大跨度混凝土连续箱梁桥温度效应研究

为探明大跨度混凝土箱梁桥施工及成桥阶段的温度场及温度效应，以某实际箱梁桥为研究对象，基于现场监测的温度数据，拟合得到日照作用下混凝土箱梁的竖向温度梯度模式，并在此基础上，建立桥梁各阶段的温度效应结构计算模型，重点研究了箱梁桥在现场监测及各国规范规定的温度梯度模式下的温度应力及竖向挠度分布规律，分析了现场监测得到的最不利竖向温差模式下混凝土箱梁截面的横向及竖向温度应力分布规律。研究结果表明：1)中国《铁路桥涵混凝土结构设计规范》(TB 10092—2017)规定的温度梯度模式的计算结果与依托工程桥梁现场监测结果一致性最好，英国桥梁规范接近；2)混凝土箱梁的顶板和底板主要承受横向温度应力，腹板主要承受竖向温度应力。     

隧道下穿松散高填土路堤的沉降规律及其影响范围研究

为解决下穿隧道施工对既有高填土路堤的影响问题，依托成贵铁路大方隧道下穿杭瑞高速工程建立三维有限元模型，研究隧道施工对上覆地层位移影响、地表纵向变形特征以及下穿施工对地表各特征位置的主要影响范围。研究结果表明： 1）隧道下穿施工造成高填土路堤层发生显著沉降变形，上覆地层向隧道正中方向产生明显横向位移； 2）大方隧道下穿施工产生的地表纵向变形可划分为微变形区（洞口浅埋沉降区）、强变形区（高填土路堤沉降区）和弱变形区（地表沉降区）3个区域； 3）大方隧道施工分别开挖至洞口、挡墙和公路路面等特征位置时的地表纵向影响范围分别为开挖前方的75、52、65 m，在此影响范围内地层位移变化强烈； 4）拱顶动态沉降曲线均呈反“S”形特征。结合现场监测数据进行对比分析，得出模拟计算值与监测值变化趋势基本吻合，并最后给出相关施工建议措施。     

基于日照阴影识别的桁式拱肋三维温度场模拟方法

为精确高效地识别桁式拱肋的阴影分布范围并准确计算日照温度场，在传统三维温度场计算方法的基础上，引入三角形重心坐标及栅格加速结构，形成一套高效三维温度场模拟方法。首先，将光线追踪技术的阴影识别算法嵌入ABAQUS软件的自定义热源(DFLUX)子程序，实现了三维日照温度场的数值模拟，给出了详细的计算流程并验证了该方法的准确性；其次，选取高效的相交算法与合理的栅格划分方式解决了复杂结构桥梁阴影识别计算量庞大、计算效率低下的问题；最后，利用该方法计算了桁式拱肋的日照温度场并量化了温度效应。结果表明：提出的模拟方法可以实现阴影的精确识别与结构三维温度场的准确计算，通过引入基于栅格加速结构的三角形重心坐标法可以有效减少阴影识别的计算量，显著提升计算效率;日照阴影对桁式拱肋温度场及温度效应的影响不容忽视，考虑日照阴影后：下弦杆温度纵向波动十分显著，且波动幅度随着太阳辐射强度的增强逐渐增加，相邻的光照、阴影区域最大温差达13.0 ℃,拱肋竖向位移减小19%，上弦管上缘应力最大增加12.9 MPa，下弦管上缘由受压状态转变为受拉状态，应力差值达39.1 MPa;桁式拱肋的日照温度效应十分突出,日照温度作用下拱顶位移变化幅度达76 mm，较钢管混凝土拱肋拱圈施工允许误差大26 mm,最大温度应力达58.7 MPa，为恒载效应的3倍，叠加温度效应后钢管最大初应力为110 MPa，为空管稳定承载应力的32%;提出的模拟方法在桁式拱肋日照温度效应分析中得到了成功应用，亦可应用于大跨复杂结构的施工线形精细化控制、健康监测数据的温度响应分离及结构损伤识别中的温度模态频率剔除等多个场景。     

