为了研究乳化沥青冷再生混合料动静态特性之间的相关性,采用UTM-25和MTS-810试验机进行了4种不同类型乳化沥青冷再生混合料的动态模量和抗压回弹模量试验。基于时温等效原理,通过非线性最小二乘法拟合得到再生混合料动态模量主曲线,开展了动态模量关键影响因素温度、频率、围压、水泥添加剂和新集料的方差分析。结合参考温度15 ℃和20 ℃时的动态模量主曲线,分析了乳化沥青冷再生混合料抗压回弹模量与动态模量主曲线频率之间的对应关系。结果表明规划求解函数可确定乳化沥青冷再生混合料的动态模量主曲线。温度和频率对动态模量影响显著,而围压影响不显著,水泥和新集料对动态模量在低频(高温)条件下影响显著,而在高频(低温)条件下影响不显著。乳化沥青冷再生混合料15 ℃抗压回弹模量对应的动态模量主曲线频率为0.01~0.04 Hz,20 ℃抗压回弹模量对应的频率为0.01~0.5 Hz。
对普通AC、改性SMA和改性OGFC 3类沥青混合料的抗冲刷性能开展了详细的试验研究,结果表明,冲刷应力比λ是影响沥青混合料抗冲刷能力的最关键因素,它可消除同类沥青混合料中由于不同沥青含量、温度和冲刷水压力所引起的差异。建立了冲刷次数N与冲刷深度d、冲刷应力比λ的一般式。3种材料抗冲刷系数A的变化范围为0.9×105~1.7×105。冲刷深度指数b和冲刷应力比指数c取决于沥青性质,其中,基质沥青和改性沥青的冲刷深度指数b分别为2.15,2.26,冲刷应力比指数c为3.9,4.0。沥青类材料的c值与其疲劳指数较接近。冻融后材料的抗冲刷系数、冲刷应力比指数基本保持不变,抗冲刷性能的下降可归结于结构强度的下降。
为了更为准确地预测混合料的变形,验证虚拟单轴蠕变试验方法的可行性,选用不同粗细级配的沥青混合料,利用X-ray CT扫描无损沥青混合料试件,获取其内部结构(集料、砂胶和空隙)精细分布信息;根据三维重构理论和开发的重构算法,构建基于真实细观尺度分布的沥青混合料三维虚拟试样;基于沥青砂胶的Burgers黏弹本构关系,根据Boltzmann线性叠加原理和Laplace数学理论,将沥青砂胶的黏弹特性转换为有限元软件可识别的Prony参数,进行虚拟单轴蠕变试验。结果表明预测的变形结果与实测变形结果非常吻合。虚拟单轴蠕变试验方法真实反映了不同混合料级配的不同变形特性,克服了传统基于均质体模型进行数值模拟的缺陷,实现了沥青混合料单轴蠕变试验的初步仿真。
将陶瓷集料等体积替代SMA-13的粗集料(替代率分别为10%,20%,30%, 40%和50%)制备陶瓷沥青混凝土;研究不同陶瓷集料掺量下的沥青混合料的路用性能,其中包括马歇尔试验研究,高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能研究,并与SMA-13沥青混合料进行对比;通过室内光照辐射试验测试了陶瓷沥青混合料的降温隔热效果。结果表明,陶瓷集料的掺量不宜超过40%;陶瓷沥青混合料有较好的隔热效果,能有效降低路面结构内部的温度,相对于SMA-13降温效果提高了140%~360%。
采用不同产地的石灰岩矿粉、火山灰、拌和站回收粉,对其配置的沥青胶浆进行了研究。通过常规指标和流变性质检测分析认为:矿粉对基础沥青起到明显的模量增效行为,但对石油沥青和SBS改性沥青具有不同的影响特点,在高温剪切状态下,矿粉不改变石油沥青的黏、弹性组成,而改变了改性沥青的黏弹组成。同时,不同矿粉决定了沥青胶浆的模量增效速率;当矿粉亲水系数大于1或亚甲蓝值大于12后,不再会对沥青胶浆物理指标(稠度、软化点)变化提供更多的改善行为。但不管矿粉的亲油能力如何,它对基础沥青的模量增效效果是有限的,不会达到天然沥青带来的改性效果。
