基于机器学习的路表温度预估方法研究

依托实测路表温度与气象数据,基于路面温度场热平衡方程,分析影响路表温度的主要因素;选取历史路表温度与气象参数作为特征,通过LightGBM(轻量级梯度提升机)对中短时间尺度内的路表温度进行预估.结果表明,水泥、沥青2种路面短期(1 h)预估结果均方根误差分别为0.82,1.12℃,中短期(3h)分别为1.31,1.86...     

海南高速公路沥青路面路表温度分布规律与预估模型

为准确掌握海南地区高速公路沥青路面路表温度变化特点及规律,提出一种基于路面状态的路表温度分布规律的分析与建模方法。以海南新型交通气象站1年多的路面状态和交通气象要素的跟踪观测数据为基础,根据数据特点,制定交通气象监测数据分析流程,分析路表温度与不同季节、不同路面状态、不同时段的影响关系;在此基础上,采用统计分析方法,建立了观测点所在路段路表温度与大气温度的预估模型,并在不同路面状态下检验模型效果。分析结果表明:路表温度与大气温度具有很好的相关性,且在不同季节、不同时段下的分布特性不同,拟合的预估模型具有较好的准确性和工程适用性。     

旧水泥路面加铺沥青层结构温度场特性及数值模拟

为研究旧水泥路面加铺沥青层结构温度场特性,采用预埋温度传感器的方式实测路面温度场,根据传热学原理建立旧水泥路面加铺沥青层结构的非线性瞬态3D温度场计算模型。基于实测气象资料,用修正后的双正弦函数、Fourier级数分别表示气温、太阳辐射,作为模型边界条件,采用ANSYS对路面温度场进行数值模拟并与实测温度场对比。研究结果表明:旧水泥路面加铺沥青层结构温度场一天的变化趋势是先降后升再降,升温速率明显大于降温速率,正负温度梯度交替出现,易诱发温度疲劳裂缝;各路面结构层的温度、温度梯度和变温速率的变化幅度随着深度增加而减小,且峰值、峰谷出现时刻随深度逐渐滞后;路面最高温度、最大正温度梯度均出现在沥青加铺层,应提高沥青加铺层抗高温车辙的性能;加铺层有效降低了水泥混凝土层的温度翘曲应力;依实测气温资料修正后的双正弦函数可以很好地模拟近路表气温的日变化规律;路面结构温度场的模拟值与实测值的偏差在3℃以内,说明该温度场模型具有很高的预测精度。     

沥青路面路表温度预估模型研究

以山东省永久性沥青路面试验路为研究对象,通过在试验路布设气象观测站,在沥青路面结构不同深度处埋设温度传感器,实测了2007—2008年每1 h的路面温度和气象数据。以距路表面20 mm深度处的路面温度作为路表温度,研究了试验路路表温度的分布规律,对路表温度与气温、太阳辐射强度、降雨之间的相关关系进行了计算分析。考虑到降雨对路面材料热学传导参数的影响,分别研究了雨天和晴天(或阴天)两种天气情况下沥青路面路表温度与气温的相关关系,建立了基于晴天(或阴天)和雨天时路表温度的预估模型。分析结果表明,沥青路面的最高温度和最低温度均出现在距路表面一定深度范围内,雨天情况下路表温度与气温存在着密切相关性;晴天和阴天时,前1 h的平均气温和前3 h的平均太阳辐射强度可以较为准确地反映路表温度。路面温度实测值和预测值的对比表明,预估模型具有较高的预测精度和实用性。     

基于非稳态温度场解析解的沥青混凝土路面温度分布研究

研究以实测气象资料来预估沥青混凝土路面结构层内温度场的分布状况为目的.通过分析太阳辐射、大气温度两种主要影响参数,运用传热学理论建立沥青混凝土路面二维非稳态温度场解析方程.并在云南大理地区埋设温度传感器进行实时数据采集,对计算模型和实测数据相关关系进行了对比分析.最终在云南省不同温度分区基础上,计算得到不同路表温度的结构内部温度分布曲线.研究结果表明:建立的以太阳辐射和大气温度日变化规律为基础的温度场解析方程模型计算结果与实测结果相比,误差最大3℃左右;温度分布曲线反映出在不同路表温度时,结构内部一定深度内温度分布的规律性和温度梯度的改变趋势,能有效地帮助材料设计,计算结果证明了该模型的合理性和有效性.     

