探地雷达数值模拟与道路裂缝图像检测的深度学习增强方法

针对路面结构内部裂缝的无损检测与智能识别需求,提出一种基于改进的YOLOv8和AutoAugment增强的探地雷达检测与图像自动识别方法.结合Gprmax数值模拟、室内模型试验及现场探地雷达测试,分析得出内部裂缝在探地雷达图像上呈现出明显的"双曲线"特征,且裂缝宽度与双曲线的幅度成正比.利用MALA探地雷达GX-750检测获取路面结构内部裂缝病害图像,经多重滤波处理后采用640×640的像素框进行截取.针对裂缝特征在探地雷达图像中尺度较小的问题,通过对最新的YOLOv8模型增加一层像素为160×160的输出层得到改进的YOLOv8模型.同时,引入SKNet注意力机制进一步增加感受野,并采用power IoU损失函数以降低模型训练的损失.针对原始图像数据集,采用AutoAugment无监督自动增强方法,通过近端策略优化的强化学习算法寻找最佳增强策略及其概率和强度,实现了探地雷达数据集的有效扩充.在扩充的数据集上进行训练与测试,结果表明改进的YOLOv8模型取得了90.7%的平均检测精度和90.1%的F1分数,相比原始YOLOv8模型分别提升了6.3%和5.9%,也大幅度超越了主流的目标检测模型.在进行图像增强后,模型的平均检测精度和F1分数分别提升了4.1%和4.6%,对各类尺度的裂缝图像检测也体现出良好的鲁棒性.在养护路段应用探地雷达图像智能识别方法的检测结果与取芯验证结果相吻合,表明提出的改进模型在实际工程应用中是可靠的.

基于多尺度加载试验的沥青路面结构参数设计方法

基于江苏省典型路面结构,通过改变试件尺寸、温度和荷载作用次数对SMA-13、SUP-20和SUP-253种材料开展动态模量和蠕变试验。将结果耦合到修正的Burgers模型并在ABAQUS中开发用户材料子程序模型。对室内单轴试验分别采用应变硬化和子程序模型进行模拟、对小型和大型路面加载试验分别进行车辙模拟。结果表明3种材料的动态模量随试件尺寸增加而增大、温度升高而减小;SUP-25的疲劳损伤效应最为明显,在重复加载5400次后损伤值达到了0.419。子程序模拟单轴试验的误差小于应变硬化模型、车辙模拟与小型和大型加载测试结果的误差分别为3.08%和2.83%,说明模型在单层及多层复合材料的应用中都是有效的。模拟表明夏季高温100万次加载的变形量为春季常温的1.8倍;行车速度由22 km/h增加至120 km/h时,变形量减少72.6%;轴载增加100%,车辙深度增加48.52%,表明在高温地区低速路段要尤其限制车辆超载。累计标准轴载作用次数超过2500万次,车辙变形进入加速累积阶段,须及时对该路面结构进行养护维修。

车辆荷载下钢箱梁沥青混凝土铺装受力分析

本文参照实际工程中钢桥面沥青混凝土铺装疲劳开裂这一主要破坏形式 ,应用有限条分析方法 ,构建计算模型 ,通过模拟车辆在桥面纵、横向的不同加载位置 ,计算沥青铺装层上表面的应力应变 ,继而讨论钢桥面几何正交异性特性对沥青铺装层的影响 ,得出与工程实际相符的结论 。

地铁车站嵌套式隔振柱的动力特性分析

为减小车辆-轨道系统产生的竖向振动波通过站台柱传递到车站上部结构,研发了一种地铁车站嵌套式隔振柱。以雄安至北京大兴国际机场快线(R1线)金融岛站为研究背景,在站台柱下部设置异形U状嵌套式钢结构,于嵌套结构间隔处设置橡胶减振柱,进行模态分析以及频域下的加速度传递率分析。研究结果表明:嵌套式隔振柱较传统站台柱在0~200 Hz频率范围内增加了97个隔振频率点,实现了60%以上频率的隔振效果;适当提高异形U状嵌套钢结构底部长宽比、中部支撑宽度以及降低橡胶减振体截面半径会带来基频下隔振性能的提升。以异型U状嵌套式钢结构为主设计的隔振柱能够有效降低地铁车辆-轨道系统产生的竖向振动传递。

