为了研究沥青混合料的黏弹性动态响应特性,选择3种级配的沥青混合料进行不同试验条件的沥青混合料性能试验(AMPT),分析了沥青混合料动态响应参数动态模量和相位角随温度及加载频率的变化规律,并拟合得到不同加载频率下动态模量随温度的衰减模型,讨论了动态模量衰减率与加载频率的关系。结果表明,沥青混合料的动态模量随着温度的升高呈指数关系衰减,加载频率越高,衰减速率越大,其中改性沥青混合料AC-13的动态模量随温度衰减速率最小;在较高的温度下(如55 ℃),不同加载频率的动态模量差异很小。不同加载频率的相位角出现峰值的温度不同,加载频率越低,出现峰值的温度也越低;在0.01~2.0 Hz范围内,3种沥青混合料的相位角均出现峰值的位置均不超过25 ℃,而25 Hz对应的相位角峰值均出现在45 ℃处。根据试验结果推断在较宽的温度和频率范围内,相位角随频率的增大先增大后减小。
建立了将沥青面层整体动稳定度分解成各层材料动稳定度的方程,通过对大量沥青混合料和相应沥青面层整体开展的轮辙试验回归得到了方程的相关系数;利用这个分解方程,将设定的沥青面层整体动稳定度控制标准分解到沥青面层各层,得到了层位动稳定度控制标准和厚度的多个组合方案。分析结果表明,这个分解方程可以有效地统一沥青面层结构抗车辙性能和层位抗车辙性能;能够得到各层位动稳定度控制标准的多个组合方案,便于实现结构优选;所得到的各层位动稳定度控制标准综合考虑了沥青混合料所处层位和层厚,弥补了目前规范的不足。
运用红外线热像仪观测了隧道不同部位的温拌沥青混凝土摊铺面的碾压温度分布情况,分析了其温度离析的不同分布状况和温度差异的形成原因, 利用无核密度仪( PQI) 检测分析了温度离析对沥青路面中面层压实质量的影响。现场大量的检测数据表明,温拌沥青混凝土碾压温度与其密度、压实度、空隙率之间存在良好的线性相关关系。基于压实质量随碾压温度变化的规律和压实度、空隙率的施工质量最低控制要求,建议温拌沥青混凝土的最低碾压控制温度宜为135 ℃。参照热拌沥青混凝土温度离析的空隙率和密度差评价标准,提出了温拌沥青混凝土不同温度离析状况时的碾压温度差评价标准,将温度离析划分为4种不同的离析程度:未离析、轻度离析、中度离析和重度离析,相应的碾压温度差评价标准分别为<4,4~11,11~17,>17 ℃。
通过现场落锤式弯沉仪(FWD)试验,探讨了沥青路面动态弯沉值温度修正方法。试验结果与结果分析显示:JTG D50—2006规范与JTG E60—2008规程针对沥青路面静态回弹弯沉给出的温度修正系数K值确定方法预测结果并不相同,尤其是温度较低时。应用于沥青路面动态弯沉值的温度修正时,JTG D50—2006方法精度低,JTG E60—2008方法缺乏解析公式且层厚有限,均不能满足要求。基于FWD试验结果,提出了沥青路面动态弯沉值温度修正系数K值的数学表达式。表达式预测的K与实测值一致性良好,且表达式中各参数意义明确。
新疆地区半刚性沥青路面反射裂缝严重,采用级配碎石基层全柔性沥青路面结构是根治反射裂缝的有效途径。基于级配碎石基层全柔性沥青路面破坏形式对控制指标进行分析,研究路面结构力学响应量在不同的动态荷载条件下的变化规律,为新疆地区级配碎石基层全柔性沥青路面结构设计提供理论依据。通过ANSYS有限元软件建立三维模型,并施加半正弦动态荷载,最后利用非线性有限元计算程序LS-DYNA进行显式计算。分析结果表明:沥青层拉应力对车速以及面层厚度敏感性较高,面层厚度对级配碎石层剪应力影响较大;沥青面层厚度10 cm是沥青层拉应力以及级配碎石层剪应力指标变化的一个拐点。
