为了较真实地揭示沥青混合料的刚度衰变规律,首先通过加速加载试验系统MMLS1/3对成型的沥青混合料标准试件进行了加速加载试验,然后利用材料试验系统MTS测试了不同加速加载次数下沥青混合料的回弹模量。进而提出了基于模量衰变的疲劳损伤变量,据此建立了基于加速加载试验的沥青混合料的刚度衰减模型与非线性疲劳损伤演化模型,并获得了相应的模型参数。由于试件周边的约束作用,加速加载试验条件下的刚度衰变规律与其他常见疲劳加载方式下的衰变规律在第三阶段略有不同,衰变速率呈现先增大后减小的现象。
沥青材料的黏弹特性是其诸多力学行为的本质决定因素,同时温度、荷载水平以及老化等外在因素也对沥青的力学行为有着显著影响。本研究以黏弹性材料的内部特征时间概念为基本理论基础,系统探讨了沥青胶结料自身的时间依赖特性和外在环境、荷载条件等因素之间的等效换算关系。基于时间-温度等效原理和时间-老化时间等效原理分别得到了沥青的动态剪切模量温度主曲线和老化时间主曲线,基于时间-温度-应力等效原理得到了沥青的高温蠕变柔量主曲线,从而很好地验证了内部特征时间是沥青胶结料最本质的力学性能指标,可用于沥青长期力学性能的评价和预测。
以A380为研究机型,基于ANSYS有限元软件,建立真实尺寸九块板刚性道面模型,分析大飞机移动荷载作用下道面板的竖向位移响应,进一步考虑滑行速度、板厚、地基模量等参数对同一点不同时间的位移影响规律,获得了不同参数对道面板位移响应的影响关系式,得出飞机滑行速度对道面竖向位移影响较大;进一步设计缩尺模型试验,采用多次反复加载模拟A380和B737飞机荷载对道面板的反复作用,得到了大型飞机模拟荷载和中型飞机模拟荷载作用下道面板的竖向位移分布和应力分布情况。研究结果表明:大飞机荷载作用下,位移最不利位置发生在板角,应力最不利位置在板边和板角;大飞机荷载效应比中型荷载作用效应有大幅增加,在道面设计和维修中大飞机荷载效应增量不容忽视。
为研究沥青面层底部裂缝的应力状态和扩展规律,基于权函数法对含单边裂纹的矩形板权函数进行了理论推导,基于切口小梁的试验模型和单边预切口小梁的三点弯曲试验,研究Ⅰ-Ⅱ型应力强度因子、Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据和裂纹在沥青混合料中的扩展变化规律。结果表明:相同的荷载作用下,切口越靠近加载点,Ⅰ型应力强度因子和最大能量释放率越大,Ⅱ型应力强度因子和开裂角越小;切口越长,最大能量释放率越大,小梁越容易开裂;在切口不对称的情况下对小梁加载出现了Ⅰ-Ⅱ复合型开裂,且起裂荷载随着切口偏离加载点距离的增大而增大。通过理论计算与数值模拟结果的对比,使用权函数法计算小梁Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子具有良好的精度。
为了研究不同沥青用量、温度条件下沥青砂浆动态模量的变化,并为了获得更宽频率域和温度域的动态模量,采用静压方法成型AC-13沥青混合料去除粗集料级配的沥青砂浆试件,进行简单性能试验,测定沥青砂浆不同沥青用量和不同温度的动态模量,并利用时温等效原理计算沥青砂浆动态模量主曲线方程。结果表明:相同沥青用量和温度下,沥青砂浆的动态模量随加载频率的增大而增大,随着沥青用量的增加,沥青砂浆的动态模量减小,相同频率、不同油石比的动态模量最小相差1.28%,最大相差23.90%;随着温度的升高,沥青砂浆的动态模量减小,5,10℃时动态模量的差异较小,20℃时动态模量下降较多;从沥青砂浆动态模量主曲线可获得更宽频率域和温度域的动态模量值。
煤直接液化残渣(Direct Coal Liquefaction Residue, DCLR)作为煤制油过程中的副产品,含有一定的重质油和沥青烯类物质,是一种较为理想的沥青改性剂。为了研究DCLR作为改性剂与沥青共混后,DCLR对沥青性能的影响,以SK-90和DM-70沥青为基质沥青,分别加入不同掺量(与沥青质量比为5%,10%,15%和20%)的DCLR,利用针入度分级体系、SHRP PG、红外光谱仪和凝胶色谱仪等试验手段分析DCLR与沥青共混后的宏观性能和微观结构变化。试验结果表明:DCLR和沥青分属小分子和大分子物质,DCLR与沥青共混后,沥青的分子结构、组分、元素组成等并没有发生变化,但沥青的高温性能得到了改善,低温性能有一定程度的损伤,即DCLR对沥青的改性为物理改性。
