为了探讨凝灰岩在高速公路沥青路面沥青混合料中的合理利用形式,开展室内试验,对比了凝灰岩、玄武岩和石灰岩集料的物理力学性能指标,对比了不同类型、不同沥青、不同岩性集料组合情况下沥青混合料的高低温和水稳定性能。结果表明:在凝灰岩颗粒形状规则、洁净的情况下,除低标号沥青混合料外,凝灰岩沥青混合料的路用性能都满足我国规范的要求;与常用岩性集料沥青混合料相比,采用凝灰岩与其他集料混掺时沥青混合料的综合路用性能有所改善。
为进一步分析温拌剂对沥青流变性能相关参数的影响,采用动态剪切流变仪(DSR)对不同温拌剂种类和掺量的温拌沥青进行流变特性测试,通过模量和相位角数据分析不同温拌沥青的温度敏感性及频率敏感性。结果表明:Sasobit温拌剂掺量大于2.5%时,在30~50℃范围内沥青的黏弹性结构相对稳定,可有效提高基础沥青的高温等级。随着频率的增加,Sasobit温拌沥青对基础沥青的模量增效最大,相位角比基础沥青有所降低。对于Leadcap温拌沥青,其温度稳定性和高温等级均随掺量的增加而提高。扫描频率范围内,Leadcap掺量为3%时模量显著增大;频率高于40 rad/s时,Leadcap和WFP温拌沥青发生相位角上升和紊乱现象;不同掺量WFP温拌沥青的模量和相位角与基质沥青的变化趋势基本重合。综合流变试验数据分析,Sasobit、Leadcap和WFP温拌剂掺量分别在2.5%~3.5%、2%~3%和6%~7%时有利于改善沥青的高温稳定性。
基于粗细集料分工的思想对级配的分级掺配设计法进行优化设计,简化其掺配步骤,省略了细集料的掺配过程,避免了掺配过程中粗细集料的离析对掺配效果的影响。在考虑矿粉体积干涉的基础上重新确定了粗、细集料比例的计算方法。采用控制粉胶比的方法建立了矿粉与沥青的体积关系,在保证混合料抗车辙性能的前提下确定了混合料的最佳油石比。采用马歇尔稳定度试验对设计的混合料(MLB-13)进行了验证,并用车辙试验将设计的混合料与AC-13沥青混合料和SMA-13沥青玛蹄脂进行了对比。试验结果表明:MLB-13混合料的各项指标基本满足规范中的相关要求,并且具有良好的抗车辙性能。
为了研究早强剂对水泥稳定碎石路用材料的抗冻性能影响,采用依托工程设计比例掺入5%水泥,再分别用0%,8%,10%,12%,14%和16%的早强剂替换水泥掺入碎石中制作各种冻融试验试件。通过试验分析了早强水泥稳定碎石材料的吸水率变化趋势、多次冻融循环后的质量损失率以及冻融前后的无侧限抗压强度变化,进而计算出材料的抗冻系数。试验结果表明:早强剂能够降低材料的吸水率和质量损失率,提高其冻融前后无侧限抗压强度及抗冻系数;抗冻性系数随着早强剂掺量的增加而增大。
为了优化热再生沥青混合料配合比设计,利用了流变学试验原理和美国SHRP试验方法,从中引入车辙因子、疲劳因子、低温蠕变速率对4种新旧沥青掺配比例的再生沥青高温性能、疲劳性能和低温性能进行评价和分析,在兼顾高低温性能的情况下得到旧沥青、再生剂和新沥青的最佳掺配比例,进而得出热再生沥青混合料旧料掺量的最佳掺配比例;同时对旧料进行热再生沥青混合料配合比设计及其路用性能试验,与普通沥青混合料路用性能对比分析,证明热再生沥青混合料旧料掺量的最佳掺配比例设计方法的合理性。基于流变学原理对几种新旧沥青掺配比例的再生沥青进行对比分析,得到最佳再生沥青掺配比例,并用于指导热再生沥青混合料旧料掺量以及配合比设计。