基于红外热成像技术的钢桥面环氧铺装无损检测可行性研究

红外热成像检测技术为新型的无损检测技术，采用室内模拟试验、实桥工程检测及开挖验证等方法探究红外热成像技术在钢桥面环氧铺装上进行无损检测的可行性。结果显示：1)在室内试验中脱空区域温度会比正常区域温度高1℃～2℃;2)铺装表面温度越高时，红外热成像温度分布的差异性特征越明显，随着太阳辐射的减少，红外热成像温度分布的差异性特征越小，推荐在09:00—15:00时间段进行户外检测，其余时段的检测可行性较小；3)对红外热成像温度分布数据异常区域，开挖后均存在材料夹层、钢板锈蚀、层间脱空等隐性缺陷。这表明采用红外热成像技术无损检测钢桥面环氧铺装质量可行。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...     

钢-混凝土组合梁桥的温度梯度作用——地域差异与等值线地图

为研究组合梁桥温度梯度作用取值的地域差异性，搜集了全国839个气象站的长期历史气象数据，建立了全国91个辐射气象站（有太阳辐射历史数据）太阳辐射预测的Bahel模型，补充了748个常规气象站（无太阳辐射历史数据）各23年的太阳日辐射总量数据。在这些气象数据的基础上，提出了温度作用代表值等值线地图的“逐层绘制法”，该方法首先采用有限元温度场长期计算和气象相关性经验公式分别得到91个辐射气象站和748个常规气象站的温度作用样本数据，随后基于广义帕累托分布（GP分布）的超阈值模型求得各气象站的温度作用代表值，最后，采用空间插值方法绘制各温度作用代表值的等值线地图。采用上述方法，绘制了组合梁桥温度梯度升温模式1、升温模式2和降温模式中各温差代表值的等值线地图。研究结果表明：Bahel模型在中国范围内具有很好的适用性，可用于太阳辐射数据的准确预测和补充；中国组合梁桥各温差存在显著的地域差异性，最大可达到27.89℃，若在一个较大的区域内选取一恒定温差作用取值会明显低估了这种地域差异性；“逐层绘制法”概念清晰，操作方便，是进行温度作用等值线地图绘制的有效方法；所绘制的50年回归期温差代表值等值线地图，可用于全国范围内组合梁桥温度梯度作用的准确取值，所提供的温差数据具有概率统计意义，较现行规范更能满足极限状态设计法的基本要求，对于中国组合梁桥的精细化设计和规范体系的补充具有重要价值。     

基于RSEI-熵权法复合模型的路域生态环境综合评价

以Landsat影像为数据源，运用RSEI模型对郑尧高速郑禹段沿线两侧各6 km路域空间2004年、2013年和2020年生态环境展开动态评价，结合熵权法构建复合模型开展季相综合生态环境评价。结果表明：研究区RSEI指数夏季最高，其次是春季、秋季和冬季；生态环境质量空间变化最明显的是冬季，其次是春季、秋季和夏季，主要原因是耕地和森林受季节变化影响较大；耕地、建设用地与生态环境质量关联性最大，其次是森林、水体和草地；研究区2004年、2013年、2020年综合生态环境指数分别为0.588 7、0.520 2和0.581 6,呈“先变差-再变好”的趋势；RSEI-熵权法复合模型可以有效开展高速公路路域生态环境质量综合评价，弥补单一季相生态环境评价的不足。研究内容可为区域生态环境综合评价提供技术支持，为路域空间可持续发展提供理论依据。     

交通优势度与人口流动的空间格局及互动关系研究

交通建设和人口流动相互促进和制约，两者的协调均衡发展是实现以人为本的交通强国战略的切实保证。引用交通优势度模型、社会网络分析法和耦合协调度模型，对交通和人口流动两个系统的空间分布特征及相互作用关系进行量化分析。结果表明：山东省公路和铁路的交通优势度分别呈现中间高四周低的“核心—边缘”结构和单核心的“放射状”结构；山东省的人流网络密度整体较低，高密度区呈现核心阴影效应，联系强度的空间邻近性显著，城市个体的人口流动势能差异较大；交通系统对人口流动系统的带动和约束作用相对更强，根据发展水平组合关系可分为16类，以超前型和同步型为主，根据耦合系协调关系分可为3类，公路、铁路均以良性协调的类型为主。     

