初应力法模拟隧道开挖过程的有限元原理及列式

阐述有限元方法模拟隧道开挖过程的理论和公式,提出分析中的若干基本概念和问题,描述采用ANSYS软件模拟开挖的原理和步骤。通过算例说明模拟分析的有效性。     

某预应力混凝土连续梁桥腹板裂缝成因分析

在分析预应力混凝土箱梁开裂主要原因的基础上,应用大型有限元软件Ansys,考虑纵、竖向预应力损失对腹板主应力的影响,分析了预应力混凝土连续梁桥的腹板裂缝问题,并结合有限元计算结果同某预应力混凝土连续箱梁桥裂缝现场观测资料进行对比研究,得出了一些重要而有益的结论。     

基于非参数回归的快速路行程速度短期预测算法

基于北京市快速路上的检测器所采集的历史数据，经过数据筛选，剔除判别，小波滤噪平稳处理，聚类分析等过程，建立了交通状态演变系列的历史样本数据库。基于所构建的历史数据库，通过数值试验，确定了状态向量、距离匹配原则，K近邻值等参量，构建了一种基于K近邻的非参数回归短时交通预测模型，实现了对路段行程速度的短时预测。最后，利用随机选取的历史数据系列对预测模型的精度进行了检验。结果表明，预测算法的精度可以达到90％以上，可以很好地满足ITS应用系统对于交通预测数据的精度要求。     

基于HLA的智能交通信息试验平台研究

从智能交通信息平台的概念出发,研究利用已有的智能交通系统资源建立智能交通信息试验平台。首先对比分析了已有的平台体系结构开发方法,即面向过程的开发方法和面向对象的开发方法,两者都已不能适应复杂大系统的开发需求。通过引入计算机建模与仿真领域的HLA（高层体系结构）技术,创造性地提出了基于HLA的体系结构开发方法,结合信息试验平台需求分析,设计了智能交通信息试验平台的逻辑结构。平台分4层来组织,分别是基础数据层、数据库层、应用服务层和用户主体层,在若干接口程序的衔接下,各类联邦成员协同作用以实现信息平台的功能。结合现有的技术设备条件,实现了信息平台的物理连接。平台搭建后运营正常,已接入信息平台的ITS系统包括车载导航系统和城市商用车辆调度系统,并为其他子系统的接入预留了接口。     

预应力TRM加固混凝土梁最优预应力计算方法

为了扩大纤维织物网增强水泥聚合物砂浆加固技术(TRM)在钢筋混凝土梁加固上的应用范围,深入研究预应力TRM的力学机理,探索纤维预应力的合理取值范围,提高加固设计计算精度。基于预应力TRM加固混凝土梁模型试验与非线性损伤数值试验交互验证,对比分析了原结构和加固结构承载全过程力学机理,在参数影响规律研究的基础上,建立了分析模型,提出了计算方法,得到以下结论：预应力TRM可以有效改善被加固梁截面的受力状态,提高纤维材料强度的利用率;随着纤维预应力的增大,被加固梁承载力存在一个极值点,此极值点对应的纤维预应力即为最优预应力。最优预应力率并非定值,它随纤维加固量的增大而增大,随混凝土强度的增大而减小,初始荷载对其影响可以忽略。以受拉钢筋屈服、受压混凝土压溃、TRM达到设计强度,即3种材料强度均得到发挥,为最优破坏模式,给出的预应力TRM加固混凝土梁正截面承载力的计算方法及其参数优化后的简化计算公式,并进行了精确性验证,可直接应用于设计计算。研究揭示了TRM加固混凝土梁最优预应力的力学机理,提出了可直接应用预应力TRM加固混凝土梁的计算分析方法。     

信号交叉口行车风险场建立及车辆通行行为优化

随着汽车逐步向智能化、网联化发展,智能网联车辆逐步进入实际应用阶段。进行智能网联车辆的通行行为优化,对提升驾驶安全性和行车效率,避免事故发生和交通拥堵至关重要。车辆在通过交叉口时将受到很多环境及运动因素的影响,而现有的通行优化模型难以准确表达各类因素共同作用下的行驶环境。为此,基于风险场理论建立由环境场和运动场组成的信号交叉口行车风险场,表征信号交叉口中每点的实时行车风险程度,从而引导车辆驶向风险值低点,并提供下一步长的位移及速度指引,实现车辆的动态轨迹优化及速度控制。典型场景下的仿真结果表明：在优化模型的控制下单车的信号交叉口通行效率明显提升,其中直行方向车辆单车平均通行效率提升最高,平均提升6.35%,通过对交叉口面积内所有车辆进行通行行为优化,交叉口通行效率提升了9.3%,这表明所建模型可以准确表达交叉口行车环境并优化车辆通行行为。研究结论可应用于自动驾驶车辆的交叉口通行控制,并为网联环境下的行车环境表达和安全驾驶控制提供模型基础。     

