考虑到沥青混合料、碎石基层等材料横观各向同性特征对沥青路面结构力学行为的影响。基于现行大多数路面设计理论的综合分析,运用有限单元分析方法在弹性假设条件下引入材料水平模量与竖向模量的比值,建立三维有限元模型。提出更加符合现今公路路面受力情况的非均布荷载作用形式、材料参数、边界条件,对比分析非均布荷载作用下各向同性与不同横观各向同性条件下的各结构层应力、应变及路表弯沉的差异。结果表明,将路面结构材料考虑为各向同性,明显低估了路面结构永久变形和疲劳开裂的危害,在路面结构设计中应适当考虑材料的横观各向同性特征。
为克服目前沥青路面空隙率检测代表性及准确性差的缺点,研究开发直接实测沥青路面芯样最大理论相对密度及计算空隙率的沥青介质法,并应用于实际工程的质量检测与评定。研究结果表明,与传统方法相比,沥青介质法克服了溶剂法与真空法的缺点,以热沥青为介质,更准确地测定了沥青芯样的最大理论相对密度,因此准确性更高;沥青介质法直接利用芯样本身的毛体积密度及最大理论相对密度计算芯样空隙率,因此代表性更强;工程中只要有沥青路面芯样,便可应用沥青介质法实测其空隙率,而不需查阅施工时的混合料最大理论密度,因此应用更方便。利用沥青介质法实测的芯样最大理论相对密度的变异性可准确评价沥青路面的变异性;沥青介质法实测的路面空隙率与渗水系数有很好的相关关系。实际工程中,可方便地利用沥青介质法实测芯样空隙率,其结果可作为路面质量评价及质量监控的有效手段。
为了分析沥青路面使用性能的发展变化趋势,得出影响沥青路面使用性能的主要因素及规律。根据多种预测模型对沥青路面使用性能指数的预测结果,利用熵权组合预测理论对预测结果进行综合,得到路面使用性能的变化趋势。同时,利用变精度粗糙模糊集构建沥青路面使用性能评价模糊决策体系,对使用性能与其影响因素的关系进行概率决策分析,得到了概率决策规则。结果表明:水土、材料及施工是影响沥青路面使用性能的主要影响因素,而得到的概率决策规则的置信度也较高。
针对再生高模量沥青混合料,结合当前沥青路面使用过程中普遍存在的车辙和疲劳开裂等问题,以法国高模量沥青混合料性能评价体系为依托,采用温拌再生技术成型试件,通过试验测试来分析再生高模量沥青混合料劲度模量的影响因素。该试验分析中的配合比设计采用AC-20C的级配中值,外掺剂分别为EC120和硫酸钙晶须(CSW),沥青回收旧料掺量分别为0,40%,50%和60%,采用全试验的方法共开展8组试验。研究结果表明:试验加载频率越高,其劲度模量就越大,并成对数关系变化;针对同一种外掺剂,15 ℃时的劲度模量和相位角成反比例关系;劲度模量随旧料掺量的不同而变化,当旧料掺量为50%时,劲度模量有最大值;硫酸钙晶须对于提高温拌再生沥青混合料模量的使用效果要比EC120更加显著。
为系统研究废旧橡胶粉与SBS复合改性沥青(CR/SBSCMA)的路用性能与应用技术,围绕CR/SBSCMA的制备工艺,CR/SBSCMA混合料的设计方法以及高温性能、低温性能、水稳定性能、力学性能进行了全面的研究,结合在高速公路工程建设中的应用总结了关键施工技术。研究结果表明:密级配CR/SBSCMA混合料具有优良的路用性能和力学性能。相比SBS改性沥青混合料,其高温性能、低温性能提高幅度均较为明显,水稳定性也有一定的改善,且在高温与低温条件下均具有良好的力学性能。应用于寒冷地区既可以提高高温抗车辙性能,也可以改善低温柔韧性。在施工中应严格控制施工温度、存储工艺以及混合料的拌和、碾压等关键工艺,保证施工质量。
为了研究弹性恢复和回弹恢复在反应橡胶沥青弹性恢复性能方面的差异以及两者之间的相关性,进行了不同条件下的橡胶沥青性能试验。结果表明:胶粉掺量在18%~24%范围内,两指标与胶粉掺量、Haake黏度(177 ℃)以及两指标之间均线性正相关,回弹恢复对胶粉掺量及其引起的黏度变化更敏感,两指标在反应胶粉掺量对弹性恢复性能的影响方面具有很好的等效性。反应温度在170~200 ℃范围内,弹性恢复受温度影响更显著,两指标受反应温度影响的规律不完全一致,回弹恢复和Haake黏度的规律一致。反应时间在45 min~4 h内,两指标与反应时间、Haake黏度以及两指标之间均线性正相关,弹性恢复对反应时间及其引起的黏度变化更敏感,两指标在表征反应时间对弹性恢复性能的影响方面较为一致。
