通过总结国内外应用AC-5的级配,结合规范级配提出了AC-5试验级配范围。用石灰岩和花岗岩集料设计出36种薄层AC-5沥青混合料,通过APA车辙试验对混合料性能进行分析,分析发现很多高温抗车辙性能优异的混合料体积参数并不符合我国规范AC-5沥青混合料体积参数标准,同时我国规范AC-5沥青混合料体积参数标准不完善,也缺少实体工程应用检验。鉴于此在APA车辙试验基础上分析修正AC-5沥青混合料体积参数标准。
为了评价加热型密封胶的路用性能,分析密封胶施工过程中黏度-温度特征,采用布氏黏度仪,以50%扭矩为黏度的代表值,测试了9种加热型密封胶在160~200 ℃区间的黏度,并根据黏度-温度试验结果分析了它们的黏流活化能。结果表明,进口密封胶在推荐施工温度的黏度是合适的,而部分国产密封胶在190 ℃时的黏度过大,容易影响界面黏结能力,从而影响密封胶的路用性能。由于不同密封胶的组分配比存在较大差异,不同密封胶的黏度随温度变化的敏感性存在显著的不同。对于黏流活化能小的材料,黏度对温度的变化更为敏感,施工时更需要注意控制合理的施工温度。根据试验结果,提出了加热型密封胶的施工性能指标。
为了准确描述沥青混合料整个蠕变过程,解决现有黏弹性模型的不足,对经典模型进行了扩展。运用非定常参数替换定常参数的方法,把经典Zener模型、Zener模型与黏壶串联结构中的黏性参数看为时间的函数。利用元件串联、并联时的力学关系,推导改进模型本构方程和蠕变函数的一般形式。通过选择参数的具体时变形式求出具体的蠕变函数,发现一些经验蠕变公式是改进后模型的蠕变函数;通过蠕变特征的分析,发现改进后的模型具有较广的描述范围;通过拟合不同沥青混合料的蠕变试验数据,发现修正后的模型对试验数据有较好的拟合效果。给出的变参数模型实现了用较少的参数对沥青混合料3阶段蠕变过程给出比较准确的描述。
为了探究橡胶沥青老化的内在机理,采用四组分分析试验和红外光谱,分析了两种基质沥青和两种橡胶沥青原样、RTFO后残留物和PAV后残留物的化学组分和微观结构组成的变化。试验结果表明,橡胶沥青老化后,沥青质的含量增加,胶质、芳香分和饱和分的含量减小。橡胶沥青的老化由基质沥青老化和废胶粉的老化降解两部分组成。基质沥青老化的产物有亚砜、羟酸、酮和酸酐。废胶粉老化裂解后有胺类物质产生。
针对钢纤维水泥混凝土路面磨损的问题,通过使用Design Expert 7.0软件的响应面分析法分析钢纤维长径比、钢纤维体积掺入率和水胶比对钢纤维混凝土耐磨性的影响,建立钢纤维混凝土耐磨性试验模型并进行最优化预测,对模型进行了回归分析和方差分析。结果表明:模型失拟项差异不显著,试验数据与模型相关的情况显著,模型可信;复相关系数表明该模型模拟出的理论磨损量与实际试验近似度的差异性小,拟合较好;通过求解模型最优化结果可知钢纤维混凝土在耐磨性最好时的钢纤维长径比、钢纤维掺入率以及水胶比的情况,并且试验值与理论预测相差不大,说明使用响应面分析法进行理论分析可以契合钢纤维混凝土磨损的实际情况。
将天然湖沥青与SBS改性沥青进行复合,以期进一步提高改性沥青的综合路用性能。分别采用基质沥青(B)、SBS改性沥青(S)、湖沥青+基质沥青(BT)、湖沥青+ SBS复合改性沥青(ST)配制AC-20、SMA-13两种类型的沥青混合料,通过试验分析复合改性沥青对混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳性能的影响程度。试验结果表明:对于AC-20,ST混合料的动稳定度、最大弯拉应变相对BT混合料提高了56.8%,85.6%,相对B混合料提高了147.4%,71.9%,相对S混合料提高了13.6%,43.5%;对于SMA-13,ST混合料的动稳定度、最大弯拉应变相对BT混合料提高了43.0%,73.0%,相对S混合料提高了41.3%,53.8%。ST混合料的疲劳性能明显优于BT混合料。ST改性效果较BT、S显著提高。以水稳定性来看,复合改性沥青对混合料类型的依赖性不显著,而对SMA-13其他性能的提高幅度均大于对AC-20的作用。