为了比较研究以石灰岩和花岗岩作为集料的温拌沥青混合料的劈裂强度和水稳定性,首先,进行不同Sasobit®温拌剂掺量(0,2%,2.5%,3%,3.5%,4%)条件下的沥青表面自由能试验;然后对成型试件进行劈裂强度试验;最后计算表面自由能和黏附功。结果表明:无论石灰岩还是花岗岩,沥青表面自由能和黏附功与对应混合料冻融前、后劈裂强度变化规律相似,能够较好地反映劈裂强度的波动性;石灰岩与沥青黏附功比花岗岩与沥青的黏附功小,但石灰岩混合料劈裂强度较大,石灰岩的冻融劈裂强度比(TSR)与Sasobit®的掺量呈负相关,而花岗岩则呈正相关,且石灰岩的TSR明显优于花岗岩的TSR;相同粒径的石灰岩SSA至少约为花岗岩SSA的1.4倍,石灰岩与沥青具有较大的黏附面积。
针对高黏改性沥青改性效果的多评价指标、多影响因素等特点,通过分析影响高黏改性沥青综合评价的各个因素之间的并列关系及从属关系,建立了影响因素的多层次结构模型;利用层次分析法确定各影响因素的权重;利用模糊评价方法对评价指标的隶属度进行单因素模糊评价,并结合工程实际及实践经验提出影响因素评价的确定依据,从而建立高黏改性沥青综合评价的多层次模糊综合评价模型。针对实际工程,应用该模型对3种不同高黏改性沥青进行综合评价,并推荐出最优改性方案。实例分析结果表明,该方法将模糊评判和层次分析法相结合,可为优选高黏改性沥青提供合理依据。
为研究相对刚度半径、平均开裂间距、横向裂缝传荷能力及路肩传荷能力等因素,对配筋式连续水泥混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement, 简称CRCP)板顶产生的最大拉应力影响的敏感性,运用ISLAB2000有限元计算软件分别计算了不同输入组合情况下的应力的值,并使用1 260次ISLAB2000的计算的结果培训了人工神经网络(Artificial Neural Network,简称 ANN)用来预测荷载应力值。通过正交设计的方法分析了各因素对CRCP板顶拉应力影响的敏感性。分析结果显示对表面拉应力的影响顺序依次为:路面板厚度,路肩传荷能力,横向裂缝传荷能力,开裂间距。通过绘制应力水平等高线云图进一步说明了路肩传荷能力对荷载产生的拉应力的影响比横向裂缝传荷能力更大。通过提高路肩位置的传荷能力,降低临界荷位应力水平,可减少CRCP发生冲断的可能性。
根据地形地貌、地质环境、水文气象特征等公路边坡稳定性影响因素将湖南省公路边坡大致分成9个区域,并利用模糊聚类分析方法对这9个区域的公路边坡稳定性进行模糊分类。 把模糊聚类理论与模糊模式识别结合起来,建立了公路边坡稳定性模糊聚类迭代评价模型,并用该模型计算出湖南省公路边坡9个区域相对应的公路边坡稳定性状态,从而将湖南省公路边坡进行合理的稳定性区域划分。然后对具有代表性的边坡稳定区域中的公路边坡实例进行模糊综合评价,进一步验证模糊聚类分析方法的有效性与可靠性。研究表明:模糊聚类分析方法应用于公路边坡稳定性分区是可行的,且该方法对公路边坡稳定性评价有一定的可靠性。
