为了分析和预估青临高速试验路沥青路面结构疲劳寿命和永久变形,为长期性能观测验证提供基础对比数据,按照标准试验方法对试验路土基、粒料、无机结合料以及沥青混合料的力学参数进行测试分析;结合同类道路交通荷载分析,得出试验路交通组成、轴载谱及3类典型轴的最大特征值;按照弹性层状理论计算了常温和高温条件下沥青层底最大弯拉应变;用MEPDG永久变形预估模型分析了不同路面结构沥青层永久变形发展规律,预测车辙养护修复的时间。结果表明,所设计的沥青路面结构基本满足长寿命沥青路面沥青层底弯拉应变小于疲劳极限应变的要求,MEPDG预测车辙主要发生在表面层,中下面层车辙较小,表面层采用高模量沥青混合料可显著提高路面抗车辙能力。
为了更加直观地反映沥青路面结构的真实受力状态,将汽车荷载简化成均布移动荷载,借助大型有限元软件ABAQUS,建立3D动力有限元模型,分析车辆以不同速度匀速通过和刹车状态下路面结构的动力响应。分析结果显示,较低的车速会使路面结构内部产生较大的应力,并且应力随车速减小基本呈现线性增大趋势;刹车过程中产生的较大水平荷载对结构内部应力产生较大影响,尤其是剪应力和水平正应力,因此在刹车比较频繁的区域,增强面层以及层间接触面的抗剪强度和抗弯拉强度,可减少车辙、推移或拥包等病害的出现。
为了指导高模量沥青混凝土的设计和应用,采用简单性能试验机(SPT)测试了两种不同掺加剂(ZQ-2和ECB)的高模量改性沥青混合料的动态模量,根据时间-温度置换原理,利用非线性最小二乘法拟合得到了参考温度下的动态模量主曲线,并应用其预测了两种高模量沥青混合料的高低温性能,最后与抗压回弹模量进行对比分析。结果表明:高模量沥青混合料的动态模量依赖温度和频率的变化;ZQ-2高模量沥青混合料的高温抗车辙性能和低温抗变形能力均优于ECB高模量沥青混合料;抗压回弹模量对应于频率较低时(0.01~0.1 Hz)的动态模量,采用动态模量进行沥青路面设计更合理科学。
为研究成型方式对排水性沥青混合料路用性能影响,对3种不同级配排水性沥青混合料分别采用振动压实与马歇尔击实方式成型试件,对比分析了成型方式对其级配、空隙率、透水性能、高温稳定性、低温抗裂性和抗水损害性能的影响。试验结果表明,排水性沥青混合料的性能与成型方式密切相关,与马歇尔击实试验相比,振动压实更有利于排水性沥青混合料矿料颗粒的空间排布,振动压实状态下排水性沥青混合料的高、低温性能和水稳定性明显提高,而透水性能略有降低。通过试验路工程的铺筑与检测,验证了采用振动方式压实排水性沥青混合料是可行的,以振动击实试验确定的标准密度控制现场施工更为科学。
本文利用ANSYS有限元软件对沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加不同轴载,研究超载以及级配碎石层对沥青路面结构响应量的影响,分析了半刚性沥青路面结构各项力学响应量。分析结果表明:随着轴载的不断增加,级配碎石层的设立可以明显减小沥青路面结构半刚性基层层底拉应力和路基顶面压应变指标。其中,半刚性层底拉应力减小23%,路基顶面压应变减小12%。
采用砂浆扭矩转速测试仪研究了4种引气剂对水泥砂浆流动度、含气量和流变性的影响。结果表明,引气水泥砂浆可视为宾汉姆体。引气气泡对浆体的流动性可以产生调节,黏度较大时,引气气泡可以降低浆体的黏度,改善流动性;反之,则引气气泡对浆体的流动性产生抑制。不同流态水泥砂浆的含气量均随引气剂掺量的增大而增大。低掺量引气剂时,高流态砂浆含气量高于低流态砂浆含气量;高掺量引气剂时,结果相反。在特定引气剂掺量范围内,砂浆塑性黏度提高,屈服应力降低。随着引气剂掺量增大,砂浆塑性黏度先增大后减小,屈服应力先减小后增大。