采用Materials Studio研究抗剥落剂与沥青的相容性,通过构建基质沥青分子平均结构模型,利用分子动力学得到稳定构象,通过对分子运动轨迹数据进行分析得出基质沥青与沥青各组分的内聚能密度和溶解度参数。通过分子动力学方法考察了5种胺类抗剥落剂与沥青分子的内聚能密度和溶解度参数。结果表明,各组分溶解度参数差值都在2.0以内,相容性较好;星形抗剥落剂与基质沥青的相容性较好,而线形抗剥落剂与沥青的相容性较差,与试验结果较为符合。
利用TSW-40型土壤真三轴仪对不同干密度与不同含水率的原状非饱和风积土、重塑性非饱和风积土和原状饱和风积土试样进行三轴剪切试验,探讨了原状非饱和风积土的结构性参数与强度指标的关系。研究结果表明:非饱和风积土结构性参数比mε/mε0与w呈现负相关性函数关系,与ρd呈现线性正相关性函数关系,非饱和风积土强度指标比(tanφ/tanφ0,c/c0)与结构性参数比mε/mε0均满足二次抛物线函数关系;构造出能综合反映非饱和风积土结构性影响因素的定量指标——综合结构状态变量Pcs,结合原状风积土天然含水率下的强度指标,可在较大范围求解给定结构状态下非饱和风积土的强度指标。
采用有限元分析方法研究电阻网用于路面融雪化冰的传热机理,以传热学为理论基础,推导出系统数学模型在进行数值分析时所遵循的控制微分方程及定解条件,并施加载荷,获取在不同的铺装功率和环境条件下的路面温度及结构层内的温度分布、升温规律。制作了试验模型,并设计装置连接思路,通过试验获得与有限元分析方法中相同条件下的路面及结构层内的温度。将试验记录结果与数值模拟结果进行对比,两者吻合较好。结合数值模拟与试验两个过程,进行一定的误差分析。结论是:可利用有限元分析方法及ANSYS软件模拟电阻网在不同环境条件下的融雪化冰这一非稳态导热过程。
为准确快速计算钢管混凝土轴压构件的长期变形,基于按照龄期调整的有效模量法和逐步积分法,提出了钢管混凝土轴压构件徐变的简化分析方法,对比分析了本文方法与传统方法的优缺点,探讨了混凝土徐变预测模型及其相对湿度取值对钢管混凝土轴压构件长期变形计算精度的影响,并与既有的试验结果进行对比分析。研究结果表明:本文简化分析方法简单且有较高精度,可以用于钢管混凝土轴压构件长期变形分析;采用相对湿度取值范围为90%~98%的CEB90模型和EC2模型,可以较为准确地分析钢管混凝土轴压构件长期变形。
为较为准确地计入初始几何缺陷的形态和大小,通过塞尺试验得到的U肋加劲板初始几何缺陷的实测值,然后利用数值模拟方法对U肋加劲板初始几何缺陷形态与大小的简化等效模拟方法进行研究。研究表明:整体几何缺陷按正弦半波形式来进行简化处理是比较安全的,局部几何缺陷按模型特征值屈曲的第一阶屈曲模态简化处理是比较安全的,采用简化几何缺陷形式与实测几何缺陷的应力和变形曲线基本一致。
为了研究斜拉-悬索协作桥斜拉段和悬索段的合理过渡问题,基于琼州海峡跨海通道的主跨3000m协作桥方案,采用有限元方法,分析了协作桥结合部受力机理,并进一步研究了交叉吊索数量、过渡段主梁刚度等参数的影响。结果表明,协作桥结合部设计需解决端吊索稳定受拉、端吊索活载索力幅可控、以及主梁刚度过渡平顺3个关键难题;增设交叉吊索数量可以有效改善结合部受力性能,增加过渡段主梁刚度效果有限且成本较高。
为了给公路正交异性钢桥面板的设计提供建议,基于热点应力法,通过建立精细化有限元模型,分析了焊缝细节的疲劳应力幅,计算结果表明U肋与横梁切口处、顶板与U肋焊缝处为疲劳开裂的薄弱环节。探讨了这两类细节易于开裂的内在原因,并通过参数对比发现:增大截面尺寸和顶板厚度、增设U肋内隔板有利于缓解切口处U肋疲劳应力;而横梁间距由3 m增大到4.5 m后,切口处沿肋壁竖向的疲劳应力幅增幅为109%;增加顶板厚度和减少U肋开口宽度能改善顶板与U肋焊接处疲劳应力幅。