基于应力波理论,从硬壳层与下卧软土层波阻抗具有明显差异角度,利用透射系数揭示了硬、软土层界面处具有动应力突变现象,该现象是硬壳层壳体效应在动力学范畴的一种具体表现。借助数值模拟手段获取车辆荷载作用下路基土中竖向动应力峰值的衰减规律,依据衰减曲线符合负指数函数特征,推导得出一种能综合表征动应力突变规律的土层界面传递系数,并给出了相应的计算方法及应用范围。通过实测数据验证,该方法较已有方法具有过程简单、精度高等特点。经高速公路工程的实践检验,考虑上覆硬壳层软土路基土层界面处的动力响应特征,路基土的力学状态能够得到正确评估,其残余变形值也会被降低。
为研究高填方路堤分层压实过程中的超固结应力历史,对路基回填土分别开展室内击实和一维固结试验。通过采用两种自制击样装置以及标准重型击实钻芯取样等3种方式制备压实土样,研究击实功、击实冲量、含水率以及压实度等多种因素对路堤回填土超固结应力历史的影响。试验结果表明:相同压实度和含水率的压实土对应的应力历史不唯一,压实过程的单位面积击实冲量越大应力历史越大;当击实功和超固结形成路径都相同,压实土在最佳含水率时压实度最高,对应应力历史最大;当含水率相对最佳含水率上下浮动,压实土的应力历史会降低,且含水率越高,压实度对于应力历史的影响幅度越大。
为了减少多年冻土拓宽路基差异融沉,提出块石气冷拓宽路基处治方案,在路基下伏多年冻土横向差异退化的背景下,以多孔介质自然对流换热理论为基础,建立了块石拓宽气冷路基数值计算模型,对利用旧路拓宽,以及翻挖旧路并原位新建块石气冷拓宽路基两种不同建设模式进行了数值模拟,分析了块石层内空气对流特征、多年冻土层长期热稳定性变化过程以及新旧地基冻土层差异融沉控制效果。结果表明:块石拓宽路基在提高阳坡路肩下多年冻土层热稳定性方面起到了积极作用, 拓宽路肩下多年冻土层在新建黑色沥青路面强吸热作用下未出现明显退化,块石拓宽路基在消除阴阳坡冻土差异退化方面效果明显。在既有旧路病害严重路段,需要对旧路地基和拓宽地基起到双重调控作用,适宜采用翻挖旧路并原位新建块石气冷拓宽路基,对新旧路基差异融沉可以起到更好的控制效果。
为解决大跨径钢桥面疲劳开裂和铺装层早期损坏这两大难题,提出薄层聚合物混凝土(TPO)铺筑于超高韧性混凝土(STC)-钢桥面板的超高性能轻型组合桥面铺装体系。基于马房大桥的有限元模型,分析STC+TPO铺装体系的受力和变形特点。计算结果表明:采用STC+TPO铺装体系,钢桥面板中的拉应变平均降幅达76.4%,铺装层中的拉应变峰值和竖向位移峰值降幅均大于49.0%;此外,车辆荷载、环境温度和铺装层厚度等对STC+TPO铺装体系的受力状况有较大影响, 60 ℃时STC-TPO界面抗剪强度可达2.56 MPa;STC+TPO铺装体系能大幅提高桥面系刚度,降低铺装层和桥面板的应力应变幅值,从而减小桥面板和铺装层疲劳开裂的风险;同时,STC和TPO的抗拉强度及界面抗剪强度均满足重载和高温环境下的使用要求。
为通过经验模态分解提取桥梁监测动应变信号中具有周期趋势特点的温度效应成分(温度应变),需确定温度应变的多阶本征模态函数(IMF)构成。首先在时域与频域分别对信号各阶IMF的能量进行分析,再综合IMF的能量突变阶数和边际谱相关系数得到IMF阶数阈值,最后根据阈值选取多阶IMF重构信号中的周期趋势成分,达到提取应变信号中温度效应成分的目的。研究结果表明,动应变信号中的周期趋势成分使得IMF能量存在阶数突变,基于突变阶数可初步确定IMF阶数阈值的取值范围。进一步分析阈值范围内IMF频域的能量分布,发现 IMF边际谱曲线的相关系数陡增至0.8以上,表明末阶IMF存在较一致的能量分布模式。通过实测数据的应用结果验证,采用首个超过0.8的IMF边际谱相关系数可较精确地确定IMF阶数阈值。基于阈值提取温度效应成分后,动应变中的活载信息保留较完整。
为客观准确地对单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应进行评价,结合单箱多室混凝土箱梁的计算特点,定义了波形钢腹板箱梁的剪滞翘曲位移函数,通过能量变分法建立了单箱双室和单箱三室波形钢腹板箱梁考虑剪力滞效应的基本微分方程。分别采用有限元方法和解析方法分析计算了范例的剪力滞效应,研究了跨中集中荷载和满跨均布载荷作用下截面的剪力滞分布规律,探讨了跨宽比对剪力滞效应的影响。研究表明,该解析解与有限元数值解吻合较好,但在箱梁顶底板与波形钢腹板接合处、外伸悬臂板边缘处有一些差异,需要进行修正。研究给出了相关的剪力滞系数,可以为波形钢腹板箱梁设计时的剪力滞系数取值提供参考。