路表温度对沥青路面疲劳损伤的影响

为准确评价温度影响下沥青路面结构的抗疲劳性能,解决采用某单一固定温度预估疲劳损伤不够精确的问题,以德国德累斯顿工业大学提出的路面温度场预估模型为例,基于Miner疲劳累积损伤定理,分析路表不同温度及其组合对沥青路面疲劳损伤的影响.通过大量实测的路表温度数据,确定不同的路表温度组合及其组合内温度区间的温度代表值,研究路面结构疲劳损伤变化的规律.分析结果表明:采用由多个温度区间组成的路表温度组合预估疲劳损伤比用某单一固定路表温度预估更精确;组成路表温度组合的温度区间划分越多,路面结构疲劳损伤预估的精度越高;温度区间划分越少,区间内选取不同的温度代表值预估路面结构疲劳损伤差异越大;温度区间内温度代表值取区间上限高温,对沥青路面结构疲劳损伤的影响远比区间下限低温影响大.     

沥青路面车辙预估模型验证研究

为准确预估车辙量,有效指导沥青路面结构材料设计,在充分调研山西省3条典型沥青路面车辙数据的基础上,对由同济大学提出的经验分析法车辙预估模型进行验证,并对该预估模型涉及的车辙影响因素进行敏感性分析。结果表明：预估模型得到的面层各亚层车辙预估值与实测值相差较大,但预估得到的沥青路面车辙总变形与实测值较为接近,祁临高速公路偏差15.8%,离军高速公路偏差仅为9.0%;车辙影响因素敏感性分析结果表明,路面温度对于车辙变形的影响最为显著。     

热风循环式就地热再生沥青路面温度场

就地热再生是预防性养护,研究热风循环加热方式下就地热再生沥青路面的温度场,有助于提高施工机械的加热效率及施工过程中的质量控制。通过分析热风循环加热原理,确定路表热量来源由热风对流换热和固体间表面辐射传热两部分组成,在此基础上建立就地热再生路面温度场模型,采用有限差分法的离散方程进行计算,得到路面各层温度随加热时间、路面深度、风速、机械行驶速度的变化特点。计算结果表明:路面各层温度随加热时间的增加而升高,路面深层的温度变化呈现明显的滞后性;路表温度随环境风速的增大而降低,当风速增加时,路表温度近似呈抛物线形式降低;风速变化对路面温度的最大影响深度大致在路表以下1.0~1.5cm,为提升加热效率,建议在风速小于5 m/s的环境下施工;加热机械的行驶速度对路面各层温度影响较大,建议施工时控制加热机行驶速度低于2.5~3.0 m/min内。     

基于有限差分法的路表温度预估模型

以山西大同结构试验区为研究对象,基于实测路面温度与气象数据,分析了路表温度的变化规律。利用有限差分法求解了路面温度场热传导方程,建立了短时路表温度数值预估模型。结果表明,以气温、太阳辐射、风速等气象数据预估路表温度,平均误差在0.5℃以下,均方差为2.5℃左右。分析了不同季节与气象条件下,预测误差的分布特点。结果表明,忽略天空有效温度与气温的差值,将会造成预估温度系统性偏高。纳入该因素后,预估精度得到明显改善。     

基于ABAQUS模拟的TOR橡胶沥青路面应力响应分析

借助大型有限元软件Abaqus建立沥青路面结构模型,根据室内试验所得数据确定材料的参数,选取适合TOR橡胶沥青的路面结构,分析在标准荷载作用下路面各层层底的应力值以及路表弯沉值与路表剪应力值,并与SBS改性沥青路面结构进行对比,得出沥青面层所受拉应力值随着上面层模量的增大而增大,SBS改性沥青路面结构路表的弯沉值要小于TOR橡胶沥青路面结构路表弯沉值,SBS改性沥青路面结构的剪应力值要大于TOR橡胶沥青路面结构的剪应力,SBS改性沥青路面结构抵抗车辙变形的能力不如TOR橡胶沥青路面结构,并通过铺筑试验路,埋设了传感器,实测路面层底应力值,验证了模型的可靠性.     