为了探索新疆地区机场盐渍土毛细水上升的规律,并进一步研究不同粒料组成和材料特性对毛细水上升高度的隔断作用,进行了不同压实度、原始含水量和含盐量对其毛细水上升规律的影响试验,开展了不同材料隔断层的阻水仿真数值模拟,分别分析了上述3种因素对毛细水上升高度的影响规律和不同材料隔断层的阻断性能。结果表明:无论在何种条件下,土体的毛细水上升高度会随着时间的延长而逐渐增大,都在经历从开始的上升速度较快到后期的缓慢上升过程后,达到一个稳定的高度值;砂和水泥稳定砂砾石作为隔断层不能有效地隔断毛细作用,砂砾石和卵石作为隔断层能够有效地隔断毛细作用;应该选取砂砾石和卵石作为新疆盐渍土地区机场道面结构中的隔断层。
为了研究风积土在冻结条件下的蠕变损伤变形规律,采用FST-200型冻土动静三轴试验机在不同冻结温度下进行不同应力水平的三轴蠕变试验,探讨了偏应力大小和冻结温度对风积土蠕变性能的影响;在试验的基础上,建立变形模量在不同温度下随时间变化的损伤演化方程;将Burgers模型中的一个黏壶改为应变触发的非线性黏壶,从而建立一个改进的Burgers模型,并将变形模量随时间变化的损伤演化方程引入到该改进模型中,建立冻结条件下风积土的蠕变损伤本构模型,推导了一维和三维蠕变本构方程,并与试验数据进行对比分析,验证了模型的可靠性。研究结果表明:蠕变变形量与冻结温度、偏应力大小正相关,建立的蠕变损伤本构模型能够反映风积土在冻结条件下的蠕变变形规律。
采用自主研发的一套预应力碳纤维板张拉和锚固机械装置,在室内12 m长的H型钢梁上对碳纤维板进行了预应力张拉和锚固试验,并运用光纤光栅传感器(FBG)对预应力碳纤维板应变进行了长达一年的观测;在室内试验研究的基础上,将该套加固技术应用到实体梁桥加固工程中(湘潭解放桥和洙津渡大桥),并对两座被加固梁桥预应力碳纤维板的长期应变进行了观测和分析。室内试验及实体加固工程应用结果表明:用该套预应力碳纤维板加固技术在长期预应力和外界荷载作用下,锚具具有良好的机械锚固性能,碳板几乎不产生滑移,其预应力损失也非常小,对桥梁长期加固效果没有影响。
采用经试验验证的数值模拟方法对大量不同跨度、半径、支承类型和截面形式的混凝土连续曲线箱梁桥进行分析,讨论了各种不平度等级下冲击系数与圆心角、弯扭刚度比、综合影响系数和竖向弯曲振动基频之间的参数相关性,计算了对应的相关系数。结果表明:当不平度等级从A级变化到D级时,除中跨跨中的内力冲击系数外,主梁的弯矩、扭矩、剪力、挠度和反力冲击系数与竖向弯曲振动基频、圆心角和综合影响系数均呈负相关,而与弯扭刚度比则呈正相关;各项内力、挠度和支座反力的冲击系数与结构竖弯基频的相关性最大,且受不平度等级变化的影响较小。
采用ABAQUS有限元软件对锈蚀钢筋混凝土梁在经历若干次疲劳荷载作用后的静载承载力进行数值模拟分析。通过修改钢筋截面面积、屈服强度和极限强度等参数来模拟钢筋锈蚀及往复荷载的影响。分别对不同锈蚀率不同循环次数往复荷载作用后的钢筋混凝土梁进行静力非线性分析,得出以下结论:往复荷载作用后锈蚀钢筋混凝土梁的屈服荷载随钢筋锈蚀率及往复荷载循环次数的增加基本线性下降,二者对屈服荷载影响程度比较接近;钢筋混凝土梁的极限挠度随钢筋锈蚀率的增加非线性增大,随往复荷载循环次数的增加基本线性增大,但锈蚀率的影响要高于往复荷载循环次数的影响,特别是当循环次数较大时,此现象更加明显。