为准确有效地评定水泥混凝土路面的脱空状况,通过对现场贝克曼梁(BB)、落锤弯沉仪(FWD)、路面雷达(GPR)和钻芯取样检测结果的分析和计算,并充分参考梅观高速路面的实际情况,提出了以板角弯沉、横缝中点弯沉和接缝传荷系数3个指标作为水泥混凝土路面脱空的判断标准。研究表明:据此评判标准与方法判定的脱空状况与钻芯取样结果基本一致,对板底脱空情况判断的准确率高达86.7%,对脱空等级判断的准确率达到80%,说明该评定方法具有较高的准确度与可靠性,能够满足水泥混凝土路面板底脱空判别与评价的需要。
公路里程桩是一种有效的路面信息定位标志,目前普遍存在定位不准、累积误差较大的问题。分析了里程桩定位产生误差的主要原因,提出了基于GPS、视频、文本文档、陀螺仪和光电编码器等多传感器信息融合的里程桩定位技术。通过GPS结合道路环境视频及文本文档的方法实现对公里桩的精确定位,确保每公里外误差不累积,定位误差不超过1 m;在GPS缺失的情况下,采用陀螺仪辅助定位的方法确保GPS信号的连续性;每公里内采用光电编码器和陀螺仪距离修正的方法通过插值得到百米桩位置。试验结果表明,采用该技术,在确定公里桩时,最大误差不超过1 m;在确定百米桩时最大误差不超过2.5 m。
为了研究高速公路是否已达到改扩建的条件,采用了理论研究与工程实际相结合的方法,以京沪高速公路莱芜至临沂段改扩建工程为依托,根据交通运输部关于高速公路改扩建的相关意见分析了依托工程改扩建较新建第二通道的优越性。基于国内已完成改扩建工程客货混行情况提出将45%货车比例作为高速公路改扩建条件,结合新版公路工程技术标准确定了高速公路应满足的线形指标与服务水平要求。综上,建立了高速公路改扩建条件评价体系,采用九级标度法进行了评价指标权重划分,基于属性数学得出了评价目标属性测度区间,建立了高速公路改扩建条件评价公式。应用评价体系进行实例分析,结果表明:京沪高速公路莱芜至临沂段比较符合高速公路改扩建条件,与分析结果一致。
针对我国桥涵设计规范未给出无铺装层PK断面混凝土梁日照梯度温度及国内外缺乏研究的现状,应用ANSYS求解了马鞍山长江公路大桥右汊斜拉桥无铺装层混凝土主梁温度场,并进行了现场实测,计算值与实测值吻合较好。对无铺装层混凝土梁日照温度场的参数分析表明,吸收率对无铺装层混凝土梁最大竖向温差影响较大,风速次之。计算得到了该桥主梁在施工过程中出现的最大竖向梯度温度及其分布的指数函数的梯度温度模式。该模式与现有各国规范的梯度温度模式比较表明,本文研究得到的无铺装层混凝土梁梯度温度分布趋势与各国规范已有相关规定的分布趋势基本吻合。但温度分布受地域影响,各国规范梯度温度取值存在差异,建议补充完善我国公路桥规中关于无铺装层混凝土梁梯度温度的规定。
结合12片钢筋混凝土梁的抗弯试验数据,探讨了不同持续荷载等级对钢筋混凝土矩形截面梁锈蚀率的影响,通过混凝土应变数据对平截面假定进行了验证,明确钢筋应变与混凝土应变不协调是影响锈蚀混凝土梁抗弯刚度的重要因素。通过对锈蚀后钢筋质量的量测,考虑不同位置处钢筋的锈蚀状况,给出了考虑钢筋混凝土梁不同位置处锈蚀率随持续荷载等级变化的拟合公式,采用刚度解析法推导出锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度计算公式,并用试验数据对该模型进行了验证,由模型计算得到的荷载-挠度曲线与试验曲线吻合较好,该模型可为锈蚀钢筋混凝土梁挠度计算提供参考。
