋夹角对新月形拱的稳定性影响可以忽略;恒载和活载分别作用下,新月形拱的主拱肋、副拱肋和主梁抗弯刚度对内力分配的影响规律是一致的,拱肋部分刚度越大,分配到的内力越大,主梁内力和变形减小的程度也越大.
为研究活动支座的不同状态对桥梁结构弹塑性地震反应的影响,根据地震中活动支座的3种不同状态分析了其对应的有限单元模型;利用间隙单元和钩单元的组合构造了活动范围受限情况下的活动支座有限单元模型;采用活动支座的3种单元模型,考虑不同配筋率情况下的桥墩非线性建立了连续梁桥的3种全桥有限元模型,进行了非线性时程反应分析.结果表明,在活动支座活动范围受限甚至失去滑动能力的情况下,活动支座墩承担的地震作用增大,尤其在配筋率较低的情况下其墩底最大曲率达到甚至超出了固定支座墩的曲率,地震中活动支座墩也有可能发生破坏.在桥梁抗震设计中应根据支座的工作状态精确模拟其作用,并考虑其可能产生的破坏对活动支座墩产生的不利影响.
针对悬索桥骑跨式吊索四根索股相距较近存在较强的气动干扰效应问题,参照某大跨径悬索桥的吊索参数,对骑跨式吊索四圆柱驰振气动干扰效应问题进行了数值研究,得到了四圆柱的阻力和升力系数及其气动力导数,然后,对在上游钝体尾流中的下游钝体的稳定性进行了分析.结果表明:顺风向上游钝体在风攻角-8°~6°范围内处于不稳定状态,顺风向下游钝体在-6°~0°和4°~6°范围内处于不稳定状态,处于此不稳定区域内的钝体可能会发生驰振.
针对大跨度悬索桥主缆的精细化分析中不能同时考虑主缆弯曲刚度、主缆初始弯曲、索鞍及缠丝等因素的影响,提出了一种新型的初弯曲梁单元来模拟主缆的弯曲刚度和初始弯曲,通过虚功增量方程推导其切线刚度矩阵,并编制了主缆非线性有限元程序,建立大跨度悬索桥主缆施工过程的有限元模型,计算中考虑了索鞍处主缆线形的修正及由缠丝引起的主缆弯曲刚度的变化.结果表明:弯曲刚度使主缆在恒载作用下的竖向变形减小,成桥状态时由此引起的主缆线形计算偏差没有超过工程精度的要求;成桥状态时靠近桥塔的吊索吊点处主缆的弯矩及弯曲应力显著,需要在大跨度悬索桥主缆设计和施工中加以考虑.
基于动力学基本原理,从非线性、接触以及本构关系计算理论建立落石-桥墩防撞物柔性碰撞精细化计算模型,并对关键计算参数给出建议取值.利用钢结构柔性变形吸收落石碰撞能量,提出一种桥墩防落石碰撞柔性设计方法,并详细给出该防落石碰撞构造措施的结构组成形式.利用ANSYS/LS-DYNA动力分析计算程序,考虑几何、材料双重非线性,精细化数值仿真计算落石撞击防撞物的动态全过程,以一个偏安全的极限碰撞状态,分别从运动行为(撞击力、位移、速度、加速度)以及能量转换(系统动能、系统变形能)角度进行计算结果与数据分析,证明所提出的柔性防撞设计思路以及防撞措施的合理性与优越性.
针对单坡隧道左右线通风负荷不均衡的问题,提出了双洞互补式通风方式,详细推导了左右线隧道长度不同、换气风量不同时双洞互补式通风的计算方法;采用物理模型试验,验证了双洞互补式通风方式的可行性和可靠性;利用双洞互补式通风设计方法对某隧道进行了简要的通风设计,通过比较单斜井送排式通风方案和互补式通风方案的配机功率,分析了互补式通风方案的经济效益.结果表明:双洞互补式通风方式利用下坡隧道作为上坡隧道的换气竖井,用空气质量较好的下坡隧道内新鲜空气去稀释空气质量较差的上坡隧道内的污浊空气,减小了通风系统规模,均衡了左右线隧道风量,降低能耗,节约了初期投资,具有良好的经济和生态效益.
分析了流沙层地质结构特点,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics对流沙层渗透注浆进行稳态与瞬态的数值模拟研究,分别计算了静水条件下和动水条件下注浆浆液扩散过程,分析了动水条件下浆液扩散规律,分析了不同注浆材料及不同注浆压力对浆液扩散过程的影响.研究结果表明:浆液在渗流场中大致呈钟形分布且都存在逆水流扩散区域,浆液与水之间没有明显分界面而是存在一个过渡区.压力从进水边界和注浆口向出流边界衰减,在注浆口和进水边界之间存在一个压力极小值点并存在一个速度接近零的区域.浆液黏度越低扩散范围越大.随着注浆压力的增加,浆液扩散范围不断增加,两相渗流达到稳定渗流状态所需要的时间也变长.
