胶粉纤维改性水泥稳定碎石抗裂性能研究

针对水泥稳定碎石基层易开裂问题,在混合料中掺入适量胶粉及聚乙烯醇(PVA)纤维,开展强度、抗压回弹模量、干缩性能和扫描电镜试验(SEM);分别掺入橡胶粉、改性胶粉、PVA纤维、不同水泥剂量的胶粉纤维,对比其对混合料抗裂性能的影响。发现掺入材料对水泥稳定碎石混合料性能具有明显影响。掺入胶粉、改性胶粉后会降低混合料强度和抗压回弹模量,提升抗干缩性能;掺入纤维能增强混合料强度、模量和抗干缩性能;加入不同水泥剂量的胶粉纤维对混合料强度、抗压回弹模量提升效果明显,但降低了抗干缩性能;宏观力学指标试验和SEM试验结果显示出改性胶粉纤维与水泥基具有良好的黏结性,可以提升水泥稳定碎石混合料的抗裂能力。

钢纤维对细再生混凝土力学性能的影响研究

为研究细再生集料(FRAP)替代天然细集料(NFA)的可能性。配置1%钢纤维掺量下不同FRAP含量(0%、25%、50%、75%、100%)的水泥混凝土,并测定成型后试件的抗压强度、拉伸特性、应力-应变特性和耐久性能。研究结果表明:以FRAP替代NFA会导致细再生集料水泥混凝的土力学强度降低;加入1%钢纤维,可以显著提高细再生集料水泥混凝土劈裂抗拉强度和抗弯强度,峰值应力增加约15%,峰值应变增加50%,韧性及延展性提高约5倍;以FRAP替代NFA的最佳含量为50%左右。

高桩码头群桩绕流水动力特性数值分析

为探究高桩码头桩基础形式下的群桩水动力特征,基于Flow-3D软件对来流速度为0.25~1.50 m/s的3×3群桩阵列绕流的湍流流场进行三维数值模拟。研究结果表明:桩柱的两侧均形成高速区,随着来流速度的增加,高速区范围显示出逐渐扩大的趋势。上游桩后方的回流区范围较大,而中游桩和下游桩的回流区大小基本相同,均小于上游桩的回流区。随着来流速度的增加,剪切力和流体力逐渐增大,并随来流速度呈非线性增长趋势,且上游桩受力最大,下游桩次之,中游桩受力最小。随着来流速度的增加,群桩尾涡核心区的涡量随之增大,中游桩和下游桩后方的尾涡强度明显比上游桩的弱,中游桩和下游桩的尾迹涡长度保持稳定。随着来流速度的增加,漩涡强度显著提高,前桩与后桩之间的漩涡相互纠缠。研究成果对于理解群桩绕流的水动力特性具有重要意义,可为工程设计和实际应用提供参考。

木质素纤维增强型透水性沥青稳定碎石疲劳研究

为提高增强型透水性沥青稳定碎石(asphalt treated permeable base,ATPB)的抗裂性能和耐久性,以SBS改性沥青为胶结材料配制掺入木质素纤维的ATPB混合料——纤维增强型透水性沥青稳定碎石(fiber asphalt treated permeable base,FATPB),并制作不同木质素纤维掺量的FATPB-25梁式试件进行不同应力比下的四点弯曲疲劳试验。将木质素纤维掺量为0.3%的FATPB-25与普通的AC-25、ATB-25的疲劳性能进行对比分析,探究考虑失效概率的应力比与纤维掺量对疲劳寿命的影响。研究结果表明:纤维掺量为0.3%的FATPB-25的抗疲劳性能明显比普通的AC-25和ATB-25的高,可用作耐久型的透水性下面层或柔性基层;通过包含失效概率的双对数方程可以对FATPB-25的疲劳寿命进行预测。

基于双模量理论的不同沥青路面力学分析

为研究考虑拉压模量差异的沥青路面结构力学响应变化规律,基于双模量理论对5种典型沥青路面结构进行了力学对比分析。研究结果表明:基于传统线弹性理论与双模量理论计算得到的关键力学响应差距巨大,用这两种方法计算得到的倒装式沥青路面结构、柔性基层沥青路面结构及刚性基层沥青路面结构的力学响应的最大差距分别达55%、33%及50%;5种沥青路面结构路表均存在较大的横向拉应变,建议在路面结构设计时将路表轮隙区纳入拉应变验算点位;基层刚度与厚度对路面结构层关键力学响应影响显著,路表水平横向拉应力与拉应变均随着基层刚度及厚度的增大而增大,基层底部纵向拉应力则随着基层厚度的增大而减小。建议采用双模量理论开展沥青路面结构分析,且在路面设计时合理控制基层的厚度与刚度可有效优化路面结构的受力。