空心高桥墩日照时变温度场及温度效应研究

为了深入揭示空心高桥墩在日照温度作用下的温度场分布规律及温度效应,以衢宁铁路某大桥混凝土桥墩为工程背景,进行空心高桥墩温度场的观测试验。在实测温度场数据的基础上,根据太阳物理学及传热学相关理论,考虑太阳辐射、长波辐射、对流换热、风速等因素,建立桥墩三维瞬态日照温度场有限元数值仿真模型,有限元分析结果与实测数据对比表明两者吻合较好,反映出温度场有限元数值分析的准确性和实用性;在有限元分析的基础上,进一步采用最小二乘法拟合出适合该桥的空心高墩沿壁厚方向的梯度模式,并与规范对比;最后,通过热一结构耦合分析,得到空心高墩在日照温度作用下的应力分布。     

基于数据增强和机器学习算法的盾构隧道引发地面沉降预测及应用

为解决地铁盾构隧道施工引起的地表沉降预测过程中数据样本不足、对数据预处理较为粗糙的问题，选取北京地区32个地铁盾构隧道施工引起的地面沉降数据作为数据库，采用合成少数类过采样技术(synthetic minority oversampling technique, SMOTE)算法对数据库进行扩增，并在此基础上选取BP神经网络(back propagation, BP)、随机森林(random forest, RF)、支持向量机(support vector machine, SVM)和K近邻(K-nearest neighbor, KNN)4种机器学习模型对沉降进行预测分析。分析结果表明： 1）经过预处理后的数据集预测能力显著增强，其中，KNN模型表现最佳，测试集平均绝对误差仅为1.60 mm； 2）采用KNN模型对北京轨道交通12号线西坝河—三元桥区间地层沉降进行预测，基于该模型预测值的Peck公式与实测值拟合度较高； 3）基于数据增强下的KNN模型对于盾构施工引起的地面沉降变形有良好的预测效果。     

基于InSAR的城市群地表沉降监测与基础设施安全预警研究

以长株潭城市群为研究对象，基于InSAR技术建立传感监测网，采用干涉相位差算法，选取稳定PS候选点构建拓扑网，分析城市群的整体沉降趋势，获得关键目标区域的延迟相位分析结果；采用数值仿真技术建立目标结构的数值模型，导入沉降数据，考虑结构自重、温度、车道荷载等因素分析其应力水平，并与规范容许值对比判定结构安全。结果表明：将InSAR技术与数值仿真技术相结合，可实现城市群地表沉降的大面积监测需要，还可为关键基础设施的安全预警提供新方法和新思路。     

新疆天山公路泥石流形成环境研究

泥石流是新疆天山公路的主要病害类型，集中分布在北天山近80km范围内，以粘性泥石流为主。基于大量的现场调研及观测，从新构造应力场的观点分析并获得了泥石流沟轴向与新构造应力场剪切带方向一致的宏观规律；泥石流沟内物源丰富，以寒冻风化物、第四纪冰碛物及冰水沉积物为主，沿程分布在泥石流沟内；天山向西开口的喇叭形地貌格局造就了北天山显著的焚风效应，致使境内地表植被条件差、降雨量小、寒冻风化作用强烈，进而物源稳定性极差；将泥石流形成的诱发因素概化为降雨和气温两方面，明确了境内公路泥石流在强降雨后4～5h内暴发的根本原因。研究成果为天山公路泥石流的进一步研究及有效防治提供了重要依据．     

基于监测数据的斜拉桥伸缩缝服役性能评估

为掌握斜拉桥伸缩缝服役状况,摸清斜拉桥服役性能影响因素,评估斜拉桥伸缩缝服役性能,以某斜拉桥伸缩缝一年的监测数据为对象,研究伸缩缝服役性能,并提出伸缩缝运营监测方法。首先,分析了伸缩缝位移与温度的相关关系,并采用多元混合高斯模型建立了伸缩缝位移的概率分布模型;然后,采用线性回归的方法建立了温度—伸缩缝位移相关关系表达式,并基于回归关系剔除温度效应,得到随机荷载作用下的伸缩缝位移,同时分析了随机荷载作用下伸缩缝位移的概率特性,建立了概率分布模型;最后,基于伸缩缝位移概率分布结果,提出改进的均值控制图方法,将其用于伸缩缝异常值检测。研究结果表明,温度荷载对于伸缩缝位移的影响具有长周期、大幅度的特点,随机荷载引起的伸缩缝位移具有短周期、小幅度的特点;多重荷载耦合作用下的伸缩缝位移呈现多峰高斯分布特性,随机荷载作用下的位移分布呈现单峰正太分布的特点;提出的改进的均值控制图方法能够适应伸缩缝位移数据强随机的特点,相较于传统均值控制图方法,既能够识别得到数据丢包的异常情况也能识别得到更多的位移异常值。提出的伸缩缝监测方法能够用于实际斜拉桥伸缩缝异常值检测。     