利用最大似然估计法推导了正态分布和对数正态分布函数的分布参数表达式,采用最小二乘法推导了威布尔函数的分布参数表达式。基于矮寨大桥连续48 h的随机车辆荷载调查,进行参数分析和优化拟合,并通过K-S方法检验是否满足要求,寻找出与实测分布最为接近的分布参数及分布类型。荷载调查结果表明矮寨大桥的车辆分为7种类型,且主要是以第2类小轿车和第7类大型货车为主,其中小轿车占总车辆的49.5%,大型货车占总车辆的21.56%。车速分布特性研究结果表明,第3类、第4类和第5类车型车速K-S检验都满足正态分布;第1类、第2类、第6类和第7 类车型的车速K-S检验虽然均不满足正态分布,但这4类车型车速的正态拟合曲线与实测车速分布特点最接近,其车速分布宜选用正态分布函数。车重分布特性研究结果表明,7种车型车重的K-S检验均不满足正态、对数正态和威布尔分布,但通过对比统计量观测值与相应临界值之间的接近程度,车重分布宜采用正态分布函数。
为更准确研究大跨度桥梁的风致振动特性,为设计提供更可靠的方法,对考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应进行了研究。介绍了一种流固耦合分析的强耦合方法,同时求解流体控制方程和结构控制方程,计算出全场变量值。给出了与求解方法相应的湍流模型和边界条件。对大跨度悬索桥进行了风振响应分析和颤振分析,与已有文献进行了结果对比。研究表明:发生颤振时,考虑流固耦合作用时桥梁的颤振临界风速要小于不考虑流固耦合作用时的情况,其风振响应要大于不考虑耦合作用的风振响应,说明在气动弹失稳的情况下,流固耦合作用加深了结构的不稳定性。结果表明流固耦合效应对于大跨度悬索桥风振响应有重要影响,强耦合计算方法可以较准确地预测其风致振动特性。
针对拱肋整体提升的施工工艺、钢箱拱节段拼装空间坐标计算、整体提升的设计进行了研究。通过优化钢箱拱肋合龙临时措施,在合龙前进行测量及嵌补段板件配切,验算嵌补段最不利工况下临时措施构件的强度,确保合龙段临时措施安全可靠。结果表明,拱肋整体吊装提升施工可以有效地节约施工工期和成本,提高安装精度,有效确保了安装工程质量,为同类型桥梁的施工和设计提供了一定的理论基础和经验。
为快速有效地预测隧洞围岩的类别,提高地下工程的稳定性和安全性,应用因子分析与Fisher判别分析理论,选取岩石质量指标、完整性指标、饱和单轴抗压强度、纵波波速、弹性抗力系数和结构面摩擦因数等6个指标作为Fisher判别分析的判别因子。建立基于因子分析的隧洞围岩分类的Fisher预测模型。将现场勘测的30组隧洞围岩数据作为学习样本进行训练。利用回代估计法对模型效果进行检验,正确率为96.7%。将建立的判别模型应用于工程实例,以6组工程数据作为预测样本,进行隧洞围岩的分类预测,并与神经网络方法和Bayes方法进行对比。结果表明:因子分析可以有效提取围岩分类指标,去除冗余影响因素,基于因子分析的Fisher判别模型可有效地预测隧洞围岩的类别,所得预测结果的正确率为100%。
为了提供必要的理论依据来定量分析信息服务下的驾驶行为,提出了符合驾驶行为特征的理论模型。在完全信息的假设条件下,基于驾驶员个人对速度的期望,分析了驾驶过程中的博弈行为和相应驾驶行为意图的变化,建立了前后车之间的博弈矩阵模型。通过分析实例中的速度收益变化发现: 基于原车道前后车的驾驶行为只决定了驾驶行为意图,其换道比例大于实际行驶中的换道比例;如果同时考虑邻道前后车的影响,换道比例更接近实际情况;不同速度区间的速度收益随时间推移逐渐接近期望速度,所处的速度区间越小,收益幅度越大,所需达到稳定的时间越久。
针对现有分流区车辆换道出匝模型对驾驶人心理因素考虑不足的问题,以换道紧迫感的概念来反映驾驶人心理对驾驶行为的影响,应用微分法建立了车辆出匝的换道模型。该模型揭示了车道数、减速车道长度、交通标志牌的设置、交通流量、行驶车速等对驾驶人出匝换道行为的影响。结果表明: 考虑驾驶人心理的出匝换道模型在分流区上游端内更符合实际;驾驶人会依据交通环境对换道地点位置进行自动调节,但指路标志牌位置设置过近时,仍会使出匝车辆无法及时变更车道;交通流量的增大,会使出匝车辆的换道区间变得分散,换道行为更加激进。