为提出控制粒料基层永久变形的设计指标并建立控制模型,采用两种级配碎石,3种围压和不同应力比为试验加载条件,利用重复荷载三轴试验和安定理论,研究了粒料的永久变形安定特性。为了克服试验加载次数的限制,对试验结果进行了统计回归和曲线拟合。根据拟合结果,利用试验曲线外延的方法,分析了粒料永久变形处于不同安定状态下的安定极限荷载,提出了在A区(塑性安定状态)内建立控制粒料基层永久变形设计模型的原则。利用分层应变总和法和美国力学经验法路面设计指南目前所采用的粒料层永久变形预估模型,计算了典型沥青路面结构的粒料基层永久变形,确定了粒料基层永久变形量和永久应变临界值标准,在此基础上提出了控制粒料基层永久变形的应力比设计指标,初步建立了基于室内试验的应力比与荷载作用次数回归公式的控制模型。
针对当前路用粗集料可视化识别及其评价方法的局限性,首先总结介绍了目前3类主要的路用粗集料可视化识别技术手段:CCD数字图像处理技术、X射线断层扫描技术以及激光扫描技术的技术特点、研究现状和存在的问题。在此基础上,从集料的形状、棱角和纹理3个方面对国内外现有的集料形态评价方法及评价指标进行了总结与归纳。针对目前集料形态可视化识别方法及评价方法存在的问题,提出了需要进一步研究的技术问题,即一方面,要继续从三维可视化角度寻求能更为全面、准确识别集料颗粒的视觉化识别方法;另一方面,要继续完善和进一步验证粗集料颗粒形态评价指标的客观性和有效性,建立一套具有广泛认可度的粗集料颗粒形态评价体系。
为了研究国道214线沿线多年冻土地温情况,为多年冻土地温预测提供依据,根据国道214线的地温监测资料,首先对国道214线进行综合地温分区,采用非线性拟合算法对各地温分区进行曲线拟合,得到7个地温分区的地温曲线拟合模型。根据此预测模型对国道214线地温分布进行了预测计算,计算结果表明:理论地温剖面曲线与该地区实测地温剖面曲线形态相似;地温随深度变化趋势基本一致,稳定地温理论值与实测值相同,稳定地温深度也基本一致;用该地温预测分段函数模型进行的地温断面曲线预测,总体趋势预测良好。
为了确定在混凝土早龄期时受到行车荷载引起桥梁振动对新老混凝土黏结面抗拉性能的影响,采用峰值振动加速度为0.08g,0.16g,0.32g,3种振动能量,分别模拟轻、中、重3种交通状态引起的桥梁振动,对处于早龄期的新老混凝土黏结面进行振动试验。试验结果表明:振动发生在初凝前,3种形式的交通(轻、中、重)引起的振动对新老混凝土黏结面早期抗拉强度有增加作用。振动发生在初凝至终凝阶段,轻交通引起振动对新老混凝土黏结面的强度影响不明显;中等和重交通会造成黏结面早期抗拉强度(7 d以前)下降。振动发生在终凝后,轻交通引起的振动对新老混凝土黏结面的强度影响不明显;中等交通的振动会造成黏结面早期强度的下降;重载交通会造成黏结面的强度整体下降。
以拟建的山西临猗黄河大桥为工程背景,进行复杂地形桥位风场空间分布特性数值模拟研究。根据航天飞机雷达地形测绘使命(Shuttle Radar Topography Mission, SRTM)系统所提供的90 m分辨率数字地形高程模型,采用Global Mapper将桥位附近数字地形高程模型导出为点云图,再由逆向工程软件Imageware将桥位地形点云图生成曲面,采用GAMBIT建立桥位地形CFD模型,最后采用FLUENT软件进行桥位地形风场数值模拟。研究表明:采用SRTM所提供的90 m分辨率数字地形高程模型可实现复杂地形建模,且精度满足工程需要;4种网格计算结果总体上与实测值较为接近,最大相对误差约为-14.5%;风从正北方吹时,各监测点处平均风速沿高度增加而增大。