Prediction of Expressway Surface Temperature

应用地表热量平衡方程,考虑太阳短波辐射、大气和地面的长波辐射、潜热、感燕传输等能量之间的平衡,并考虑水汽、气溶胶、浮尘以及云等对太阳短波辐射的吸收和散射,建立了一种较实用的道面温度预报模型.对北京市回龙观站和大羊坊北桥站2011年夏季及冬季对道面温度和自动气象站的常规气象要素观测进行模拟分析,并与该时段内所测到的道面温度进行对比.结果表明:两站道面温度的预测值与实测值的相关系数均在0.90左右,雨雪天时相关系数较小.这表明该模型具有一定的预报水平,且对夏季和冬季不同天气条件下道面温度预报结果均较好,可以运用于高速公路路面状况的实际预报中.     

帕劳国预应力连续箱梁长期下挠分析

帕劳共和国科罗尔岛-巴伦尔图阿普岛桥(简称KB桥)为主跨241 m的预应力混凝土箱梁,通车后KB桥发生长期下挠,严重影响其正常运营,最后垮塌,其教训值得反思。该桥于1977竣工,运营18年后挠度达到1.61 m,1996年对该桥进行了体外预应力加固,却在加固后3个月发生垮塌。挠度分析结果表明:传统的梁理论与三维空间分析相比,误差高达20%,且宽跨比越大,误差越大。三维有限元空间分析采用多种徐变收缩计算模型:美国ACI模型、日本JSCE模型、CEB-FIP模型和GL模型,其挠度计算值要比(18年后)实测值低50%~70%,预测的变形也与实测不符;预应力损失计算值为22%~24%,远低于实测值50%。唯一基于理论的B3模型,采用经验值参数计算得到预应力损失40%,18年后挠度计算值比实测值低42%。如果根据长期实测值调整输入参数,结果可与实际更符合。对于早期挠度及其预测,B3模型能够合理地考虑因截面厚度差异产生的收缩和干燥徐变的速率差异。此外,B3模型还可考虑温度差异和顶板可能发生的开裂。     

路面内部结构状况与路表多指标关联模型构建

为了通过水泥混凝土路表技术状况指标快速评估路面内部结构状况(损坏状况和力学参数),探究路面内部结构状况(力学参数和损坏状况)与路表多指标之间的关联关系。路面内部结构损坏状况通过三维探地雷达检测,弯沉、弯沉盆及接缝传荷能力系数等力学参数通过落锤弯沉仪检测,进一步根据检测得到的厚度及实测弯沉盆反演路面结构层模量。收集和整理路表多指标数据,并对路表多指标与路面内部结构状况指标的相关性进行分析,构建路面内部结构状况与路表多指标的关联模型。结果表明:路面内部结构状况指标之间均存在非常强的关联性,皮尔逊相关系数绝对值超过0.9;单一路表指标与路面内部结构状况任一指标的皮尔逊相关系数绝对值均小于0.4,路表指标与路面内部结构状况指标的相关性较低;路面内部裂缝率、接缝传荷能力系数、水泥混凝土板模量、基层顶面当量回弹模量指标与路表多指标PCI、RQI、SRI之间的关联模型相关系数大于0.9,路表破损状况指数PCI的贡献最大。证实通过路表多指标数据可对路面内部结构状况(损坏状况与力学参数)进行分析和评估是一种高效可行的方法。     

沥青路面结构非线性瞬态温度场数值模拟

为了较准确地预测路面结构温度分布,解决实测耗费大的问题,基于热传学原理,建立沥青路面结构体系的非线性瞬态温度场计算模型,借助路面所处地区的标准气象资料,确定温度场的边界条件和初始条件,采用ADINA有限元进行分析求解.计算结果表明:沿路面深度方向,温度呈非线性分布并出现变化幅度减小、变化相位滞后的现象;日温差随路面深度增加呈指数分布迅速减小.计算结果和实测值的对比分析表明,该模型具有很高的预测精度.     