复杂环境下蠕变效应对沥青混合料性能的影响

为了探究沥青混合料在高、低温条件下的性能变化,以及各种环境因素对其的影响程度,基于Burgers模型和沥青混合料的蠕变效应,通过自主开发的环境模拟仪对沥青混合料进行了基本性能试验,并采用灰色关联度分析方法评估单一因素对沥青混合料高、低温性能的影响程度。同时,采用主成分分析方法进一步揭示了耦合因素对沥青混合料高、低温性能的影响规律。研究发现:单因素对添加了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物(styrenebutadiene-styrene,SBS)的改性沥青混合料高、低温性能的影响程度从大到小的排序为高温、紫外线、降雨;相较于单一因素,耦合因素对SBS改性沥青混合料高、低温性能影响更为显著,其中,耦合因素作用中起首要作用的是紫外线。Burgers模型的拟合结果表明:黏弹性参数会随着环境作用循环天数和环境因素的增多而逐渐降低,进而导致沥青混合料高、低温性能逐渐衰减,究其原因是沥青混合料中的黏性和弹性组分发生了转换。

赤泥填料对排水沥青混合料路用性能的影响

为探究赤泥填料对排水沥青混合料路用性能的影响,首先选择两种国产高黏改性剂PT-HVA和AR-HVA制备得到高黏改性沥青,并将成品苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-butadiene-styrene,SBS)改性沥青作为对照组,对三种改性沥青进行各项沥青性能试验。结果表明:两种改性剂的最佳掺量均为15%。接着以三种改性沥青为胶结料配制三种排水性沥青混合料(填料为赤泥和矿粉),并进行各项路用性能试验。结果表明:由赤泥制备的混合料的路用性能良好,其中AR-HVA高黏改性沥青+赤泥制备的混合料性能最优,动稳定度达11053次/mm,残留稳定度为91.46%,冻融劈裂比为89.60%,飞散损失为5.20%,老化系数为24.60%。同时,由赤泥制备而成的混合料的弯拉强度和弯拉应变比由矿粉制备的混合料的小,这表明赤泥虽能有效地提高混合料的高温性能、水稳性能、抗松散性能和抗老化性能,但会降低混合料的低温性能。

信控交叉口借道左转设计的延误优化研究

为准确分析交叉口借道左转设计的左转延误,针对现有的延误模型的不足,建立一个合适的延误优化模型,并提升其设置的科学性。先对逆向车道长度进行优化;再通过分析左转车辆的累计到达驶离曲线,以左转总延误最小为优化目标,建立一种新的考虑预信号延误的优化模型;最后,以长沙市芙蓉中路一个交叉口为实例,进行验证,分析左转到达流率对借道左转设计延误的影响及逆向车道长度对左转车均延误的影响。研究结果表明:左转流率越大,越能充分发挥借道左转设计的优势,该模型的左转延误下降可达59.21%;当左转流量偏低时,预信号位置的延误占比较大,随着左转流量的增大,传统车道和逆向车道的延误占比逐步增加。该研究可以准确评价借道左转设计的实用性和优劣程度,对借道左转设计的推广与应用具有重要意义。

成核剂改性沥青的制备及性能评价

为了扩大沥青改性剂的使用范围,并改善现有技术中存在的问题。采用NAB、NAP两种成核剂来制备不同掺量的改性沥青。通过三大指标试验、DSR试验、紫外老化试验、长期老化试验和BBR试验,研究成核剂改性沥青的基本性能、高温流变性能、紫外老化性能、长期压力老化性能和低温流变性能。研究结果表明:成核剂改性沥青软化点提高12.93%,针入度下降21.60%;成核剂改性沥青高温抗车辙性能较好;其紫外老化指数和长期老化指数远低于基质沥青的,具有较明显的抗老化性能;成核剂改性沥青的低温蠕变劲度模量减小,蠕变速率增大,低温流变性能得到明显改善。成核剂改性沥青明显提高了基质沥青的高温流变性能、抗老化性能和低温流变性能,推荐成核剂最佳掺量为1.0%~2.0%。

需求可拆分下生鲜农产品集货路径优化

针对生鲜农产品集货中点多量散、车载限制、货物易腐等特点,研究需求可拆分下生鲜农产品集货的路径优化。通过网点布局与网络需求、车辆路径与载量要求、产品特征与成本消耗等描述生鲜农产品集货基本问题,从制冷、货损、油耗三个方面构造总的集货成本,考虑需求拆分、流量均衡、车辆起始与服务等约束,建立集货路径优化模型;基于遗传算法,以序号排序标定适应度函数,改进轮盘赌选择,用精英策略进行算子分析与遗传操作,设计问题求解模式;最后,以湖南省某乡镇脐橙集货为例进行实证分析。案例分析结果表明:优化后,总集货成本下降19.34%,货损成本减少最多,达1550.86元;集货路径总数减少1条,拆分点由5个变为3个,且按需求进行深度拆分;总行驶里程与时间分别减少72.4 km、2.06 h,整体优化效果明显。研究结果对生鲜农产品集货管理的效率提升有借鉴意义。