沥青混合料密实程度的大小直接影响到路面结构的抗拉或抗压强度,橡胶沥青混合料中由于高弹性废胎胶粉的存在,使得其压实后的特性与普通沥青混合料有很大的区别。根据研究内容选用橡胶沥青混合料AR-SMA-13进行橡胶沥青中不同胶粉掺量、不同油石比、不同细料控制率、不同击实功(次数)的马歇尔击实试验,测其击实后与冷却后试件高度计算线膨胀率,分析马歇尔试件线膨胀率与以上各因素之间的关系,并分析橡胶沥青混合料线膨胀性能与体积指标之间的相关性。结果表明,随着橡胶沥青中胶粉掺量的增加,AR-SMA-13橡胶沥青混合料马歇尔试件线膨胀率呈对数增加;增加合成矿料中0.075 mm的通过率,混合料马歇尔试件的线膨胀率呈线性增加;增加击实功,混合料的空隙率变小,试件的线膨胀率随之增大;建立的线膨胀率预估模型,能够很好地模拟试验数据;压实度越大,橡胶沥青混合料AR-SMA-13的线膨胀率也越大。
针对红黏土边坡稳定性评价的问题,采用现场试验的方法对边坡浅层破坏机理进行了研究,提出了适用的稳定安全性评价方法。在现场进行了边坡不同深度土体含水率测试,通过烘干法得出了扰动土湿度场分布及变迁的规律,分析了土体深度、土质类型、季节以及边坡防护类型对湿度场的影响;开展了动力圆锥贯入测试,得到不同防护类型边坡的测试曲线,根据测试结果近似确定了边坡实际扰动深度,从而确定了红黏土边坡浅层破坏典型模式。针对简化毕肖普法用于红黏土边坡稳定评价的不合理性,提出能够客观反映裂隙影响的"裂隙水压力推力平衡法",并且在实际工程中进行了验证。
由于材质劣化、设计施工缺陷和结构损伤等原因,大量在役混凝土结构都存在安全隐患,目前主要是对混凝土结构的裂缝、空洞、内部钢筋锈蚀情况等进行检测,以上参数并不能直接反映混凝土结构的真实受力状态。然而,工作应力是混凝土结构可靠性的重要指标,若能精确测量混凝土结构的工作应力,则可以准确评估混凝土结构的受力状态。近几十年来,科学工作者对混凝土应力检测方法进行了大量的研究,在理论研究和实际工程应用方面都取得了不错的进展。本文分别对局部破损检测技术和无损检测技术的现状进行总结,详细分析应力释放法、声发射技术、超声波检测技术的优点与不足,并指出今后所需要解决的问题。
为对混凝土桥梁桥面体系状态进行合理评估,根据工程实际病害并结合相关桥梁养护评估规范,构建了以可拓法为核心的桥梁桥面体系可靠性的多指标多级可拓评价模型,并给出了底层评价指标的分级标准。引入可拓集合中的关联函数与关联度,由综合关联度的大小对桥面体系各个组成部分子系统进行系统的可拓评价分析。采用多指标多级可拓评价方法与改进的层次分析法结合,通过计算其关联度,将事物由简单的定性描述拓展到定量计算,从而较为准确地确定评价等级。引入级别变量特征值,可充分反映可靠程度与等级的距离,克服了传统的跳跃式评级的缺点,实现了评级的连续化。可拓评价过程中,给出了各部分子系统的可拓评价结果,有助于分析桥面体系状态等级的原因,进而可以优化结构的维修、加固决策。
为研究斜拉索垂度对大跨、超高斜拉桥拉索长度及索力的影响,采用解析方法研究了斜拉索伸长量及索力与斜拉索荷载、拉索长度及高度的关系,并给出其理论表达式。采用同时考虑斜拉索张拉预应力与重力耦合作用的方法,从而无需假设斜拉索在垂度方向上的变形为悬链线曲线。分析结果表明,斜拉索垂度的关键影响因素是拉重比,即拉索重度与拉索高度之积与拉索应力比;拉索最大挠度处不在拉索中点位置,而是向重力方向有一些偏移,偏移量大小与拉重比成正比;拉索最大挠度值与拉索长度的二次方成正比,与拉重比成反比;当拉重比较小时,本文结果可简化为Ernst公式。