为深入研究中承式拱桥吊杆体系的耐久性,针对发生破坏的实例中短吊杆更易疲劳破坏的现象,考虑不平度影响,采用车桥耦合迭代方法,对某中承式钢管混凝土拱桥吊杆体系在车辆荷载下的冲击效应进行了数值模拟。分析了不同车速和桥面不平度下,吊杆动态内力(应力)的变化规律;比较了不同长度(位置)的吊杆在车辆荷载下所受冲击效应的特点和差异;根据车速分布模型,对吊杆在各种车速下的冲击效应进行了加权分析和综合评价。结果表明,在车辆荷载作用下,桥面不平度对吊杆的冲击效应影响明显;短吊杆的动态内力显著大于长吊杆,二者之间的最大差别幅度可达到28%。
为了研究作用于海上结构的主要极端作用,以短期测波资料为基础,将对海浪形成发展有重要影响的风速与波高、周期有机结合起来,推导出给定风速条件下的波高、周期联合概率分布模型,对波高、风速相关系数进行参数分析。将给定风速条件下N年最大波高作为滤过复合Poisson过程考虑,推导了其超值累积分布,进而反推台风时相应重现期下的年最大波高众值及相应特征周期,得出了基于台风环境的设计波浪要素。结果表明:推导模型从概率学角度建立了风、浪设计因素的对应关系,简化了传统设计参数的计算。
围绕处于峰后状态的隧道围岩在全长黏结锚杆支护下的力学机制进行研究。按力学特征,将在次生应力作用下的峰后状态围岩由隧道临空面往深处依次划分为残余强度区、塑性软化区及弹性变形区。基于锚杆黏结抗滑移变形支护抗力产生原理,导得锚杆轴向应力及抗剪强度方程。将全长黏结锚杆通过岩石-锚固面对围岩提供的支护力等效为围岩单元径向体积力,建立了考虑锚杆支护效应的微元体平衡方程;将该平衡方程分别与考虑峰后体积扩容及软化特征的残余带、软化带塑性相容方程联合,推出了隧道峰后围岩残余区、软化区在注浆锚杆支护下位移、应力及范围的计算公式。基于理论研究的实例分析,进一步揭示了注浆锚杆与围岩内部锚固效应,锚杆端部预紧力对峰后围岩软化、扩容性质的改善作用和对围岩各区范围发展及隧道周边变形的控制作用。
基于元胞自动机模型研究以大货车为主的港口道路交通系统交叉口设计参数优化。在STNS模型的基础上,建立了一个以大货车为主的混合交通流的港区道路交叉口元胞自动机模型, 其中大货车在换道和转弯时分前后两部分分别演化。从交通组织和渠化方面分别设计、构思可能方案,对货物集疏运高峰期的交通流非线性行为进行仿真和指标计算,确定设计参数的优化值。结果表明对该类以大货车为主的交叉口,可依据交通实际需求通过建立所提出的元胞自动机模型,确定是否拓宽进口车道及合理长度、转弯半径合理长度,从而达到抑制交通拥堵,提高道路实际通行能力的目的。
为了分析自行车交通在机非划线分割道路断面内对机动车运行造成的干扰,对机非划线分割道路进行了实地调查,收集了交通流数据。采用累计曲线法,根据道路上机动车与自行车的交通流特征,建立了广义线性模型分析自行车对机动车运行延误的影响。分析结果表明:随着自行车密度的增加,部分自行车进入机动车道,导致机动车运行速度明显降低;机动车的运行延误随着自行车流量和机动车流量的增加而增加;机动车道数及自行车道宽度对机动车运行也产生显著影响。研究结果有助于理解自行车交通流如何影响机动车延误,对机非划线分割道路设计提供了参考信息。
为分析城市路网的复杂网络特性和遭受攻击时的鲁棒性,采用对偶法将城市路网转化成拓扑结构图,以连通度、最大连通子图的相对大小、网络效率和圈数率4项指标作为城市路网遭受攻击时的鲁棒性评价指标,并按照节点度、点介数和边介数的大小对广州市海珠区的规划路网进行了选择性攻击。结果表明:按照节点度的大小对网络进行攻击时,节点失效比例达到20%后整个网络已基本瘫痪;按照点介数的大小进行攻击时,网络瘫痪速度相对较慢,失效节点达到60%时,网络才基本崩溃;而按照边介数进行攻击时,网络则呈现出较强的鲁棒性,当失效边比例达到80%时,网络才完全瘫痪。