拉脱法检测技术-时间及温度效应修正

预应力钢绞线张拉完成后，有效预应力会受时间及温度的影响而发生变化。为了准确揭示锚下有效预应力在温度和时间影响下的变化规律，提高拉脱法检测技术在实际工程中的测试精度，进行了时间效应和温度效应的试验研究。当钢绞线张拉时，在锚下放置压力传感器（可同步采集温度数据），对不同跨度、不同截面形式预制梁中的钢绞线进行锚下有效预应力及温度的实时动态监测。其中长期试验（1个月）40束，短期试验（72 h）27束，分别用于分析温度及时间效应对于锚下有效预应力变化的影响，并对大量的测试数据进行数理统计分析。研究结果表明：500 h前，锚下预应力存在整体的衰减趋势，且出现类似正弦波的变化，该变化由温度变化导致，相比时间效应，温度对锚下有效预应力的影响较小；500 h后，预应力的衰减趋势减小，处于相对平稳状态；48 h内，不考虑温度影响，67根钢绞线的衰减规律存在一定离散性，且离散性随时间的增长而增大；每组钢绞线预应力残余率在48 h内均服从威布尔分布。研究得到的锚下有效预应力温度和时间效应修正公式可对实际桥梁工程检测中拉脱法的测试结果进行温度和时间修正。     

超声张拉法索夹螺杆力测量异常数据识别

超声张拉法是目前测量悬索桥索夹螺杆轴力的常用方法。由于实际工程现场工作环境复杂，因此可能在测试各环节中引入误差；此外，设备精度和环境因素也可能对测试结果产生影响，最终会导致计算的螺杆力出现较大偏差。针对上述问题，在分析了超声张拉法索夹螺杆力测量结果中数据的局部异常情况和整体异常情况的基础上，提出了能够提高拟合准确度的局部异常数据点识别方法，以及能够发现错误测量结果或异常工作状态的数据整体异常识别方法，然后通过分析实验室测量数据，验证了所提出的异常数据识别方法的有效性。将该方法应用于南沙大桥大沙水道桥上、下游螺杆实测数据的误差分析中，取得了良好的结果。     

赣深高铁龙南隧道大型富水断层破碎带施工技术

为解决富水铁路隧道断层破碎带极易突水涌泥的难题，依托赣深高铁龙南隧道F8断层施工，采用地表抽水试验获取F8断层破碎带岩土体渗透系数、抽水影响半径等水文地质参数，提出“地质雷达+TSP+超前钻孔”综合预测手段超前探测断层影响区，并采用“分水降压+内堵外固+安全监测”等综合处理措施。结果表明： 1）通过地表抽水试验计算得出，渗透系数为0.309 7～2.803 2 m/d，抽水影响半径为247.59～763.31 m，验明隧道断层水具有承压性，为降排水提供依据； 2）运用综合地质预报精准探测隧道掌子面DK99+435已提前进入F8断层核心区； 3）采用综合处理措施，断层水可控排放，注浆后取芯率为85%，涌水量为0.83 L/(m·min)，注浆加固效果良好。     