为研究无格室钢-混结合段不同构造形式的受力性能,本文以梨川大桥无格室钢-混结合段为研究背景,通过数值分析方法分别就两种不同连接件构造形式的钢混结合段受力性能进行了分析。计算分析结果表明:钢-混结合段PBL和栓钉连接件顺桥向应力分布不均布,靠近承压板位置受力较大;负弯矩区结合段混凝土部分顶板横向应力分布不均匀,预应力筋的设置对其结合部位混凝土顶板应力横桥向分布有影响;钢梁顶底板的刚度过渡加劲肋和等高U肋的突变部分,具有较大局部应力集中;栓钉连接件和PBL与栓钉组合的连接件形式对结合段部位混凝土和钢顶板受力影响不大。
为了研究地震作用下钢筋混凝土剪弯构件的损伤性能,依据试验结果统计分析了剪弯构件的残余变形与循环位移、割线刚度损伤的关系,建立了剪弯构件的低周疲劳变形计算公式。在此基础上,探讨了剪弯构件的割线刚度、抗力衰减规律,分析了剪跨比、轴压比和纵筋、箍筋配筋率等参数对构件残余变形的影响,提出了考虑低周疲劳效应的剪弯构件极限变形折减系数计算公式。结果表明,计算值与试验值的相对误差处于合理范围之内,验证了该方法的可靠性和实用性,可为震后桥梁性能评估提供理论支持。
为研究高纬度低海拔岛状多年冻土地区桥梁钻孔灌注桩施工后桩基温度的变化规律及回冻时间,利用智能温度监测系统采集了2根15 m长试验桩回冻前后的温度数据,实时监测了桩基的回冻进程,总结出了桩基温度随时间的变化规律并根据有限元分析结果建立了桩基回冻时间的计算方程。监测及分析表明:在冻土地温作用下桩基首先由桩底向上进行单向冻结,当大气温度降到0 ℃以下时桩基在上下两个方向同时冻结;回冻后桩身内部温度与桩侧土体温度基本保持一致,相同深度处温差均小于0.1 ℃;在入模温度相近时,1.2 m桩径试验桩的回冻时间是1.0 m桩径试验桩的1.14倍。
为避免基于结构频率的损伤检测法因温变影响而出现误判,提出一种自联想神经网络(AANN)和奇异检测技术相结合的损伤检测方法,利用某桥梁结构健康监测(SHM)Benchmark试验结构的数值模型,分析温变和损伤对结构频率的影响,用温变影响下健康结构的前十阶竖向弯曲模态频率训练AANN来提取频率和温度的关系。为消除温变影响,构造网络输出与输入间的欧式距离作为损伤识别指标,对比结构未知状态和健康状态的指标值以判定结构是否存在损伤。通过在桥梁Benchmark结构中模拟多级损伤来验证该法的有效性,检测结果表明:该法不仅能可靠地检测温变影响下结构损伤的存在,且能定性地判别损伤程度的大小,并具有较强的抗噪声鲁棒性,可为实际桥梁结构的在线健康监测提供参考。
在一定条件下,通过不同的线路布设方案可实现区域内公交线网的空间最佳可达性。为量化研究这一问题,首先,结合现有的可达性相关研究现状,提出了公交线网可达性的相关概念。在此基础上,建立了规划阶段公交线网空间可达性的优化模型,并设计了遗传算法对模型进行求解。最后,通过算例对模型及方法进行了验证。结果表明:该公交线网规划方法科学有效,能够提高整体公交线网的空间可达性,保证城市居民出行的实际需求, 为公交线网的布局规划与调整提供方法和依据。
道路交叉口设有直行待行区可提高其通行能力,但车辆进入直行待行区的时机将会影响车辆停车次数与车道容量。为减少交叉口的平均停车次数,利用交通流波动理论分析因设置直行待行区产生的交通流集散波状态,建立了一种以车流到达率及排队长度为约束条件,以降低交叉口平均停车次数为优化目标的车辆延迟启动模型。该模型可得出车辆进入直行待行区的最佳时机以减少停车次数,并避免因延迟启动导致的排队溢出。以上海市宜山路-虹梅路交叉口为案例展开了研究,通过VISSIM进行了仿真验证。结果表明: 该策略在避免排队溢出条件下,在车流高峰期时可降低平均停车次数19%,在车流平峰期可降低35.2%。
为了实现对螺栓松紧状态的监测,设计一种黏贴有PZT材料的特制垫片。设定形状不同的垫片,并与直接将PZT片黏贴在螺栓附近结构表面的方法进行对比试验。研究螺栓松紧程度不同的情况下各种监测方法的PZT谐振频率、幅值和损伤系数等频谱特性参数的变化。试验结果表明:将PZT片粘贴在翘垫片上的方法中PZT片的RMSD值随螺栓扭矩增大,有明显减小的趋势。且从4个螺栓相互干扰的试验结果来看,使用翘垫片的方法感应范围集中于垫片的螺栓与主体结构连接部分,非常有效地隔离了临近螺栓松动对信号的干扰,对螺栓松动的敏感性更高。