为研究及评价不同应力吸收层的综合性能,在对国内外应力吸收层研究学习的基础上,选取5种典型的应力吸收层进行系统试验研究。研究包括橡胶沥青、改性乳化沥青、土工格栅、聚酯玻纤布及Strata应力吸收层5种典型应力吸收层,对它们分别进行拉拔试验、剪切试验、低温小梁弯曲及疲劳试验,通过拉拔强度、抗剪强度、断裂能及疲劳寿命等指标评价它们的黏结性能、抗剪性能、低温性能及疲劳性能。最后对比了它们的使用成本,并推荐了一种性价比最优的应力吸收层用于项目中。
对分别采用支架法和DBI法施工的水泥混凝土路面传力杆空间位置的现场探测表明:传力杆的支架法施工质量要优于DBI法施工质量,同时得到了路面施工结束后的传力杆空间位置偏差的范围和主要规律。继而通过三维有限元模型,分析了传力杆不同偏差情况下,水泥混凝土路面板内应力分布和传力杆偏差所造成的路面主要破坏形式。并通过室内疲劳试验,评价了传力杆不同偏差情况下(水平面内和垂直面内0°,5°,10°,15°)的接缝传荷能力衰减规律。最后对疲劳试验后的试件进行逐级加载,估算了传力杆的松动量,验证了接缝传荷能力下降的原因。
针对已有方形浅基础地基极限承载力计算方法的假定条件、计算方法、屈服准则等的适应性特点,对方形浅基础地基极限承载力的解析解进行了研究。假定地基整体剪切破坏面形态呈Prandtl-Reissner经典理论滑动面形状、地基土体破坏时为不变形的刚塑性体,且破坏面均服从Mohr-Coulomb屈服条件,根据刚塑性体的静力平衡条件,考虑整个被动区的极限平衡,严格推导了方形浅基础地基极限承载力的理论解,并与Vesic半经验公式以及其他解析解进行了对比,对比结果表明:考虑整个被动区的极限平衡能使承载力系数Nc和Nq提高,但二者随内摩擦角的变化规律有差异;本文理论解与Vesic半经验公式以及其他解析解相似,是方形浅基础地基极限承载力计算方法的进一步改进。
针对不同含盐量和含水量的粉土和黏土进行直剪试验,分析盐渍土的黏聚力和内摩擦角与盐离子浓度、溶质吸力和基质吸力的关系,用非饱和土剪切强度理论和双电层理论解释剪切强度增加机理,提出盐溶液的有效应力概念和计算表达,建立有效应力与黏聚力的关系。粉土盐渍土和黏土盐渍土的直剪试验结果表明:粉土盐渍土的剪切强度参数与含盐浓度的关系是,当含盐浓度小于饱和浓度,剪切强度参数随含盐浓度增加基本不变;当含盐浓度大于饱和浓度,剪切强度参数随含盐浓度增加而增加。黏土盐渍土的剪切强度参数与含盐浓度的关系是,剪切强度参数随含盐浓度增加而增加,当含盐浓度大于饱和浓度,剪切强度参数随含盐浓度增加而增加得幅度大。粉土盐渍土和黏土盐渍土的剪切强度机理不同,粉土盐渍土的剪切强度增加是由盐结晶胶结和充填引起的,黏土盐渍土的剪切强度增加是由双电层作用和盐结晶胶结共同引起的。
通过对之江大桥正交异性钢桥面板进行数值模拟,对不同U肋间距、倾角、板厚情况下隐蔽焊缝及其周围区域的应力分布规律和隐蔽焊缝应力监测的适宜区域进行分析。结果表明:U肋翼板与隐蔽焊缝的应力之间具有较好的相关性,横截面的应力比系数δB受U肋间距、U肋与翼板角度及桥面板与U肋厚度比等参数变化的影响无明显规律;可以通过U肋翼板应力换算得到隐蔽焊缝应力,且δB与测点至焊缝的距离有关, U肋翼板1/4高度以下区域为隐蔽焊缝应力监控的适宜区域。
基于传热学理论,以某特大悬索桥为背景,采用试验测试得到了主缆结构的表观热扩散系数与表观导热系数。在采用测试参数的基础上,建立主缆的热分析模型和非稳态热传导微分方程,推导太阳热辐射和热对流边界条件,特别是针对主缆在太阳辐射边界条件下的情况,分析得到了一套主缆温度场的普适计算方法。通过对某桥梁主缆温度场的有限元计算及与实桥主缆温度场实测结果的对比,证明了计算方法与试验结果的精确和可靠,可用于悬索桥主缆设计、施工和运营阶段的温度场计算。