在交叉路口极其复杂的交通流运行状态的情形下,结合待行区设置的基本条件,深入研究有无直行待行区通行能力模型和延误模型的异同。分析了设置直行待行区前后绿灯间隔时间和有效绿灯时间等信号控制参数变化的情况,并精确运用数学公式推导出通行能力的增加值以及延误时间的减少值。最后结合实例交叉口,并通过仿真进行交通运行效率分析,结果表明:一般在流量比或饱和度比较大的情况下设置直行待行区,充分利用路口的空间闲置区域部分,提高直行车道的利用率,最大限度达到时间和空间的相互转换的目的,从而不仅提高直行车道的通行能力,降低车均延误时间,而且还在一定程度上提高交叉口的通行能力,减少了整个路口的延误,验证了模型的正确性和适用性。
通过引入行程时间可靠性概念,研究因受交通事故、交通供需矛盾等因素的影响,而导致路网行程时间随机波动的现象。为了研究路段中行程时间的分布规律,基于连续3个月的历史行程时间数据,实证分析了几个典型时间窗的行程时间分布形态,对高峰时段的数据拟合正态分布,平峰时段的数据拟合对数正态分布。同时,对大多数不服从常用理论分布函数的路段行程时间,使用Edgeworth渐进级数来近似其概率密度函数和分布函数,进而构建出相应的路段行程时间可靠性的计算模型。最后,结合高峰时段实证数据计算路段行程时间可靠性,并将其与基于正态分布计算出来的行程时间可靠性进行比较,实证结果表明基于Edgeworth级数估计的行程时间可靠性明显优于正态分布,且该方法具有较好的移植性。
为量化分析不同降雨强度对高速公路交通流特征的影响,以海南省东线高速公路交通流和降雨量数据为基础,研究了不同降雨天气下高速公路交通流参数中车速与密度的分布规律,标定了不同降雨气象条件下高速公路速度-密度分布的二阶段Greenshields交通流模型,回归分析得到了降雨强度与能见度对高速公路交通流模型各参数的天气影响系数。结果表明:随着降雨强度增大,该系数对高速公路最大流量和自由流车速的影响越大,与无雨天气相比,小雨、中雨和大雨天气下高速公路最大流量分别下降15.7%、19.1%和32.5%,自由流车速分别下降4.4%、7.3%和10.6%,而交通流模型中临界密度、截距速度受不同降雨的影响趋势并不明显。
在深入分析低照度环境下车牌图像特征的基础上,提出一种低照度环境下的车牌识别算法。该算法利用车牌区域水平灰度投影具有的显著纹理特征寻找车牌可能存在的区域作为车牌候选区。然后根据候选区域中的灰度分布特征确定最终的车牌位置。针对汉字与字母数字的结构上的差异,分别采用2种模板对汉字和数字字母进行了识别。对157张低照度条件下的车牌抓拍图像进行了算法测试。结果表明:提出算法的车牌定位准确率为97.46%,字符分割准确率为97.10%,字符识别准确率为94.71%,基本满足了实际工程需求。
分析了我国道路货运需求散小的结构特征和成因。依据交易理论,揭示了道路货运行业以散小货运企业为主这一现象产生的机理和长期存在的合理性。描述了长途货运生产及其经营过程难以监督的技术经济特征。基于代理理论,解释了长途货运企业规模难以扩张的原因。从货运需求角度,分析了货主的经营策略,揭示了大宗货物运输需求难以催生大型货运企业发展的内在机制。结果表明:主管部门应该服务散小货运企业的发展,促进货运企业的合作经营,鼓励合作组织的发展,以此提高道路货运业的集约化程度。
为了客观地确定汽车动力性能主观评价指标的权重系数,采用熵值法进行研究。介绍了熵值法的基本原理和求解过程,并结合层次分析法的基本思想构建主观评价体系,确定主观评价的试验道路以及试验工况。选取3位评车师,对5辆乘用车进行主观试验,结合十分制评分法对评价指标打分,得到各指标评分值,采用熵值法对指标赋权,加权得到5辆车的主观评价总得分。结果表明,熵值法完全以客观数据为依据,能够很好地确定各评价指标的权重系数,具有良好的客观性;对于同一辆乘用车而言,3位评车师的评价权重值存在差异,分析比较得知,权重差异性与熵值法的计算原理和方法有关,同时也与评车师的个人喜好存在一定关联。
