通过对沥青混合料AC-13C进行5种不同程度老化,然后再进行-5 ℃条件下的应力松弛试验,研究老化对其应力松弛性能的影响并建立耦合老化程度因子的松弛模量模型。对比不同老化程度沥青混合料的松弛模量曲线,发现老化程度与松弛时间之间存在一定的等效性;基于材料黏度的自由体积理论,通过假设沥青混合料的自由体积分数与老化程度间呈线性关系,研究并建立了沥青混合料的老化程度-松弛时间等效移位因子;对松弛模量主曲线分别采用Burgers模型和不同单元数目的广义Maxwell模型进行非线性拟合,表明广义Maxwell模型在表征松弛模量变化时优于Burgers模型,且单元数越多,拟合精度越高,考虑到拟合精度和参数数目,推荐采用六单元广义Maxwell模型,并建立耦合老化程度因子的松弛模量模型。
为分析性能指标随SBS含量的变化趋势及敏感性,避免由单个指标确定SBS含量所带来的偏差较大的问题,采用灰色关联度分析沥青针入度、软化点、5 ℃延度、弹性恢复、135 ℃运动黏度等性能指标与SBS含量的关联性,从而确定改性沥青的SBS含量控制关键指标,并综合关联度高的指标来确定SBS的含量。结果表明改性沥青性能与SBS含量有着相关性,SBS含量对沥青的135 ℃运动黏度、弹性恢复、软化点、延度、针入度均有影响,其中对135 ℃ 运动黏度影响最为显著,沥青的软化点、弹性恢复、135 ℃运动黏度等指标与SBS含量有着较高的关联度。建立了基于软化点、弹性恢复、135 ℃运动黏度等性能指标的改性沥青中SBS含量的确定方法,其误差小于4%。
选择AS-16沥青砂的3种不同级配为S0、S1和S2型,3种不同沥青用量为10.53%(Ⅰ型)、11.41%(Ⅱ型)和12.33%(Ⅲ型),不同老化时间为室内紫外光照时间0,97,194,292,388 h和583 h,制作沥青砂试件进行光老化。对老化前后的试件进行单轴压缩蠕变试验确定其蠕变曲线并经拟合得到黏弹性参数,根据该参数得到反映沥青砂黏弹性能的柔量值及黏弹比值(RV),并分析其变化规律。结果表明:不同级配沥青砂黏弹性能不同,在合理级配下受紫外光影响最小;不同沥青用量黏弹性不同,但不会随着沥青用量的增减而增减,而是在最佳沥青用量时黏弹性受紫外光老化影响最小;瞬时弹性柔量的比例在随着老化时间的增加而增大,黏性流动柔量和延迟弹性柔量则随之减小;黏弹比随紫外光老化时间的增加而减小。
利用相变材料物相转变时吸收或释放大量热量而本身温度保持不变的特性,用溶胶-凝胶法制备PEG/SiO2相变颗粒,并将其以等体积替代法替代粒径小于0.6 mm的细集料应用于沥青混合料中。考察了PEG/SiO2相变颗粒对4种不同级配的沥青混合料温度敏感性及高温稳定性的影响。结果表明,PEG/SiO2相变颗粒的掺入可降低沥青混合料的温度敏感性,并且掺量越大效果越明显,当其掺量达到5%时,可在自然光照条件下降温5 ℃以上,而级配对沥青混合料的温度敏感性影响不明显。PEG/SiO2相变颗粒对沥青混合料的高温稳定性影响与相变颗粒的掺量及沥青混合料的级配类型有关。相变颗粒的掺入在降低沥青混合料最高温度的同时,可降低沥青混合料发生高温车辙病害的可能性。