橡胶土回填对明挖隧道隔振作用

[目的]在城市轨道交通运营过程中,列车运行引起的振动会对沿线建筑物和精密仪器造成损害,甚至影响人们的日常生活。因此,需研究有效的减振措施。[方法]以雄安轨道交通R1线大里程明挖段区间隧道为例,用橡胶土代替素填土,采用数值模拟方法,在ABAQUS软件中建立相应的隧道-地层有限元模型,分析橡胶土不同阻尼比对明挖隧道的隔振作用。[结果及结论]采用阻尼比为0.04的橡胶土进行回填,最大可使地面竖向振动加速度减小6.2%,振动加速度级降低1.1%;采用阻尼比为0.06的橡胶土进行回填,最大可使地面振动加速度减小11.4%,振动加速度级降低1.3%。两种阻尼比橡胶土对明挖隧道的隔振效果均较为明显。相同测点位置处,阻尼比为0.06的橡胶土对振动加速度、振动加速度级的降低幅度总体大于阻尼比为0.04的橡胶土,最大降低幅度分别可达5.2%及0.667%。

钢桥面系统各项参数敏感性分析

大跨径钢桥桥面系统一般由钢箱梁盖板、纵向加劲肋、横隔板以及沥青铺装层组成 ,在车辆荷载作用下 ,铺装层的受力状态相当复杂。作为沥青铺装层的支承体系 ,钢桥面板体系的结构特性与结构刚度是影响铺装层受力的主要因素 ,因此就可以通过改变桥面系统各项参数来分析桥面系统刚度的改变对铺装层受力的影响程度。本文利用有限条分析方法 ,对影响桥面系刚度的各项参数进行计算分析 ,揭示了钢桥面沥青铺装层受力大小与桥面系统各项参数的内在联系。

AC+CRCP复合式路面温度场有限元分析

根据传热学原理,利用有限元方法分析了AC+CRCP复合式路面的瞬态温度场.共考虑了3种路表与外界热交换的形式:太阳辐射、空气对流换热和空气辐射换热.计算结果与实测值的平均误差为2.0℃,并表现出明显的规律性:随着深度增加,温度、温度梯度、变温速率都会出现变化幅度减小、变化相位滞后的现象;而日温差随深度增加而减小情况可用指数函数来模拟.利用所建模型分析了复合式路面的温度场,结果表明:路表温度主要取决路表与外界环境的热交换;相同天气情况下路面表层材料对太阳辐射吸收率的不同是导致路表温度不同的主要原因;沥青层的临界厚度仅与沥青混合料的导热能力有关.

玄武岩纤维筋拉伸力学性能试验研究

为探讨玄武岩纤维(BFRP)筋的力学性能,分别用引伸计和光纤2种应变测试方法对其基本力学性能进行了研究.由于BFRP筋的抗拉弹性模量低,在BFRP筋中掺入钢丝,研制成了高模量的玄武岩纤维-钢丝复合筋.试验结果表明:BFRP筋的应力-应变曲线为直线;BFRP筋的抗拉弹性模量仅为钢筋的23%,用光纤应变检测的BFRP筋的抗拉弹性模量比用引伸计应变检测的高12.3%;BFRP筋的抗拉弹性模量随直径增大逐渐降低;掺杂钢丝可以显著提高BFRP筋的抗拉弹性模量.