基于ARIMA的路面低温短临预测方法与模型

本文以试验观测站冬季历史路面温度数据为样本数据,按照一定时间间隔,周期性提取数据,并按照日期为标准进行排列,得到路面温度时间序列数据,利用R软件建立了路面温度随时间变化的短临预测的ARIMA模型,研究基于高级统计建模方法的公路路面温度短时临近预测方法,并对路面温度时间序列特性及预测结果进行比较分析,形成基于ARIMA模型的路面温度短临预测方法及模型建立。通过路面温度数据采集、路面温度预测及对比分析,验证了基于ARIMA模型与方法的在未来1~3h内路面温度短临预测方法的准确性、可靠性与适用性。     

基于时间序列法的高速公路沥青路面车辙预测模型研究

由于影响车辙的因素较多而且较复杂,常规的数学方法建立的车辙预测模型难以准确预测路面车辙的发展趋势.该文依据湖南潭邵高速公路沥青路面车辙深度历年数据,利用时间序列法建立了能考虑不同数量滞后值的时间序列路面车辙深度预测模型,并对预测模型的修正性进行了分析.模型预测值与实测值对比表明,时间序列法具有较高的预测精度,且其易修正性是其他预测方法所不具备的.     

基于广东省路表实测温度的沥青路面抗滑特性研究

温度是沥青路面抗滑性能的主要影响因素,直接关系着行车的舒适性和安全性。基于广东省路表实测温度,开展气温与路表实际温度的关系研究,提出了基于气温数据的路表实际温度预测公式;通过开展路表实测温度对路面横向力系数的影响研究,建立了路表实际温度与横向力系数间的关系式,为广东省沥青路面温度的预测及抗滑性能温度修正提供依据。     

水泥混凝土路面的温度梯度日极值预估

温度梯度的大小受外界环境如气温、辐射、风雨等因素的影响较为显著,基于大同、宁波、广州三个气象观测站近一年的气象、路面温度等数据的采集分析,引入前一日的太阳辐射数据(Q-1)作为预估模型的参数,提高了前人基于气象参数对水泥混凝土路面日温度梯度最大值的预估模型的精度;采用路面表层温度这一较容易获取的温度数据(包括路表日最高温度Ts,max与路表日最低温度Ts,min)对标准厚度路面的日最大温度梯度进行预估的模型;引进路面温度梯度日振幅ΔTg这一概念,提出路面日温度梯度最小值与日温度梯度最大值之间的指数关系。     

不同车速条件下路表弯沉的变化规律

为探明不同车速条件下路表弯沉的变化规律,依托实体工程,建立三维有限元公路模型,采用动态材料参数,开发了动态车辆荷载模型,计算了多车速条件下的路表弯沉.结果显示,路表弯沉时变曲线分为压缩、拉伸两个阶段;车速由40 km/h提升至100 km/h,路表弯沉峰值增加超过5％.动态计算结果表明,高车速时路面疲劳寿命降低,轮胎和路面间冲击作用是路表弯沉增大的主因.     

路面非周期一维温度场的傅里叶级数解

首先把路面温度场简化为非周期一维温度场,用分离变量法得到齐次边界条件下与温度场基本方程相容的傅里叶级数;然后用格林公式在边界展开热传导方程,得到傅里叶级数系数的常微分方程组,并用拉普拉斯变换求解;最后用实测数据标定的材料参数预测路面温度场。分析结果表明：傅里叶级数第4项仅在-0.1℃～0.1℃范围内波动;初始温度扰动对温度场有短时影响,如果扰动深度增大则影响时间变长;用实测数据标定模型后,模型可以较准确地预测路面温度场,标准差为1.88℃。