为了研究中承式钢管混凝土拱桥的地震易损性,基于国内工程实际和统计资料对拱桥相关参数进行取值,使用超拉丁法抽样形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库选取符合我国地质条件的地震记录作为地震动样本,对桥梁和地震样本进行配对;使用数值方法模拟相关动力响应,根据基于变形或内力和积累耗能的双重破坏准则判断其破坏状态。通过概率分析得到桥梁关于峰值加速度(PGA)的易损曲线和关于地震震级、震源距离的易损曲面,为地震风险评估抗震加固提供了理论依据。
以某六跨连续钢桁梁桥为工程背景,基于有限元分析程序SAP2000,采用非线性时程分析方法,针对3种不同的减隔震装置对其减隔震设计方法进行分析研究,确定了适合该桥的减隔震设计方案及合理的减隔震装置设计参数。结果表明:由于大桥上部结构质量过大,采用速度锁定器进行减震无法满足设计要求;采用黏滞液体阻尼器时,若固定支座约束不释放,由于固定墩对梁体的约束作用,难以得到满足要求的减隔震设计,需将固定支座纵向约束释放,才可通过参数分析得到合理的减隔震设计;采用摩擦摆支座进行全桥隔震时,容易得到合理的减隔震设计,且参数可选范围较大。通过各方案对比分析,摩擦摆支座减隔震方案总体减隔震效果更优,适用性更佳,对于本桥较为合理的设计参数为等效滑动半径Reff=4 m,摩擦系数μ=0.03。
刘家峡大桥首次在国内采用大规模钢管混凝土构件作为悬索桥桥塔。为保证该桥桥塔在施工各阶段的安全性,模拟刘家峡悬索桥桥塔实际受力制作1/10缩尺比例模型进行加载试验,并采用ANSYS软件建立有限元模型对试验结果进行验证与对比,研究钢管混凝土结构钢管与混凝土的黏结滑移力学性能。研究结果表明:当试验荷载超过钢管与混凝土黏结力后,钢管和混凝土的相对位移与试验荷载呈线形变化关系;钢管应变从受力端向构件中部逐渐减小,受混凝土材料的不均匀性、钢管壁的粗糙程度不同等因素的影响,钢管应变与距加力端距离呈非线性变化关系,但总体呈逐渐增加趋势;通过试验结果得到的黏结强度及滑移位移均大于有限元软件计算结果,但两者相差不大,说明有限元结果可用于实际工程,并偏于安全。
为研究单箱多室箱梁的剪力滞效应,对不同翼板分别设置不同剪滞纵向位移差函数,纵向翘曲位移函数横向分布规律采用k次抛物线,同时考虑全截面轴力自平衡的条件,根据能量变分法推导出n室箱梁剪滞效应的控制微分方程组及其闭合解,并通过双室和三室箱梁算例将本文变分解与有限元计算结果进行对比,结果表明:本文变分解与有限元解比较吻合,两种方法计算的翼板应力沿横向变化规律基本一致,剪滞翘曲位移抛物线取高次时箱梁顶板结果更接近于有限元解,取低次时悬臂板更接近于有限元解,抛物线次数对腹板位置结果影响较小。
为了研究各设计参数对大跨度斜拉桥结构响应的影响程度,采用响应面法(RSM)构建结构响应与设计参数之间的显式响应方程,对大跨度斜拉桥进行参数敏感性分析。以某大跨径斜拉桥为研究对象,采用ANSYS有限元程序建立有限元模型,模型中考虑了拉索弹模、拉索索力、主梁刚度、主梁体积重量、桥塔刚度及桥塔体积重量6个主要设计参数,通过显式响应方程求解各设计参数对结构响应的敏感因子,掌握大跨度斜拉桥结构内力、变形及拉索索力随着设计参数改变的变化趋势。并首次提出根据敏感百分比的大小将结构设计参数分为4个重要性等级,定量区分各设计参数对结构响应的影响程度。结果表明:同一设计参数对不同结构响应的影响程度是不一致的,不能笼统的认为某一设计参数是否重要,采用响应面法对大跨径斜拉桥进行参数敏感性分析切实可行。
对于大跨径斜拉-悬索协作桥,如将斜拉段和悬索段作为独立的体系分别计算其成桥状态,再直接组合,将由于两大体系的相互影响而无法得到理想的成桥状态。以成桥时桥塔和主梁的位移最小为优化目标,以斜拉索初始索力、主梁压重为主要施调变量,提出了一种考虑主要几何非线性效应的协作桥合理成桥状态迭代方法,并以琼州海峡的主跨3 000 m协作桥方案为例进行了验证。结果表明,该方法计算得到的成桥状态中,桥塔竖直、基本处于纯轴压状态,主梁处于刚性支承连续梁状态、弯矩较小且均匀,整体优于直接组合法计算结果,有利于斜拉体系和悬索体系协同受力。