从提高混凝土路面韧性和耐磨耗性出发,分析了不同体积掺量(0,0.5%,1%)聚乙烯纤维和不同取代量(0,30%,50%)粉煤灰对混凝土弯拉强度、弯韧度指数、裂后强度以及耐磨耗性的影响。结果表明:聚乙烯纤维对弯拉强度和韧度的贡献较大;试件FFFO弯韧度指数比FFFZ高1.8倍;高掺粉煤灰(50%)和聚乙烯纤维(体积分数为1%)组合的28 d强度满足公路设计要求;聚丙烯纤维与粉煤灰(30%)的组合对耐磨耗性贡献最大;耐磨耗性随纤维掺量的增多而增强,与纤维掺量有二次函数的关系;纤维掺量对弯韧度指数和裂后强度的影响有相同的倾向。
针对混凝土基层沥青路面的特点和现有研究的不足,提出了混凝土基层沥青路面适宜的层间结构与材料,测试了层间沥青材料的高温剪切性能与黏度;研发了层间剪切疲劳的测试装置,提出了层间剪切疲劳的试验方法;运用有限元法计算了混凝土基层沥青路面在高温季节层间温度与沥青层厚度的关系,确定了层间剪切疲劳的试验温度;通过测试和分析,提出混凝土基层沥青路面层间喷洒沥青的最佳用量为1.4 kg/m2,层间抗剪强度结构系数为KT=0.50Ne0.12。
以橡胶颗粒取代细集料砂子的取代率及细度模数为变量,采用二因素、四水平的正交试验,研究橡胶颗粒掺量和粗细程度对水泥混凝土路面抗渗及抗冻的影响。结果表明:橡胶颗粒的掺入有效提高了混凝土的抗氯离子渗透和抗盐冻性能。橡胶颗粒的取代率和细度模数对混凝土抗氯离子渗透性影响显著,橡胶颗粒的取代率对混凝土抗盐冻性影响特别显著,细度模数对混凝土抗盐性影响显著。当混凝土中掺入细度模数为1.38的特细橡胶粉,且掺量为细集料的40%(体积比)时,混凝土抗氯离子渗透电通量为527 C,抗盐冻等级为F500。
为完善透水慢行系统结构生态效果评价体系,通过渗透系数试验、现场渗透试验、吸声系数试验及路面温度调查,研究透水慢行系统的排水效果、降噪效果和降低城市热岛效应,并提出相应分级标准。结果表明:透水慢行系统生态效果明显,沥青混合料的渗透系数随空隙率和连续空隙率的增大而增大;无砂混凝土与级配碎石叠合基层的渗透速率最快,级配碎石基层次之,水泥稳定碎石和级配碎石叠合基层最慢;沥青混凝土吸声系数峰值与均值总体随空隙率增大而提高,相同连续空隙率下,小粒径吸声优于大粒径,相同空隙率下小粒径性能反而下降,透水性混凝土的吸声系数随空隙率增大而增大;透水路面路表与中面层温度差值远远大于其他几种路面结构。
基于自制的冻融循环模型桩试验系统,对桩土间土体融沉引起的桩侧摩阻力进行了室内试验,主要研究了不同含水率土体中模型桩在冻结温度分别为-1,-2,-5 ℃和-10 ℃时桩侧摩阻力的变化规律。结果表明:桩侧摩阻力在一定范围内随冻结温度降低而增大;桩侧摩阻力随土体含水率的变化而变化且存在一个界限含水率,低于界限含水率时,侧摩阻力随含水率的增大而增大,反之则随含水率的增大而降低。最后,联系温度与含水率对桩侧摩阻力的作用关系,基于荷载传递法,提出了考虑温度影响因子的冻融土体中桩侧摩阻力计算模型,并以沈阳地铁中段DK11+685联络站建设工程为例,对施工过程中的桩基受力情况做了现场监测。数值计算结果与现场监测结果吻合程度较好,验证了所建立本构关系模型的有效性。
针对疏桩路基结构特点,对路基基底垫层作用效应进行了辨析,指出传统碎石垫层塑性流动特征不再适用于路基基础,提出灰土垫层应用于疏桩路基中的设想。采用路基-垫层双层体系模型,给出了考虑基底垫层作用效应的桩土荷载效应的计算方法,并对垫层的加筋兜提效应进行了分析。通过计算结果与工程实测结果的对比分析,验证了该方法的合理性;进而对碎石垫层、灰土垫层、加筋碎石垫层的作用效应进行了分析。结果表明,灰土垫层在桩体应力集中和抑制基底差异变形等方面都优于碎石垫层和加筋碎石垫层。同时,相比(加筋)碎石垫层,灰土垫层具有现场施工的便利性和经济的节约性,相对柔性路基基础的工程实践中可用灰土垫层取代传统碎石垫层或单层加筋碎石垫层。