针对城市路桥箱梁水压爆破环境复杂、技术难度高的特点,结合实际工程,采用动力有限元分析软件研究了箱梁在爆炸冲击波和爆生气体气泡膨胀作用下的破坏机理,讨论了药包的布置、微差起爆时间对箱梁破碎的影响。分析表明:对称布药、同时起爆的方案不利于中隔梁的破碎,主要是中隔梁两侧压差太小;采用微差爆破可以克服压差过小的缺点,合理的微差时间为5 ms左右;采用交叉布药、同时起爆的方案时,爆炸能量分布均匀,有利于改善爆破破碎效果,也避免了压差小的缺点;箱梁的破坏模拟效果与实际爆破效果相吻合,表明采用数值仿真技术可以很好地从力学角度揭示箱梁水压爆破的破坏机理,再现箱梁水压爆破的破坏过程,预判爆破参数对爆破效果的影响。
以某跨海桥梁工程中采用的埋床法施工的预制墩台为研究对象,该预制墩台的承载能力是设计的重点,设计阶段需对不同荷载工况下的墩台承载能力进行精细分析。墩台承载能力分析需要考虑混凝土和钢筋两种不同材料的非线性,并考虑预应力筋的作用。一般的有限元程序在处理材料非线性问题时往往存在计算效率低、计算成本高、计算不收敛等问题。实体退化序列单元,该单元基于经典的三维实体等参元和梁、板壳理论简化假定得出,在保证计算精度的前提下,该单元更为简单、高效。采用该单元对施工过程中桥墩墩身进行了承载力分析,并对其安全性进行了评估。分析结果表明,桥墩在关键荷载工况下,其正常使用状态的钢筋应力处于较低水平,关键部位混凝土未出现裂缝,对结构安全、耐久性无影响,结构承载力满足要求。
以西部山区某高墩预应力连续刚构桥作为研究对象,通过分离式桥墩间横系梁设置以及墩高参数分析,进行桥梁动力特性、静风作用下的静位移及脉动风作用下抖振响应研究。结果表明,桥墩横梁的数量和位置对低阶侧弯频率影响较大,随着墩高的增加,各主要振型对应的振动频率都在下降。在横桥向静风荷载作用下,桥墩横梁的数量、位置及墩高对桥梁横向位移影响较大,墩横梁数量越多及位置越高横桥向位移越小,随墩高的增加墩顶横向位移明显增大。随着墩横梁的数量增加和位置的提高,抖振位移响应逐渐减小。
针对规则波浪对不同截面形式的深水桥墩波浪力的影响大小各不相同的问题,利用CFD数值计算的方法,对不同截面形式的深水桥墩在不同波长和波高的波浪参数条件下受到的波浪力分别进行了计算。结果表明:在其他条件相同的情况下,截面尺寸越大,产生的波浪力越大,并且波长和波高的规则增长,波浪力也基本呈规则的增加;波浪力在墩柱自由水面下垂直深度方向的分布上是逐步减小的,在某一深度减小为零,波长和波高的增加都会扩大波浪力在墩柱上的影响范围;把计算得到的波浪力作用于不同尺寸的墩柱上,尺寸越大在墩顶的最大位移越小,在墩底产生的最大应力越大,固有频率越高。