为了对大跨度拱形钢塔斜拉桥的力学行为特性进行分析和试验验证,以之江大桥为工程背景对此类结构进行了模型试验研究。首先介绍了试验模型的设计,并通过试验模型的有限元模拟,证明了试验模型能很好地反映实际结构的受力性能。最后对组装成桥的试验模型,进行了4个工况的加载试验,并以中跨跨中最大弯矩的工况为例对主塔应力和主梁变形的试验结果进行了分析,分析结果表明实测数据与实桥计算结果折算值较为接近,实际结构有较大的安全储备。
为弥补传统测试方法的不足,建立暴露试验站,开展了自然暴露环境下的桥梁混凝土长期静、动弹性模量试验研究。运用超声波平测法,取不同测距的接收波波峰相关散点进行回归计算,获取桥梁混凝土的纵波波速及表面波波速,根据动弹性模量与波速的数学关系,计算出混凝土的动弹性模量。基于一批碎石混凝土试件的试验结果,分析了混凝土动弹性模量随时间发展的规律,构建了5~20 mm和5~30 mm两种连续级配碎石混凝土试件的静、动弹性模量换算公式。结合钢筋混凝土构件的试验研究,验证了该静、动弹性模量换算公式的适用性。本试验方法和研究成果为桥梁工程的长期弹性模量无损快速跟踪测试奠定了基础。
为获得活载作用下三塔两跨悬索桥变形解析公式,首先通过微分与变分方法推导了均布荷载作用下单跨主缆挠度的解析计算公式,通过综合研究塔顶位移及主缆弹性伸长引起的主缆变形,推导了用于计算三塔两跨悬索桥中塔塔顶位移及加劲梁挠度的解析计算公式。研究发现,对单跨主缆施加均布荷载时,恒载大小对于主缆变形影响不大,主缆变形主要由缆的弹性伸长所引起,取决于主缆的轴向刚度及垂跨比;三塔两跨悬索桥的变形主要取决于中塔的变形以及主缆的伸长。建立三塔两跨悬索桥模型对本文公式进行验证,结果表明,公式能有效对塔顶位移及加劲梁挠度进行估算,可用于初步设计时对三塔悬索桥进行简化分析。
为定量确定交叉隧道相邻硐室塑性叠加区域半径,并分析其对交叉隧道围岩稳定性的影响,以工程力学中应用最广的Morh-Coulomb强度准则为依据,经理论推导,得到了在上下隧道小净距影响下的塑性区范围及其相应解析解。并在此基础上对影响近接围岩稳定性的因素进行了探讨。结果表明交叉隧道塑性区叠加半径大小与内聚力、支护抗力、内摩擦角、原岩应力、近接距离等因素相关。通过Morh-Coulomb强度方程计算出的结果与实测数据对照,结果相吻合,表明本文提出的塑性区计算公式能较好地反映出交叉隧道围岩的稳定性情况。
为提高预测精度和降低计算复杂度,提出了一种基于时空关联和BP_Adaboost的短时交通参数预测方法。首先,通过分析交通参数之间的时间关联性和空间关联性,得到对预测值产生影响的因素。然后,采用主成分分析法对影响因素进行预处理,选取了主成分作为后续预测模型的输入。最后,采用Adaboost算法对BP神经网络进行优化,构建了BP_Adaboost预测模型,以改善传统BP神经网络的预测性能。利用南京市典型道路数据对该方法进行了性能评价。结果表明:该方法不仅可以在一定程度上提高预测精度,更重要的是能够大大提高预测结果的稳定性。由此可见,该方法可以作为短时交通参数预测的有效手段。
为了研究突发事件下出行者进行路径选择的行为规律,引入前景理论建立了出行者行为决策模型。首先分析了事故消散时间,建立了事故消散时间模型。然后分析了出行者行为决策过程,搭建了出行者行为决策框架。进一步采用前景理论,分别针对出行者收益和损失,提出了出行者路径选择的效用函数,并采用连续离散的方式对路径效用进行了分析。最后建立了出行者路径选择模型,对出行者行为进行刻画。通过一个仿真算例,在假定的出行场景下,研究了出行者有限理性路径决策行为,分析了期望出行时间对事故消散时间和路径选择结果的影响。采用试验对比的方法,证明了仿真结果和试验结果的一致性,验证了有限理性决策在出行者路径选择领域的适用性。
从分析出入口特性出发,寻找了确定匝道及变速车道控制参数的影响因素,解析了匝道设计速度和停车视距对匝道曲线最小半径、交通流率和匝道设计速度对变速车道长度和渐变段长度的影响机理。基于运动学原理、交通流理论、概率论等知识,建立了匝道及变速车道控制参数的计算模型。分析和计算结果表明:匝道设计速度宜按照匝道形式及两端连接道路的性质分级确定;对结构物形式匝道,满足停车视距要求的曲线最小半径比满足横向力系数要求的大;对双车道加速车道和宽度渐变段,在考虑交通流率影响状况下的长度计算值均比现行规范的要求值大。