分析了我国公路桥梁承载能力评定规程的可靠性水准,明确了提高该规范可靠性水准的需求及方法;借鉴美国基于可靠性的规范的相关研究所采用的方法理论,推导出了计算规范隐含可靠度的公式,并采用该方法计算了我国现行公路桥梁设计规范的强度极限状态方程的隐含可靠度,计算的隐含可靠度值与规范规定的目标可靠度值较吻合;然后应用该方法,计算出了我国公路桥梁评定规范强度极限状态方程的隐含可靠度;最后,比较了中、美公路桥梁承载能力评定方法的可靠性水准、适用范围、评定基准期、目标可靠度、抗力模型及荷载模型,对我国公路桥梁承载能力评定规程的进一步完善有指导意义。另外,本文分析了美国统计桥梁历史失效概率的方法。
根据6条公路桥梁28条车道上的WIM系统实测车辆信息,分别生成了各车道上的随机车流类型过程。用随机过程理论分别计算得到各随机车流类型过程的集合均值、集合相关函数、时间均值、时间相关函数等随机特性参数。进一步对比分析,验证了所建立的随机车流类型过程的平稳性和各态历经性。结果表明:从实际公路上调查一定数量的车辆,其统计特性能够代表总体样本的车流信息,对车辆各种特征的统计结果具有代表性,可为公路桥梁随机车辆荷载模型的建立提供参考。
针对大风天气条件下船撞力与动力风荷载的耦合作用问题,基于船桥耦合分析算法编制了计算程序,并提出基于接触碰撞分析的船头刚度模型的确定方法,最后对一座连续刚构在船舶撞击力和风荷载的耦合作用下的桥梁响应进行了计算分析。结果表明,该船头刚度模型能较好地模拟船舶撞击力和桥梁结构响应;在不同的风荷载作用下,船撞力并没有显著改变,但桥梁位移和内力响应在不同风荷载作用下有增加的趋势,通过与无风工况的对比,墩顶位移增加最大比例为69.8%,墩顶弯矩增加最大比例为62.1%;而剪力受影响较小,墩底剪力增加最大比例为6.6%。当桥区风荷载作用较大时,有必要计入风荷载作用的影响。
为研究偏心距随机特性对结构可靠性的影响,以自重荷载和车辆荷载组合作用下的混凝土矩形截面拱桥和混凝土箱形截面拱桥为研究对象,分析可靠指标的变化规律。根据《公路圬工桥涵设计规范》和《公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计手册》建立拱桥关键截面的失效方程。然后依据已有的永久荷载、汽车荷载和混凝土强度的概率模型,分析偏心距设计值在对应情形下具有的保证概率。采用Monte Carlo法,求解得到不同参数情形下两类截面混凝土拱桥的可靠指标。分析结果表明:当车辆荷载与永久荷载产生的轴压力的比值较大而两者产生的弯矩的比值较小时,两类截面混凝土拱桥在考虑偏心距随机特性后均会出现可靠指标低于规范校核结果的情形;在偏心距设计值较小时,箱形截面混凝土拱桥可靠指标随荷载效应比值变化的幅度比矩形截面拱桥要小。
基于热力学平衡原理,利用弹性力学理论,对水饱和状态下中封闭孔隙在结冰压力作用下的孔壁应力进行了力学计算分析。把水泥砂浆中的孔隙形状近似看成是球形或圆柱形,分别建立了细观力学计算模型,并推导了不同孔隙在结冰压力作用下的孔壁内外表面拉应力,并对某一水泥砂浆构件在受冻温度为-20 ℃时,球形和圆柱形孔隙的孔壁应力进行了计算,结果表明,在相同结冰压作用下,由于球形孔隙较圆柱形受力更为均匀,其孔壁拉应力明显小于圆柱形孔隙,有利于抗冻。最后,依据此理论计算方法,对孔隙形状、半径、孔壁厚度、冻结温度等对孔壁应力的主要影响因素进行了参数分析,以期能够从砂浆入手对混凝土受冻破坏机理做些有益尝试。