城市道路平交口左转专用车道类型及设计长度研究

为了解决城市道路平面交叉口左转车流引起的交通拥堵,提高交叉口的通行能力和安全水平,以十字形交叉口左转专用车道为研究对象,总结了城市道路平面交叉口左转专用车道的设计类型。针对当前国内平面交叉口左转车道设计长度不足的问题,选取典型交叉口对其高峰时段左转车流的转弯情况进行调查,根据运动学方程和车流波动理论推算向上游延伸的最长排队距离,从而提出左转专用车道长度的新算法。该算法考虑了车辆之间的传递性、延迟性、连续性特征,由其计算得到的设计长度可以减少左转车辆在交叉口引起的停车延误,提高交叉口的通行效率。

基于反步滑模方法的车辆纵向自适应控制

车辆纵向控制是自动驾驶研究的关键技术之一,建立了复杂的车辆纵向动力学模型,设计了合适的控制算法,并构造了控制器,提升了控制性能。首先,在考虑道路倾角、轮胎形变和车轮滑动等影响因素的基础上,建立了复杂的车辆纵向动力学模型;然后,综合运用自适应方法和反步滑模控制方法对所建模型设计控制器,并对控制系统的稳定性作了证明;最后,采用MATLAB/Simulink软件对控制系统进行仿真分析。研究结果表明:通过自适应反步滑模方法设计的控制器具有较好的稳定性,能够控制车辆以极小的误差以期望速度行驶。研究成果可为车辆自动驾驶及交通拥堵的缓解提供技术支撑。

大件运输车作用下宽幅斜拉桥动力响应分析

为研究大件运输车辆作用下桥梁的动力响应,建立了以实际工程为背景的宽幅斜拉桥有限元模型和精细化的车辆有限元模型,并利用LS-DYNA程序的接触算法实现了相较于传统方法更为真实的车-桥耦合振动模拟,以车辆类型、行驶车道、行驶速度等为参数,对比不同工况下桥梁的振动响应。结果表明:在大件运输车辆通过宽幅斜拉桥时,相较于标准车辆会引起桥梁更大的竖向下挠和拉索索力;边车道工况下桥梁的竖向位移变幅和索力变幅大于中间车道工况下的变幅;大件运输车辆行驶速度的提升会使桥梁竖向下挠和拉索索力增加,且相较于中间车道工况,边车道工况下桥梁响应对车速的敏感度更高。

钢箱拱桥斜拉扣挂施工法拆索工序研究

斜拉扣挂体系钢箱拱桥拱肋合龙后需进行拆索工作,拆索时桥梁各构件均会产生应力变化从而影响结构安全性。为探究钢箱拱桥合理的拆索顺序及拆索时可能出现的极限不对称状态,以车田江大桥为实际工程背景,建立有限元模型,分别模拟四种拆索方案对拱肋应力及位移的影响。发现当从拱顶向拱脚依次拆索时,扣索索力的增幅最小;相反,若从拱脚向拱顶依次拆索,则会导致拱肋的竖向位移和应力极值达到最大。因此,从拱顶向拱脚依次拆索的方案最符合实际施工需求。采用Midas/Civil软件对几种极限不对称拆索状态进行模拟,结果表明:扣索、背索的拆除应尽量同步进行,以确保结构稳定。同时,两岸的拆索进度差异以及左右两幅的拆索进度差异都应控制在1束索以内,以减小对桥梁结构的不利影响。

悬臂拼装施工的预制节段箱梁桥预应力参数优化

为揭示预制节段箱梁桥预应力相关参数对悬臂拼装阶段和合龙阶段箱梁横截面应力及施工期线形的影响,选取某工程一联三跨预制节段箱梁桥,针对悬臂拼装阶段和合龙阶段不同预应力参数取值对桥梁受力状态及变形特征的影响进行数值模拟。研究结果表明:预制节段箱梁桥顶板钢束最优张拉控制应力为预应力钢束抗拉强度标准值的0.70~0.75倍,与此同时应控制预应力钢束截面积不低于0.000 98 m^(2)(7Ф15.2 mm)。顶板单侧钢束组预应力合力作用线与顶板中轴线之间的距离,即顶板预应力合力偏心距宜取箱梁宽度的0.22~0.26倍。合龙阶段采用先张拉底板、腹板通长钢束,再张拉中、边跨局部钢束的方式可使桥梁在不同张拉阶段之间的线形及横截面应力变化更加平缓,有利于施工期间结构的安全控制。