开展了幅值相关阻尼比在车桥耦合振动中的应用研究。编制了车桥耦合振动计算程序,利用相关文献提出了振幅相关阻尼比和加速度幅值相关阻尼比的计算方法,结合一座简支箱梁桥,计算了实际桥梁位移幅值和加速度幅值相关阻尼比,并且对比了采用常阻尼比0.05和采用幅值相关阻尼比的车桥耦合振动响应。对比结果发现,采用幅值相关阻尼计算的响应结果小于采用常阻尼比0.05的响应计算结果,其中加速度相关阻尼比的计算结果和实测结果吻合度较高。幅值相关阻尼比是车桥耦合振动中阻尼比取值的一种很好方法,并且求解的结果有着较高的精度。
为了研究大气边界层脉动风场的数值模拟方法,通过在全尺寸风场模型中布置粗糙元、扰流杆和格栅等构造措施,生成了理想的随机脉动风。对影响数值模拟结果的粗糙元高度、扰流杆间距和格栅布置情况等主要参数进行了分析,确定了其影响规律。然后,以C类地貌大气边界层风场为例,提出了相应的数值模型组合方法。结果表明:该模拟结果满足结构抗风计算的要求,实现了对边界层转捩的全过程模拟,为后续进行结构绕流的大涡模拟提供了有价值的来流生成方法。
根据柔索结构基本假定,分析由主缆、吊索、轨索、吊鞍等组成的移梁系统的工作机理,建立空载状态下的移梁体系力学模型,推演计算流程,编制相应程序,为实施轨索移梁前的空间找形提供依据,设计并制作了1:33的整体模型试验模型,从空缆状态模拟到轨索张拉,测试和分析了过程中主缆力、主缆线形等指标的变化。程序计算结果、有限元计算结果和试验结果吻合较好,表明分析方法能解决轨索移梁工艺整体分析求解问题,并可简化计算分析过程,计算精度和结果能够应用于工程的初态分析,是一种适合于轨索移梁工艺空载状态下体系找形计算分析的新方法。
在支护反力的作用下,隧道的应力边界条件发生较大变化,其稳定性分析亦变得十分复杂。为模拟这种复杂工况,采用极限分析有限单元法对方形隧道稳定性进行数值模拟分析。首先基于某些合理的计算假定,建立一种可以考虑多种因素影响的简化计算模型,在此基础上利用极限分析有限单元法求得不同影响因素下的隧道稳定系数;根据计算结果拟合出稳定系数的无量纲分析图表和经验计算公式,并基于各参数分析获得隧道破坏模式的变化规律,最后通过实际算例验证本文方法的可行性。研究表明:隧道稳定系数随H/B(埋深比)增大而减小,随φ(内摩擦角)和σt(支护反力)增大而增大;当φ较小时,H/B的变化对稳定系数产生显著的影响,而当φ较大时,H/B的变化对稳定系数影响甚微。
以新型让压锚杆的研发及其在煤矿系统大变形巷道中的成功应用为基础,提出了在交通隧道软岩大变形支护过程中应采用"及时支护、强支护与让压支护"三者相结合的基本原则,即保持一定支护阻力维持围岩稳定的同时,允许支护体系产生一定的位移,以达到支护、让压及卸载多重并举的功能。并据此设计了由让压锚杆、喷射砼、让压控制器及钢拱架等组成的让压支护体系。通过探讨让压锚杆的基本作用机理,对让压支护系统的各组成构件、关键技术等问题深入分析,提出了让压支护系统中构件间的组合方式,指出了今后需解决的关键技术问题:即保持让压支护系统变形协调性及稳定性,确定围岩自由变形量、围岩-支护共同变形量及恒阻让压量三者之间的关系,科学设定起始让压荷载及保持构件恒阻让压特性等。同时建议未来依托合适的工程背景开展让压支护系统的现场试验研究,进一步验证该系统的可靠性与适宜性。
为了解决在岩石工程领域中的基于地质力学的岩体评级方法只适用于浅部岩层,而在大埋深、高应力环境中出现不适应性这一问题而展开研究,首先,从RMR分类方法入手,通过引入能较好反映岩体质量的岩体块度指数,并考虑地应力的影响,对传统的RMR分类方法进行改进,以确定出改进后的评估值RMRnew;其次,基于RMRnew确定出隧道支护体系的作用荷载,并对支护体系进行分析,确定其极限承载能力;最后,基于荷载-结构法构建起隧道稳定性分析框架,并对隧道安全状态进行评估。对工程实例进行分析发现,基于改进后的RMR分类方法所得到的分析结果与实际情况相符,说明地应力、岩块尺寸以及埋深等对隧道稳定性有明显影响。