为研究大跨高墩连续刚构桥在最大双悬臂状态下的抗风性能,以黄河壶口大桥为工程背景,应用有限元数值分析方法,分析了结构的动力特性;并设计、制作气弹模型,对其进行风洞试验研究,考虑了风场类型、风偏角和阻尼比等参数的影响。结果表明:在自然风场条件下,结构最大双悬臂施工状态时,发生涡激共振和驰振的可能性很小;紊流场对应的结构振幅明显大于均匀流场的结构振幅;90°风偏角对应的3个方向振幅均最大;上游桥对下游桥有一定的遮挡效应;增大结构阻尼比能够明显地抑制结构的风致振动振幅。
利用势能极小值原理推导简化的三主桁三索面结构在对称荷载作用下的索力表达式,将其计算结果与有限元计算结果进行对比,阐述其横向受力原理,总结三主桁三索面斜拉桥在对称荷载作用下索力的横向分配规律。分析结果表明,三主桁三索面斜拉桥边索、中索索力不是简单的3倍或者2倍左右的关系,其差异随拉索刚度、主梁横向联接体系刚度、节点刚度等因素变化。
通过模拟火灾现场材料表面实际升温曲线,分析了不同纤维混凝土的临界含湿量以及不同含湿量下混凝土的质量损失,同时采用大板混凝土进行火灾试验。研究发现:含湿量的高低较大程度上影响着试件受火后表面爆裂程度、裂缝数量、渗水时间以及质量损失;防火纤维混凝土爆裂的临界含湿量高于其他3种混凝土(普通混凝土、聚乙烯纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土),抗爆裂性能最好;相同含湿量下,通过观察受火面剥落、烧酥程度,再一次验证了防火纤维抗爆裂效果较好。通过测试不同混凝土板侧面温度场以及区域回弹值发现,由于混凝土板侧面温度值分布不同,进而造成混凝土材料回弹值的损失也不一样,材料力学性能的损失与温度场有着直接的关系。
通过地电测试方法进行了三维地质结构中浆液扩散行为和过程的监测,结果表明:电极自然电位对浆液扩散具有很强的敏感性;在双扩散层中心注浆试验初期,浆液扩散水平距离和扩散时间的平方根近似成正比关系。因此,可利用地电测试方法对浆液扩散范围和过程进行有效的三维可视化监测和分析,为评估注浆效果(阻水、加固等)提供强有力依据。
为了研究城市隧道出口处公交车的换道行为对交通流的影响,以城市隧道出口公交车的换道特性为研究对象,阐述并分析了公交车在城市隧道出口换道过程中的3种影响状态。然后采用摄像法采集相关数据并分析,借助SPSS软件构建了关于公交换道频率、公交换道持续时间、最大公交换道长度及其存在时间、隧道交通流量与车头时距关系的多元线性模型,并进行了相关性检验,得出了公交车换道对城市隧道出口交通流影响的主要因素。
首先以相同数据分别定量分析了2000版和2010版美国《道路通行能力手册》中交织区通行能力分析方法中的交织速度和非交织速度计算模型,设计了不同交织区交通运行的组合条件,对2010版交织区速度计算模型进行了定性分析。认为2010版美国《道路通行能力手册》对非交织车流运行速度计算存在重复折减,致使非交织车流运行速度预测过低,交织车流运行速度大于非交织车流运行速度,与实测运行特性不相符。在此基础上,对2010版交织区通行能力分析速度计算模型进行了探讨和改进,选取天津市卫昆立交桥交织区作为调查对象,开展了交织区交通流运行状态调查,并从定量和定性两方面对改进模型进行了效果分析。结果表明:改进模型在预测精度和特性描述上均有所提升。