基于YOLOv5和DeepLabv3+的桥梁结构病害智能识别技术

传统以人工为主的桥梁表观病害识别方式存在着效率低下、风险高等问题，已不能满足当今桥梁检测任务的要求。针对上述问题，本研究结合目标检测与语义分割技术，提出了一套桥梁表观病害智能识别算法，完成了桥梁病害的智能识别与尺寸计算任务。研究中通过多种手段收集桥梁病害图像，构建桥梁表观病害目标检测数据集和语义分割数据集；训练了YOLOv5病害识别及定位网络和DeepLabv3+病害区域提取网络；对病害区域提取结果进行噪点去除、毛刺剔除、裂缝体分解等预处理后，采用邻域划分和正交骨架实现了病害长、宽尺寸的计算，并在桥梁实拍病害图像上进行了算法测试。本研究开发的病害识别技术实现了桥梁表观病害高效率、高精度的自动识别和尺寸计算，提升了桥梁检测的工作效率和安全性。     

基于压实实时监测的高填方基础薄弱区快速识别研究

高填方路基基础薄弱区域的存在不利于其工后沉降控制。通常采用的事后试验检测不仅无法在事中及时发现薄弱区域反馈施工，且难以实现作业区全域检测。基于智能碾压技术的压路机车载压实监测指标能够表征一定影响深度范围内的基础承载能力，为填筑过程中实时、连续检测高填方基础薄弱区提供了可能。基于此，考虑快速傅里叶变换(FFT)对碾压振动加速度信号进行频谱分析时存在的栅栏效应与频谱泄露现象，提出了基于四项三阶Nuttall窗的改进FFT计算压实监测值的方法；通过现场试验建立了压实监测值与高填方基础回弹模量的关系模型；给出了利用碾压过程中实时采集的压实监测指标进行全工作面快速基础薄弱区域识别的标准与方法。在土石混填高填方路基上的实例应用结果表明：改进FFT方法可抑制频谱泄露与栅栏效应，其计算的压实监测值与基础回弹模量具有强相关性，拟合系数R²为0.881 1;提出的薄弱区域快速识别方法能够以较小的误差有效识别薄弱区域。所提方法为高填方基础薄弱区的连续、无损、快速识别提供了有效途径，有助于控制高填方工后沉降，确保公路运行安全。     

基于监测数据衰减响应模式提取的斜拉桥阻尼比特性分析

运营环境下桥梁受到的车辆荷载是非平稳的，不满足一般运营模态分析方法的基本假定，在桥梁阻尼比识别过程中可能引入较大误差。为了提升基于非平稳监测数据的桥梁阻尼比识别准确性，探究其变化规律，提出了一种基于衰减响应模式提取的桥梁阻尼比识别方法，从大量的识别结果中分析阻尼比在运营期间的统计特征及规律。该方法利用U-net卷积网络从桥梁的监测数据中提取出衰减响应数据，进而利用希尔伯特变换方法识别桥梁阻尼比。分析了一座独塔斜拉桥2年的监测数据，并识别了桥梁前2阶竖弯模态的阻尼比，统计了其在不同时段概率密度分布，分析了温度和交通荷载对阻尼比的影响规律。研究结果表明：所提方法可以从海量监测数据中有效提取出监测数据中的衰减响应；桥梁阻尼比分别与环境温度及交通荷载存在弱负相关和强正相关关系；桥梁阻尼比受车辆荷载影响显著，主要来源于摩擦耗能与车桥耦合效应，前2阶阻尼比平均值在车辆较少时分别为0.72%和0.58%,白天车流量较大时阻尼比平均值分别为1.05%和0.79%。     

风积沙路基土土-水特征曲线温度效应研究

风积沙非饱和土是沙漠地区公路路基主要填筑材料，其力学性能受赋存气候环境温度影响显著。为研究温度变化对风积沙路基土土-水特性影响规律，在考虑温度对非饱和土表面张力和润湿系数综合影响的基础上，推导建立能够反映温度变化效应的土-水特征曲线模型方程，并基于ASTM D5298滤纸法测试不同干密度风积沙路基土土样在20℃、40℃和60℃条件下达到平衡时的土-水特征曲线，验证建立模型的合理性。结果表明：风积沙土-水特征理论模型曲线与实测值吻合良好，相关系数均在0.93以上，模型合理有效；在高温或低吸力区，温度对风积沙土-水特性影响显著，随着温度升高，土-水特征曲线整体向右下方偏移；在含水率较低的高吸力区，风积沙基质吸力对干密度变化更加敏感，干密度越大，基质吸力越大。所得结论为利用非饱和土理论研究风积沙路基土力学性能奠定了理论基础。