为了对城市轨道交通枢纽通道内的集聚型异常事件进行合理的疏导和客流组织,保障城市轨道交通枢纽的安全、高效运行,本文提出了一种通道内行人集聚型异常事件的自动识别算法。该算法首先通过对通道客流基础数据平稳性和突变性的分析,创建了一种兼具平稳性和突变性特征的新数据类型,然后基于双截面客流数据设计了自动识别算法的关键参数-偏移空间差值。最后通过对关键参数变化特征的分析,建立了通道行人集聚型异常事件自动识别算法。仿真试验结果显示:该算法的检测精度为100%,反应时间均值为65 s,表明该算法对通道行人集聚事件有极强的自动检测能力和较短的反应时间。
目前隧道入口处设置波形梁护栏的处理方式易导致失控车辆直接正面碰撞隧道壁和检修道,对车辆安全极为不利。本文设计出一种有利于避免失控车辆与隧道壁或检修道发生正面碰撞的混凝土护栏,护栏长度36 m,高度由1 m渐变至1.6 m,采用D81细则规定的F型坡面,检修道切角尺寸1 m×0.14 m,检修道和隧道壁均位于护栏后方。采用计算机仿真分析方法对隧道入口处的混凝土护栏进行安全性能进行了分析验证。分析结果表明:车辆碰撞护栏后没有穿越、翻越和骑跨护栏;护栏构件及其脱离件没有侵入车辆乘员舱;车辆碰撞后没有翻车,运行轮迹满足导向驶出框要求,车辆行驶至隧道壁以及检修道位置时向前方顺利导出并驶入隧道内,护栏安全性能满足评价标准要求。
为了提高汽车与二轮车碰撞车速鉴定结果的准确性,引入对骑乘人员及二轮车再现碰撞车速模型进行不确定度理论的评定方法。首先,根据运动学公式、动能定理和冲量定理,建立了骑乘人员及二轮车抛距-碰撞车速模型。其次,结合某起轿车与电动自行车碰撞事故的现场勘查数据,计算出骑乘人员及电动自行车抛距-碰撞车速模型的碰撞车速,应用不确定度理论的评定方法,得到碰撞车速的最佳取值范围。最后,通过MATLAB数值校核、PC-Crash模拟仿真验证及行驶记录仪分析,证明了模型和不确定度评定方法的合理有效性。
为了研究四轮独立驱动电动汽车在极限工况下的稳定性,采用了基于BP神经网络的PID控制方法联合控制横摆角速度与质心侧偏角进行转矩分配。首先分析了稳定性的主要特征参数,并确定了控制变量,对独立驱动电动汽车的转矩分配控制策略进行了设计,控制器包括上层控制器与下层控制器。在上层控制器中,根据纵向力的需求,设计了PID控制方法进行速度控制;制定了基于BP算法的PID控制器控制横摆角速度与质心侧偏角产生横摆力矩。在下层控制器中,采用模糊控制方法控制滑移率。最后对所设计的控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明:所设计的转矩分配控制策略能够保证车辆在极限工况下行驶的安全稳定性。
为了研究不同顶端形态声屏障对噪声衍射的衰减特性,针对4种常见的声屏障噪声衰减问题,应用菲涅尔半波带法,对其插入损失进行计算并对其降噪效果进行评价。充分考虑次级扰动带来的半波带声能贡献,推导任意阶半波带声屏障声影区的衍射衰减计算公式。通过计算4种不同顶端形态下声屏障的插入损失,绘制不同声屏障下交通噪声的衍射声场,并呈现其水平和垂直方向的噪声衍射规律。计算结果表明,声屏障的插入损失随着高度和离声屏障距离的增加而减小。顶端形态对声屏障降噪效果有很大影响,其中T型和Y型屏障对声音遮挡最为明显,其次为折角型屏障,竖直型屏障降噪效果最差。试验结果验证了4种声屏障的衍射规律,并进一步证实了存在双衍射现象的T型和Y型屏障有更明显的降噪效果。
在界定乳品冷链物流研究范畴的基础上,分析了乳品冷链物流系统的体系结构和基本流程,构建了以质量最高、物流成本最低、运行时间最短为目标函数,以节点容量为约束条件的乳品冷链物流系统随机规划模型,该模型可供乳品冷链物流企业用于平衡乳品冷链物流成本、交货期和质量之间的关系。