连续配筋水泥混凝土路面裂缝发展规律研究

裂缝位置是连续配筋路面的薄弱面,裂缝间距和裂缝宽度则是CRCP配筋设计的两个控制指标。通过对不同配筋率的两段CRCP路面裂缝进行长期观测,分析归纳了CRCP路面的主要裂缝类型、裂缝形态、裂缝主要参数以及各参数的变化规律。研究发现横向裂缝是CRCP的主要裂缝形式,除了常见形态外,还出现了大量群集裂缝以及Y形裂缝。裂缝可以用裂缝间距、裂缝宽度以及裂缝长度等参数来表征,各参数随配筋率、端部锚固形式、观测气温以及时间而不断变化,相关研究结论可为今后CRCP路面实施裂缝控制技术以及CRCP的优化设计提供有益的参考。

不同轮载对钢桥面沥青铺装层受力的影响

人们已经充分认识了单双轮荷载、重载对路面结构的影响 ,但其对钢桥面铺装的作用与路面结构有很大的差别。本文利用有限条方法分析其对钢桥面铺装层的影响 ,从而为交通轴载控制及确立合理的收费标准提供参考。

CRCP板与沥青混凝土面层间粘结层材料试验研究

CRCP板与沥青混凝土面层组成的复合式路面要发挥良好的路用性能必须确保CRCP板与沥青混凝土面层间具有良好的抗剪切能力。在考虑紧急制动的条件下,应用有限元方法分析粘结层位的最大剪应力分布图,确定两种不同路面结构形式的抗剪切强度,然后在不同的温度条件下,对几种常用粘结层材料进行对比试验,分析其抗剪切能力、粘结力、渗水性以及高温稳定性,推荐一种性能最优的粘结层材料,总结一套粘结层方案选择及性能评价的试验方法。

再生沥青低温抗裂性能评价

基于弯曲梁流变试验和频率扫描试验,对再生沥青的低温抗裂性能进行评价.通过目标性能等级(PG)试验确定再生剂的最佳掺量,采用差别变量(ΔTc)、Glover-Rowe(G-R)常数以及主曲线分析评价再生调和沥青在不同老化状态下的低温抗裂性能.ΔTc和G-R常数结果表明:老化时间显著影响再生沥青的抗裂性能;相较于新沥青,再生沥青对于老化过程更为敏感;沥青路面回收旧料(RAP)掺量越高,再生沥青的抗裂性能随老化时间的衰减幅度愈大;为了保证再生沥青在长期老化条件下的抗裂性能,必需使用最佳用量的再生剂,并且RAP沥青质量分数应严格限制在30%以下.主曲线分析结果表明:再生剂和新沥青对于RAP老化沥青流变性能的恢复作用是不同的,再生剂主要减小老化沥青的劲度,新沥青主要改善老化沥青的相位角,但新沥青的改善作用随老化时间的增加而减弱.

高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋的力学性能

玄武岩纤维筋作为一种耐腐蚀性能优良的新型复合材料筋,因其抗拉弹性模量低以及延性差的不足,限制了它的推广应用.针对此问题,根据复合原理,将钢丝和玄武岩纤维原丝一起拉挤成型,研制出高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋.从理论上分析了玄武岩纤维-钢丝复合筋受力机理,并对其进行了单向拉伸试验研究.试验结果表明,掺杂钢丝可以显著提高玄武岩纤维筋的抗拉弹性模量,并改善其延展性;玄武岩纤维-钢丝复合筋应力应变关系曲线具有双线性特征;复合筋抗拉弹性模量与钢丝掺量呈线性关系,掺杂钢丝24%时,复合筋抗拉弹性模量可达76 580 MPa.

钢桥桥面铺装层间剪应力影响因素及简化计算

为了减小钢桥桥面铺装层间剪应力,建立桥面系三维有限元计算模型,分析了不同荷位、钢板厚度、U肋开口宽度、铺装厚度、铺装模量、层间接触条件以及轴载大小对铺装层间纵横向剪应力的影响,推导了实用的应力简化计算公式。研究发现桥面板不均匀变形使得铺装层间剪应力远大于同条件下的路面结构;影响显著的因素依次为轴载大小、钢板厚度、U肋开口宽度以及铺装参数;层间完全光滑有利于抗剪,但降低了桥面系整体刚度;控制重载,加强桥面系刚度与选择柔性层间粘结材料是减小层间剪应力的有效措施。