在分析城市交通与土地混合利用互动规划必要性的基础上,利用土地混合度与路网饱和度度量了城市土地混合利用水平与交通运行水平,建立了它们之间的函数关系。通过对函数关系的分析,建立了通过分区-指标评价-改善土地混合度-整体交通需求模式转型的城市交通与土地混合利用互动规划方法,并对济南的20个小区进行了实例分析。研究结果表明:土地混合度的提高有助于提高交通就地吸纳率,缓解路网的交通压力;在进行城市规划时,将不同小区按照土地混合度进行阶段划分,按照小区所处的阶段进行相应的土地混合利用规划,可以有效地提高交通系统效率。
灵活型定制公交系统作为新型辅助式公交客运模式,其评价指标体系和综合评价方法的研究是对该系统进行全面认识、有效评估、科学改进的重要前提。在对灵活型定制公交系统内涵及评价指标研究现状进行综述的基础上,从乘客感知、公交运营、政府管理3个层面构建了系统综合评价指标体系,并给出了每一指标值的获取方法和建议取值。随后根据系统固有特点,结合各种评价方法优缺点,构建了基于层次分析法的灰色关联度综合评价模型。最后对济南市131路模拟灵活型定制公交线路进行了综合评价。结果表明:该灵活型定制公交线路运营合理,处于二级良好水平。
为提高高速公路交通参数的估计准确度,在宏观交通流模型和状态空间模型的基础上,基于贝叶斯理论,提出了一种基于混合粒子滤波的交通参数估计方法。考虑到估计结果对模型参数变化的敏感性,避免采用预设固定模型参数对估计准确度的影响,通过建立自由流速度与饱和度之间的变化关系,提出了交通状态影响下的模型参数自适应调整策略。仿真结果表明:基于混合粒子滤波的交通参数估计准确度要明显高于卡尔曼滤波估计,在正常和事故场景下,能够快速识别交通量和速度较明显的波动,表现出了更强的稳定性; 交通状态影响下的模型参数自适应调整策略会明显提高交通参数估计准确度,在发生事故情况下,也可达到较好的估计效果。
为研究高速公路弯坡组合路段载重汽车的侧滑机理,采用Adams/Car仿真系统模拟了载重汽车紧急制动后各轮胎的瞬时受力状态变化趋势。在系统中建立了基于刚柔耦合效应的载重汽车模型, 采用"正常行驶-减速度"的速度控制模式建立了驾驶员操作仿真模型,基于3D样条路面建立了非实测模拟弯道组合路段路面模型并赋予路面抗滑性能属性,最终建立了载重汽车在高速公路弯坡组合路段紧急制动时的驾驶员-道路-车辆瞬态动力学响应模型。在模拟的弯坡组合路段上选择了10个超高变化点,模拟紧急制动状态下载重汽车各轮胎的受力变化与路面纵、横附着系数的分配变化。结果表明:弯坡组合路段侧滑事故多发与第1缓和曲线及未设缓和曲线的圆曲线上反向超高的存在紧密相关。
针对我国公路发展政策面临调整的形势与存在的问题,从历史角度评价了收费公路政策的作用,分析借鉴了国外公路等公用事业的发展政策与供给方式,以及可供借鉴的有益经验。运用物品供给理论,并首次引入马斯洛需求层次理论,创新性地分析了公路政策调整的理论基础和决策方向。最后提出我国公路发展政策调整的方向应立足现实和国情,兼顾公平和效率,统筹兼顾增强高速公路融资能力与加大公共财政投资于非收费公路两方面,为公众提供公平、均等的非收费公路服务体系,并提供高品质、高效率通行服务的收费公路体系。