为了确立安全合理的高速公路出口前置指示标志(AGS)设置位置,建立了AGS安全设置距离计算模型。将机动车驶出高速公路的行为过程分为反应期、变道期、减速期,并重点研究了AGS安全识别距离与变道期机动车行驶距离。通过建立车辆间隔距离模型与分析调查数据,研究了相邻车道符合变道要求的最小车头间距。运用概率统计与排队论方法分析特定路段的车辆分布,并引入变道成功率,全面考虑驾驶员驾驶特征,最终依据所建计算模型得出不同道路情况下AGS的安全设置距离。通过实例计算得出双向六车道与双向八车道AGS设置安全距离分别为870 m与1 620 m,计算结果与我国现行相关规范中数值有一定程度上的差异。结果表明:不同道路情况计算得出的AGS安全设置距离不同,我国现行相关规范有待改善。
冲击波剖面模型是动态追踪交叉口排队和队列消散过程的一种模型,对其建模过程进行了改进,使其更符合实际交通流的运行情况。在此基础上,对含有5个信号交叉口的干线进行了数值仿真,在不断改变其交通需求的情况下,得到了干线输出流量和干线内累积车辆数的值。研究发现:干线输出流量和干线内累积车辆数存在一定的固定关系,从而验证了宏观基本图的存在性,为后续宏观基本图的研究和应用提供了一种快速准确的方法和一定的理论基础。
为了降低传统交叉口左转车流对通行能力产生的影响,给解决交叉口运行效率低的问题提供新的思路,考虑连续流交叉口和上游信号交叉口两种非传统交叉口几何上的相似性,通过0-1变量建立了统一的线性规划模型。该模型同时考虑信号配时和车道分配,通过优化信号配时和车道分配方案提高交叉口的通行能力。给出了优化过程及结果,并在需求对称和不对称两种情况下对其进行了灵敏度分析。结果表明:不论需求对称与否,非传统交叉口均能明显提高交叉口的通行能力。
为改善行驶工况下轻型货车的燃油经济性和污染物排放,通过分析车辆循环百公里燃油消耗量、NOx和PM排放对主减速比、变速器各档传动比变化的敏感性,提出一种基于敏感性系数确定指标权重系数的方法。以标准行驶工况下车辆循环百公里燃油消耗量、NOx和PM排放为目标,对传动系统速比进行优化设计,确定了综合目标较优的传动比组合。优化后综合百公里油耗降低0.112 4%,NOx排放降低0.158 7%,PM排放降低9.677%。研究结果可为轻型货车性能预测及动力传动系统的匹配优化提供参考。
针对汽车驱动桥半轴的初始参数不确定性及其在使用过程不确定性的影响,研究在此条件下半轴可靠性设计的问题。推导了一种考虑初始参数不确定性的一维布朗微分方程,并构建了时变模型。结合应力-强度干涉理论,提出了一种考虑驱动桥半轴初始参数不确定条件下结构参数、载荷及强度随时间演变的可靠性设计方法。结果表明:不考虑驱动桥半轴初始参数不确定性与使用过程不确定性的可靠性设计偏向于不安全,采用本文方法计算得到驱动桥半轴直径的均值为64.78 mm时满足时变可靠性设计要求。
为了研究油酸甲酯温度对发动机性能的影响,在1台两缸直喷式柴油机上设计了加热与恒温装置,对不同燃油温度条件下油酸甲酯的动力性、经济性、燃烧特性和排放特性进行了测试与对比研究。研究发现:随着温度的增加,油酸甲酯发动机动力性下降,经济性变化不明显;油酸甲酯燃烧压力曲线及燃烧放热率曲线后移,且高负荷时曲线后移明显;峰值燃烧压力和峰值瞬时燃烧放热率降低,且高负荷时降低的幅度增加;后燃期内放热率增加;在1 500 r/min 下,与10 ℃油温相比,25, 40, 55 ℃下油酸甲酯的NOx排放分别平均降低17.5%, 19.6%, 20.3%, 碳烟排放分别平均增加84.9%, 96.6%, 165.5%。结果表明:进油温度对油酸甲酯的性能有重要影响,可以作为基础参数来控制油酸甲酯的燃烧与排放。