沥青混合料高温蠕变失稳点预测模型及参数影响

基于压剪破坏理论,建立了密级配沥青混合料高温蠕变失稳点预测模型,并研究了模型参数的影响因素.利用三轴压缩试验,获得沥青混合料不同围压下高温抗压强度和抗剪强度参数.在相同温度及对应围压下,实施不同载荷水平的三轴动态蠕变试验,得到混合料高温失稳点对应的流变次数F_N,分析了不同围压下F_N变化规律,建立了一个新的预测F_N模型.此外,通过试验对掺加不同添加剂混合料的F_N预测值进行了验证,进一步分析了级配及温度对模型参数的影响.结果表明,沥青混合料失稳点F_N预测结果与试验结果有较好一致性,改变级配或试验温度均会对预测模型参数产生较大影响,而添加剂的影响则可忽略,当温度为60℃时AC20级配混合料参数a,b值比AC13级配参数分别减小约52.1%,18.3%,且同一级配材料随温度升高,参数a波动较大,b则增长明显.

基于PFWD的水泥路面板底脱空评定可行性研究

文章采用PFWD检测了水泥混凝土路面板不同位置处的实际弯沉值,应用统计学理论验证了界首-阜阳-蚌埠高速公路水泥混凝土路面板底脱空遵循横缝不设传力杆的混凝土板脱空发展一般规律,并由此确定了板中不脱空对应的弯沉值;通过三维有限元模拟计算,分析了不同脱空尺寸下不同位置的理论弯沉,得到脱空面积与弯沉量的回归计算式,最终确立了板边板角脱空的弯沉指标。工程实测表明该方法准确有效,可用于水泥混凝土路面脱空的快速评定。

沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面承载力分析

为了防止公路的早期破坏,为长寿命路面结构研究提供理论依据与技术支持,应用有限元方法对沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面进行了温度场与疲劳应力分析。分析结果表明:小于4cm的沥青混凝土面层主要用于改善路面使用性能;大于4cm的沥青混凝土面层可以有效改善路面的温度场,每增加2cm,可满足15%～20%的超载要求。可见该复合式路面能够承受重载和一定程度的超载而不发生疲劳破坏。

聚脂纤维沥青混合料路用性能研究分析

纤维沥青混合料在高速公路建设中得到了广泛的应用。文章通过对比分析有纤维沥青混合料和无纤维沥青混合料的力学特性、水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性能及疲劳性能,全面评价了纤维沥青混合料的优良路用性能,并简单分析了纤维改善沥青混合料路用性能的作用机理,最后从技术经济的角度,定性分析了采用聚脂纤维沥青混凝土作为高速公路沥青路面上面层的经济效益。研究表明,添加聚酯纤维后的沥青混合料具有优良的路用性能。

大跨钢桥桥面铺装有限元分析合理简化模型

为了提高大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型的计算精度,运用有限元正交数值模拟试验对模型参数进行了敏感性分析,利用子模型技术和综合评价方法对模型几何尺寸与边界约束条件进行了优化。发现大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型合理的几何尺寸与边界条件为:纵向为3跨,横向有8个U肋,横隔板高度为1.2m,纵边自由,横边简支,横隔板底固结。对比分析结果表明:该简化模型具有较高的计算精度,横向拉应变误差仅为0.7%,纵向拉应变误差为3.7%。

玄武岩纤维沥青碎石封层性能及合理材料用量

通过板冲击、扫刷、拉拔和直剪试验,研究了玄武岩纤维沥青碎石封层(应力吸收层)的黏结性能.结果表明:乳化沥青用量和纤维用量对纤维沥青碎石封层的黏结性能具有较大影响,合理的纤维用量能起到很好的增黏作用,70mm长的玄武岩纤维和乳化沥青最佳用量分别为85g/m^2和1.9kg/m^2.通过板带直接拉伸、直剪和三点弯曲试验,进一步探讨了乳化沥青用量、纤维用量及其长度对纤维沥青碎石封层低温抗裂、层间黏结和抗反射裂缝性能的影响,验证了在最佳纤维和乳化沥青用量下,纤维沥青碎石封层试件的抗拉强度、抗剪强度及断裂能相较于不掺纤维试件分别提高约37.6%,28.0%和87.4%.