为了改善隧道中部的减速效果,提出了高、低频视觉信息组合的设计方法。利用3ds Max软件制作公路隧道仿真场景的视频,并在隧道侧墙上设置高频8~16 Hz和低频0.2~4 Hz的视错觉组合标线,采用E-prime2.0软件对设置单一频率和高、低频组合的视觉信息进行了心理物理学试验,得出不同信息下的驾驶员的速度错觉程度,进而分析了视错觉标线的减速效果。试验结果表明:多频率组合信息使驾驶员对速度的感知产生高估,其中设置高频信息为12 Hz和低频信息为0.2 Hz相组合的视觉信息使驾驶员的速度高估程度为8.21%较合理,同时驾驶员的反应时最短为2.09 s。在此基础上,通过行车安全距离模型,计算得出隧道中部在限速80 km/h下的车辆安全距离最少为67 m,与传统的行车安全距离90 m相比减小25.6%,更符合实际的行车状况。
为了简化多目标最短路算法并解决不同度量单位之间存在的换算问题,利用理想点法的优点,探索出一种多目标最短路问题的简便算法。该算法首先确定理想点,计算各目标的k-最短路路径,这些路径组成一个存在可能解的集合,然后对所有的最短路目标值进行归一化处理,并确定所有路径归一化之后的目标值与理想点之间的加权欧几里得距离,从路径集合中寻找与理想点距离最近的路径,该路径即为多目标最短路问题的满意解。最后,给出了算法分析和算法流程,并通过一个虚拟运输网络对算法进行了验证。结果表明:这种算法能够解决多目标最短路问题中不同目标度量单位之间换算或相互矛盾的问题,并能够把复杂的非线性函数转换为简单的线性函数,是一种简单、有效的算法。
针对山岭重丘区高速公路基本路段的事故预测问题开展研究。依据平纵几何线形对路段单元进行划分,基于粗糙集理论中可辨识矩阵的约简算法选择出了对事故发生有突出影响的几何线形指标变量。依据筛选出的线形指标,界定了事故预测路段单元并给出了预测单元空值项的赋值方法。针对事故率与几何线形指标、交通量之间复杂的非线性关系,建立了Elman神经网络事故预测模型,可对事故预测单元进行事故预测。应用标定出的预测模型进行敏感性分析,确定出了各线形指标、AADT等与事故率的关系。通过与基于实际事故数据统计得到的关系进行对比,验证了该模型在交通安全机理上的可靠性。模型应用结果表明:该模型具有较大的可移植性和对山岭重丘区高速公路的通用性。
根据双向双车道公路的交通特征及其仅能借对向车道完成超车的道路条件,考虑车辆驾驶员的不同性格特点和双车道公路车型复杂的特性,将驾驶员特性与车辆动力性能引入元胞自动机模型,建立了改进型双向双车道元胞自动机模型。通过计算机模拟,分析了流量对称和非对称条件下双车道公路路段上不同车辆到达系数、小车比例、驾驶员比例、道路流向比例等因素对双车道公路交通冲突的影响,得出了车辆到达系数、小车比例、驾驶员比例、道路流向比的量化参数与冲突数的相互关系。结果表明:公路交通冲突次数与车辆到达系数、流向比、小车比例、激进型驾驶员比例都有较强的正相关性,相关分析的拟合优度为0.904;在公路交通冲突的影响因素中,车辆到达系数对冲突数的影响程度最大,其次为小车比例。
鉴于传统的停车位数计算方法均基于车辆的到达时间间隔相同和服务时间不变的假设,无法保证实际的服务水平,在分析影响服务区停车位规模主要因素的基础上,引入排队理论,得出了停车场排队系统在稳态下的平均顾客数与服务强度及停车位数的关系,并基于服务水平给出了停车位规模的合理计算方法。实例分析表明,该方法能够合理地计算出服务区停车位的规模,为停车位规模的计算提供了新的思路。