为解决公交驾驶员调度优化问题,提出了一种基于人员成本最小化的公交线路驾驶员排班优化模型。在运营公交车辆最少的前提下,以单条公交线路的车次链为研究对象,考虑车辆运营任务、换班时间、劳动规则要求等约束,借助集合覆盖理论进行数学建模,并提出了一种基于启发式的0-1整数规划算法进行模型求解。最后,结合济南市公交调查的实际数据,以MATLAB为平台,实现了上述算法,求出公交驾驶员的排班方案。试验结果表明:与其他算法相比,该算法可减少驾驶员候车时间消耗,降低班次总工作时间和人员成本,进而降低公交公司运营成本;该算法在提高驾驶员工作效率的基础上,有效保障了驾驶员的工作时间,为公交线路驾驶员排班组合优化问题提供了合理方案。
从城市公共交通服务评价和出行者信息服务需求入手,通过多类别用户的指标筛选和优化流程,构建了涵盖公交出行便利性、快捷性、可靠性和舒适性4个维度的三级服务评价指标体系。并提出了基于公交站点N分钟覆盖率、平均运送速度、站点区间行程时间波动程度和断面满载率的公交出行指数分析模型。利用公交运行监测多源数据和基础参数,建立了城市公交便利指数、快捷指数、可靠指数和舒适指数的分析模型。以北京市公交GPS数据、IC卡数据为基础,验证了模型在服务评价、日常监测和运营管理等方面的适用性,分析结果表明:模型能为公交服务质量评价提供有效工具。
为了研究驾驶员停车寻位行为的一般规律,选取了北京市西城区18个公共停车场,对其使用者进行了抽样调查。利用调查数据,对影响停车寻位时间的各因素进行了分析,发现停车时长、停车场类型、有无引导和停车场拥挤情况对寻位选择行为影响显著。确定了影响停车寻位时间的特性变量,建立了停车寻位时间多项Logit模型,并对模型进行了标定与有效性验证。结果表明:所建模型可行且具有较高的预测精度和实用性;停车位紧张时使用者倾向迅速寻找到车位停车;停车位充裕时使用者愿意花费更多的时间寻找满意的车位,并且停车寻位的时间与停车时长成正比。
为提高大型客车在弯道路段的行驶安全性,在现行的道路平曲线半径计算模型基础上,提出平曲线处大型客车最大安全运行速度计算模型。通过选取大型客车为研究对象,首先对其前后轴内外轮的受力进行了分析,确定了客车最易发生侧滑的车轮,并综合考虑车辆结构与动力学特性、道路平曲线以及路-轮胎-车耦合等因素,应用系统动力学理论,构建了公路平曲线段处客车发生侧滑时的最大安全行驶速度计算模型。然后利用该模型计算了不同道路条件下的平曲线段处大型客车最大运行速度。
针对重型商用汽车长大下坡路段行驶制动器温度过高而导致制动失效的问题,开展配备辅助制动器的重型商用车行车制动器升温模型研究。根据汽车动力学原理、能量转化原理以及热量耗散原理,基于车辆滑行试验、发动机制动试验、排气制动试验、电涡流缓速器制动试验建立制动器升温模型并通过道路试验对行车制动器升温模型的准确性进行验证,试验结果表明:基于道路试验的重型商用车升温模型能够准确反映制动器升温特性。该模型用于不同联合制动工况制动器温度预测,对防止热衰退问题引发交通事故有重要意义。
为了研究柴油发动机颗粒物排放特性,在柴油机上利用不同进气氧体积分数,实现发动机富氧燃烧。试验中进气氧体积分数分别为21%,23%,25%,27%和29%,采用DMS500型快速颗粒光谱仪测试分析了发动机在不同负荷时的颗粒物数量浓度、质量浓度及粒径分布。研究结果表明:随进气氧体积分数的增加,颗粒物质量浓度降低;富氧燃烧的柴油发动机颗粒物的数量浓度在大、中负荷明显降低,小负荷呈升高趋势;富氧燃烧发动机的排放颗粒物呈核态和凝聚态的双峰分布特征,富氧燃烧核态数量浓度所占比例高于氧体积分数为21%的核态数量浓度,凝聚态的质量浓度所占比例低于氧体积分数为21%的质量浓度;富氧燃烧颗粒物的几何平均直径小于氧体积分数为21%颗粒物的几何平均直径。