针对城市交叉口信号控制仍以单点固定相位方式为主,且配时优化方法不能随交通流线的状态变化而优化的问题,以交通流线相容且绿灯损失最小为原则,根据交叉口进口流线流量动态生成了最优流线组合的相位。在确定周期相位组合的情况下,考虑周期结束流线是否有车滞留,对应分析了流线车辆平均延误。将延误模型组合,建立了适应交叉口流线流量动态变化的优化配时模型,计算了各相位的最优配时,以实现交叉口流线动态优化控制效果。实例计算分析表明:采用流线动态控制配时优化模型延误更小,对改善交叉口运行状况更为有效。
为了获得连续配筋混凝土路面冲断区域维修标准,本文首先建立冲断区域人-车-路耦合振动模型,然后利用传递矩阵法结合Matlab软件对振动方程进行求解,以获得乘客加速度随时间的变化和最大瞬态振动值(MTVV)。研究发现:一定条件下车辆经过冲断区域时,其在做振幅减小的简谐振动;当车辆进入冲断区域0.22 s时乘客加速度最大,其值为1.57 m/s2。最后,考虑行车舒适性以最大瞬态振动值作为行驶舒适性评价指标,提出冲断区域维修标准的确定方法和步骤,并给出了相应算例。
考虑公交内部及公交和地铁、长途客运之间的换乘衔接问题,满足最小和最大发车间隔等现实约束因素,建立了一类多目标多模式公交协调时刻表模型,在某时段内分别追求非换乘和换乘出行者在所有站点的等车时间最少和所有车辆到达站点时的泊位数最多。利用约束法将该问题转化为单目标规划问题。根据模型特征,设计求解该问题的改进细菌觅食优化算法,定义解的编码方案,设计产生初始种群的启发式算法,将梯度概念引入移动步长进而改进细菌觅食操作。最后,结合一个简单算例,比较单模式和多模式区域公交协调调度之间的差异,分析了站点通行能力对调度结果的影响,并将该算法与其他智能算法进行了比较分析,从而验证了模型和算法的正确性和有效性。
研究城市路网交通流的动态特性,揭示交通拥堵、环境污染和交通事故的产生原因和规律,能为城市交通问题的解决提供理论依据。元胞自动机模型是研究城市路网交通流动态特性的一个有效工具,能够再现许多重要的交通流特征。从路段模型、交叉口模型和路网模型3个方面总结和评述了国内外各种典型交通流元胞自动机模型。在现有模型的基础上,通过对车辆起讫点分布、路径选择行为、双向通行多车道路段车辆换道规则、不同控制交叉口的车辆更新规则以及网络拓扑结构等方面进行改进,可以提高元胞自动机模型在城市路网交通流仿真中的真实性。
为准确分析比较某实车前双横臂悬架安装的液压衬套与传统橡胶衬套对车辆性能的影响,通过试验得到该控制臂液压衬套的静态和动态力学特性,在ADAMS中建立了其力学模型,并在此基础上搭建了整车仿真模型。用谐波叠加法构建了不同等级的随机路面谱。摆臂采用液压衬套和橡胶衬套时,在随机路面和凸块路面上分别对整车模型进行平顺性仿真,通过功率谱估计得到了脚部地板和座椅导轨处垂向和纵向加速度的频谱特性和均方根值,同时分别对整车模型进行了操纵稳定性仿真。最后,对比分析了液压衬套刚度改变对车辆平顺性的影响。结果表明: 该车使用液压衬套或传统橡胶衬套对操稳性的影响很小;在A、B级路面上,使用液压衬套时,车辆的平顺性会更好,而对于凸块路面,使用液压衬套时平顺性会差; 液压衬套刚度增加后,对于A、B级路面和凸块路面,垂向加速度均方根值有所增大,对于D级路面则变化很小,凸块路面垂向和纵向加速度曲线响应略为变慢,曲线的振荡时间也变长。