为提高公路网对经济社会发展的适应性,针对区域公路网布局优化问题,以建设成本、土地占用机会成本、运输成本、公路网使用效率四因素为决策变量,构建公路网四因素指数.根据公路交通资源的分布特征将区域公路网布局形态划分为分散型布局和集中型布局,以四因素指数为支撑,对两种布局形态的性能特征进行比较分析,从三节点公路网的布局形态入手,分析节点位置、交通需求分布对两种布局形态四因素指数的作用规律,最后以广州—湛江运输通道为例,分析复杂情景下两种布局形态的四因素指数.研究结果表明:公路网四因素指数可综合反映公路网系统功能及其对社会经济发展的贡献,方便布局方案的评价和比选;集中型布局在土地集约利用、交通运行效率等方面具有明显优势,是区域公路网布局优化的有效选择.
针对我国《公路路线设计规范》(JTGD20—2006)中互通式立交减速车道最小长度取值不合理的问题,通过国内外资料调查和互通式立交分流区车辆运行数据调查,研究主线设计速度为120 km/h的高速公路互通式立交分流区驶出车辆的分流位置和减速特性.基于二次减速理论并考虑三角渐变段长度建立互通式立交减速车道长度计算模型,通过调查数据统计和国内外研究分析确定模型中分流点初速度、分流鼻速度和两次减速度等关键参数取值.利用上述模型对减速车道长度取值的合理性进行了分析,并给出了对应不同匝道设计速度的减速车道长度建议值.其研究方法和计算模型可用于不同设计速度的高速公路减速车道长度的确定,而进一步的调查和计算结果可以作为现行《规范》的补充.
以冷链突发事件为例,依据集成场理论,从冷链系统顶层的集成体、基核和联接键等关键要素出发,分析了当前冷链突发事件中存在的问题.对冷链突发事件形成的因素和事件特点进行了归纳,针对不同的物流集成体服务模式的优劣以及如何更好地提高冷链物流运作的效率进行了合理的分析.结果表明:公共型基核是冷链系统今后一段时间的重点发展项目;基核微观运作直接影响到冷链作业质量和系统安全,需要加强公共型基核现场运作的综合信息系统等联接键构建,提升全系统的资源整合能力和可视化监管能力,提升基核对冷链突发事件的防范与应对能力.同时针对基本服务模式提出了冷链突发事件防范的若干建议.
为降低回收处理危险废物的环境危害,提出了基于环境风险控制的危险废物选址-路径问题,全面地评估了危险废物回收管理的环境风险.根据环境承载力的理论,设计了环境风险的度量方法.考虑废物残余的危险性、危险废物类型和加工技术种类的多样性、危险废物和加工技术的相容性,建立了成本最小化和环境风险最小化的0-1 混合整数线性规划模型.针对双目标选址-路径模型的复杂性特点,设计了多阶段聚类遗传算法.以重庆危险废物物流管理为例,验证了模型和算法的有效性.结果表明:模型和算法能够为实际管理提供合理的选址-路径优化方案,且在两个不同对比条件下,相较于已有的模型,基于环境风险控制的优化方案能够分别降低33.85%和18.16%的总成本.
为测度区域物流系统成长水平,在将物流系统分为物流功能系统、物流网络系统、物流需求系统的基础上,构建了包括物流企业竞争力、货物周转量等13项指标构成的测度指标体系,并用熵权法确定了各评价指标的权重.采用综合指数评价法对区域物流成长水平进行评价,构建区域物流成长水平测算模型.通过计算序参量成长指数推算子系统成长指数,测度物流系统成长水平.模型应用于环渤海地区,其中山东的物流系统成长水平最高,成长水平最低的是河北省,原因在于其区域物流需求子系统得分较低.结果表明,模型能较为客观地测度区域物流系统成长水平,识别物流系统薄弱环节,为物流系统完善提供建议.
从微观的企业层面分析了企业的现代物流需求与经营策略.揭示了全业务链第三方物流企业难以产生,常规物流依然是第三方物流企业主导业务的机理.研究了规模物流企业与物流需求方之间产生套牢问题的市场风险,以及化解风险宜采用的分工专业化发展的经营策略.提出了不同专业物流企业之间的联合生产经营是实现完整现代物流服务的有效选择.分析了制约联合生产经营的因素及解决措施.结果表明: 监管部门可以通过提供改善交易条件、提高履约保障水平的服务措施,使物流交易合作变得更加便利,成为市场主体的自发行为.
根据资金时间价值理论,以车辆购置、维护保养、运营能耗等3部分费用为影响因子,采用公交车全生命周期的资金投入净现值作为其经济性表征指标,构建公交车使用的经济性分析模型.以2013年南京地区公交车运营数据为例,运用所建立的模型对比研究混合动力、纯电动、传统燃油公交车的使用经济性.研究结果表明:3种公交车的资金投入净现值分别为212.55万元、248.12万元和210.24万元,混合动力公交车、传统燃油公交车比较纯电动公交车更具有经济上的竞争优势;由于突出的节能特性,纯电动新能源公交车具有较好的应用前景,且当电池成本下降28.5%时,其总体经济性可接受.