基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。
为分析行人行为的主要影响因素,利用运动轨迹分析软件对调查数据进行了处理,绘制了行人过街时空轨迹曲线,提取了行人行为变化特征并分析了主要影响因素。考虑到行人过街所处的典型交通环境,将道路标线设计、信号配时情况、过街目的地、机动车干扰等情况带入行人行为分析中去,分析动态、静态两类因素对行人行为的干扰效果。为对干扰效果进行科学的表达,将不同因素对行为的影响视为虚拟力的作用效果,分别建立了不同影响因素对行人行为的干扰模型。此外,通过增加角度等参数反映不同因素的位置变化对行为的影响,对现有的社会力模型进行了完善和补充。最后,根据力的合成原理,建立了综合因素影响下的过街行人行为决策模型。
通过计算深圳市当前、2020年、2030年及东京市当前地铁线网的网络特性指标,对比分析了地铁线网的网络特性。结果表明:深圳地铁网是无标度网络,具有小世界网络特征,且目前处于中间发展阶段,即不成熟阶段;2020年至2030年,地铁线网的强健性将不断提升,其他网络特性也将不断得到完善,但对比东京地铁网还有很大提升空间。最后,针对深圳地铁线网的薄弱环节,提出了优化深圳轨道交通线网网络特性的建议,为深圳地铁系统运营者探索有效的控制措施和管理方法提供理论基础和科学依据。
选取平均行程车速和密度比作为交通运行状态评价指标,基于对重庆市26条国省道116个交调点检测基础数据交通分布特性的长期分析,建立了地点车速与行程车速拥堵情况下的计算模型,基于车头间距和车流量建立了密度比计算模型,同时根据评分分级试验确定了指标合理分级阈值。基于逻辑规则建立了以行程车速指标和密度比指标为评价指标的综合评价模型,找出了适用于我国普通公路运行状态的评价方法。通过对重庆市26条普通公路实际运行状况与模型判断结果进行验证分析,证明了模型具有较好的适应性。
为了确定汽车制动性能主观评价指标的权重系数,采用层次分析法,将制动性能指标分解为制动稳定性、制动舒适性等6个准则层,以及直线制动方向、制动俯仰等13个方案层。选取3名专业评车师,对两辆车按照规定的试验道路及工况进行实车试验,对底层评价指标按照十分制打分法进行评分,利用各指标分值计算权重系数,加权得到总分。结果表明,制动性能指标权重系数从大到小依次为:制动减速度、制动稳定性、制动热稳定性、制动操纵性、制动舒适性、制动踏板;加权后得到两车总分,明显比较出A车性能优于B车。
为解决城市配送问题,达到建设费用最小且配送费用最小的目的,提出了一种有效的网络优化设计方法,并从配送中心选址和配送路径优化两方面入手,对城市配送网络的优化设计问题进行分析研究。根据城市配送特点和企业需求构建了配送中心选址模型和配送路径优化模型,并利用MapGIS进行二次开发,建立城市物流配送的网络模型。结合MapGIS自身的网络分析功能,探讨了基于MapGIS的配送中心选址及路径优化问题。运用MapGIS对城市路网进行可视化操作,设置路网中每条道路的具体信息,并根据这些信息实施选址及路径规划,并将结果在电子地图上显示。通过实际案例的求解和分析,表明了所提方法和模型的可行性与优势。
从城市财政可持续发展视角,构建了成本和收益平衡条件下的城市轨道交通定价模型,分析了城市对外扩展距离和城市轨道交通定价的关系,提出了计算方法,进行了算例分析。研究表明:城市轨道交通对外扩展距离受到客流量和票价率相互作用影响,一方面,随着对外扩展距离增长,在票价不变前提下,由于客流量急剧降低,政府补贴对促进降低票价率的作用日益减弱;另一方面,相同的政府补贴额,过高的票价率,会导致客流量减少,进而使城市轨道交通对外扩展的距离减少。