针对现有自动换道控制策略存在未考虑换道过程中周围车辆运动状态变化影响的不足,提出了一种基于车-车通信的自动换道控制策略,主要包括动态换道轨迹规划和滑模轨迹跟踪控制。其中,动态换道轨迹规划方法能够根据车-车通信所提供的实时信息更新参考换道轨迹,使得换道车辆适应周围车辆运动状态变化,通过求解基于换道时间和换道距离的带约束非线性优化问题,实时地获取换道过程中约束条件增加或发生改变情形下的安全参考换道轨迹。滑模轨迹跟踪控制通过车辆实际位姿和期望位姿之间的偏差计算轨迹跟踪所需期望速度和横摆角速度。仿真结果表明:所提出的控制策略能有效解决在换道过程中周围车辆车速变化或车辆切入等情况下的自动换道难题,从而能够实现安全舒适的自动换道过程。
为研究边缘率标线在高速公路长平直线路段的减速效果,采用基于驾驶员视觉节奏感形成理论,设计了3组试验方案,并开展了路上试验研究。以标线间隔单元行车时间为变量,取值分别为4, 6, 8 s。结果表明:3组实验中,标线间隔单元行车时间为4 s(方案1)时平均车速、85%位车速和标准差的降低幅度最大,依次为9.84, 12.53, 1.61 km/h;间隔单元行车时间与短时记忆时间相近时,驾驶员在试验路段行车过程中的减速行为连续,减速效果稳定;时间频率对驾驶员减速行为中的加速度存在显著影响。
为了研究最大速度多样性、侧向摆动性及车流异质性等自行车交通特性对机非混合交通流的影响,以NaSch模型为基础,采用了元胞自动机进行了建模与仿真。结果表明:自行车最大速度多样性对自行车越线行驶数量及机动车流量基本无影响,而其他自行车交通特性对机动车交通流影响显著;自行车与机动车皆处于中低密度条件下,侧向摆动行为的发生会加重自行车间的相互干扰,进而增加自行车越线行为并降低机动车流量;而与同质自行车流相比较,传统自行车与电动自行车的混合将产生更多的越线车辆以及更低的机动车流量。因此在进行机非混合交通流建模过程中,结合侧向摆动及车流异质性等自行车交通特性能够更加真实地反映机动车和非机动车之间的相互干扰。
为提高报废汽车的回收利用率,实现其经济价值和资源环境价值,重点考虑报废汽车大而重的特点,放宽越级回收的条件约束,以此为基础构建报废汽车回收物流网络选址-路径优化模型,旨在解决拆解中心选址问题、中转场选址问题、拆解中心和中转场的建设数目以及车辆路径问题。然后采用遗传算法和禁忌搜索算法相结合的方法对模型进行算法设计,最后以成都市为例对模型进行了分析和验证,得到了废旧汽车回收物流网络选址-选线布局。
以蓄冷式多温共配和机械式多温共配模式为研究对象,充分考虑多温共配过程中的固定成本、行驶成本、制冷成本、变质成本、保温箱成本、违反时间窗的惩罚成本和碳税成本,分别构建了以配送总成本最小化为目标的蓄冷式多温共配和机械式多温共配路径优化模型,并设计了优化多温共配路径的蚁群算法。最后,通过实际算例,分别对2种多温共配模式的效益(经济性、安全性、灵活性、环保性)进行了对比分析,论证了蓄冷式多温共配运作模式的理论支撑性和实践应用性。
针对现有的供应链具有多环节、多参与主体、跨地域等特征,易受到系统内部以及外部环境的影响,从而导致供应链的风险。为此,本文以复杂网络理论为基础,总结了供应链复杂网络特性,分析了网络仿真分析、复杂网络理论在供应链网络中的研究现状。结合复杂网络特点,总结了国内外不同学者对复杂网络上供应链风险的评估方法,提出了复杂网络供应链风险传播研究中的几个开放问题以及基于复杂网络理论的供应链风险管理的研究方向,为后续的研究提供方向。