桥塔风效应对异形斜拉桥抖振响应的影响

异形斜拉桥桥塔刚度小,受力情况复杂,主梁和桥塔的气动耦合现象强。目前关于桥塔风效应对桥梁风致抖振响应的研究大多是基于普通多塔斜拉桥和悬索桥的,针对异形斜拉桥桥塔风效应的影响鲜有研究。分别利用风洞试验及数值模拟的方法得到了某异形斜拉桥主梁及桥塔截面的三分力系数,以及主梁、桥塔的脉动风速时程,并基于准定常理论得到气动自激力的时域化模型。在此基础上,分别研究了自激力及桥塔风效应对该桥抖振响应的影响。研究表明:主梁竖向位移受桥塔风效应影响较小,但桥塔横向位移响应及主梁横向、扭转位移响应受桥塔风效应影响较大,且桥塔横向位移响应增大幅度较为明显;自激力会使该桥主梁位移响应略微减小,但影响很小。

风化岩土质的地铁基坑开挖仿真研究

为研究风化岩土质深基坑在开挖过程中的变形演化规律,以长沙市某地铁深基坑工程为依托,用PLAXIS 3D软件建立三维数值模型,分析基坑开挖深度、载荷位置、载荷大小对深基坑开挖过程变形的影响规律。研究结果表明:风化岩土质地铁基坑在开挖过程中,其形变主要发生在土层。当载荷20 kN/m^(2)且距离基坑为5 m时,围护桩的最大偏移0.72 mm;当载荷达到60 kN/m^(2)时,地表的最大沉降为70.90 mm。该结果可为类似风化岩土质基坑设计提供参考。

多因素作用下混凝土梁长期性能时变劣化规律

为了探究混凝土梁在锈蚀、疲劳、徐变等多因素长期作用下的性能劣化规律,对21根试验梁开展了锈蚀、疲劳和徐变的正交分组试验,通过对钢筋锈蚀深度、梁的刚度和疲劳寿命的测量计算,研究了钢筋混凝土梁长期性能的时变劣化规律。研究结果表明:相较于无损梁,在2.5%、15.0%、60.0%疲劳寿命比和3、6个月持续荷载作用下,损伤混凝土梁的锈蚀深度扩大了1.337~1.934倍;随着钢筋锈蚀和疲劳损伤程度的加深,损伤梁的刚度下降了1.694 kN·m^(2),在持续荷载作用下,其刚度仅为无损梁的34.1%;在锈蚀和徐变相继作用后,损伤梁的疲劳寿命仅为无损梁的16.14%。根据试验研究结果,给出了损伤混凝土梁的临界锈蚀深度衰减系数、短期刚度降低系数、刚度退化系数和疲劳寿命衰减系数,以反映复杂荷载与环境作用对混凝土梁长期性能的影响,为混凝土结构的长期性能评估提供了科学依据。

宽幅箱梁0号块混凝土浇筑方式对水化热影响研究

针对0号块大体积混凝土因水化热引起的早龄期开裂问题,以预应力混凝土箱梁部分斜拉桥广西壮族自治区培森柳江特大桥0号块工程为背景,基于ABAQUS有限元软件,建立了三维有限元模型,分析水化模型与浇筑次数对混凝土温度和最大主应力的影响。研究结果表明:相比于一次浇筑的方式,使用分层浇筑可使混凝土峰值温度降低11.8%;相比指数型模型,双曲线模型和复合指数型模型可使混凝土峰值温度分别降低13.7%和10.8%;考虑早龄期弹性模量和抗拉强度的影响,第一主应力最大位置依次出现在新旧混凝土交接处、中腹板导角处和人孔导角处;相比于一次浇筑的方式,分层浇筑的新旧混凝土交接处、中腹板导角处和人孔导角处第一主应力分别降低的2.0%、36.7%和39.8%;考虑不同水化模型的影响,在新旧混凝土交接处和中腹板导角处,第一主应力峰值与该时刻水化热量之间近似呈线性关系。

既有钢桁梁桥加固顶升模型验证及参数分析

现有钢桁梁桥在运营过程中,因地质条件受损、桥梁本身的疲劳老化及锈蚀等,其结构刚度相较于初始状态会有所降低。以某既有钢桁梁桥为研究背景,通过现场采集应变及变形数据,对有限元模型进行验证,并基于刚度参数及温度参数变化,分析该桥在顶升施工阶段的结构受力特征。数值分析结果表明,在桥梁加固顶升过程中,桥梁结构变形受刚度损失及温度变化的影响较大;当整桥刚度分别折减10%、15%、20%时,桥梁最大变形量分别增加了12.5%、20.0%、25.3%;当温差为20℃时,桥梁竖向及纵向最大变形量分别为15.7、35.1 mm。研究结果可为同类钢桁梁桥的加固顶升提供一定的参考。