黄土地区抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成演化过程试验

抗滑桩是大型交通基础设施中稳定边坡和治理滑坡的主要手段之一,嵌固段桩前被动土拱效应是影响抗滑桩水平承载力的重要因素,被动土拱的形成演化过程是抗滑桩水平抗力调整的关键。通过几何缩尺比例为1∶15的抗滑桩物理模型试验,对桩前被动土拱的形成演化过程进行了探究。根据抗滑桩桩前被动土拱和模型试验系统的对称性,自主设计土压力传感器的布设方案,以保证在试验过程中对桩前土体各测点的x和y方向土压力分布规律进行实时采集;采用千斤顶对模型桩施加水平荷载,对加载过程中抗滑桩嵌固段桩身弯矩、桩前土压力及桩前土体应力变化规律进行了分析。绘制桩前土体应力云图并对桩前被动土拱拱轴线进行了拟合,同时采用数值模拟方法进行对照分析,以揭示桩前被动土拱的演化过程。结果表明：①桩身弯矩和桩前接触土压力均在嵌固点下4倍桩宽处附近出现极大值,后随埋深逐渐减小;②桩前被动土拱是由相邻桩对桩前土体的相互作用使主应力发生偏转而逐步形成的,其演化过程可分为初步形成阶段、承载阶段和破坏阶段;③桩前被动土拱拱轴线呈抛物线形式,随埋深逐渐增大形成被动土拱所需桩顶位移随之增大;④同一埋深处桩前被动土拱矢跨比随桩顶位移增加而逐渐变大,在承载阶段土拱矢跨比随埋深逐步减小。     

随机运输时间下集装箱海铁联运箱流径路优化方法

集装箱在海铁联运过程中容易受到各种不确定因素的影响, 导致运输时间波动, 进而影响货物的送达准点率。为有效降低不确定运输时间的影响, 兼顾运输过程的经济性和绿色可持续性优化集装箱海铁联运箱流径路。采用随机机会约束规划构建运输总费用最少和碳排放量最低的多目标模型。在约束条件中引入铁路和海洋期望运到时间, 并对超过期望运到时间的径路进行惩罚处理, 保证运输径路的优越性。考虑一站直达和中转换装这2种运输组织模式, 克服现有研究未考虑货源是否充足的缺陷。运用不确定及概率论相关理论知识将不确定约束转化为线性约束。以西安至洛杉矶的集装箱货物出口径路优化为案例背景, 采用NSGA-Ⅱ算法求解, 并通过贪心算法改进初始化种群以及基于logistics分布的概率选择算子改进精英选择算子。通过对比分析得到以下结果: ①算法优化后运输总费用减少23.15万美元, 碳排放减少6.69 t, 同时算法求解速度提高了75.36%;②将本文模型选用的随机规划和模糊规划进行对比, 发现随机规划解集数量多于模糊规划, 且二者在相同输送径路中的运输总费用和碳排放量均优化了10.65%。因此本文模型和算法具有良好的优化效果。进行灵敏度分析, 观察置信水平以及时间影响系数对目标函数和货物送达准点率的影响。结果表明: ①较高的铁路和海洋运输置信水平会提高货物的运输总费用。②时间影响系数和货物送达准点率呈负相关, 影响系数越大货物送达准点率越低。     

考虑礼让行人的信号交叉口配时优化方法

为提高机动车礼让行人背景下的人车通行效率,研究了基于叠加相位设计的信号交叉口配时优化方法。以西安市1个典型交叉口为例,分析机动车与过街行人冲突情况;在Webster配时模型的基础上,提出叠加相位设计与人车冲突时空分离策略相结合的信号配时优化方法,并给出行人信号早启时间、人车绿时分离设置阈值的计算方法;运用VISSIM仿真软件,对不同信号配时优化方案的效果进行验证。研究结果表明：与现状相比,所提出的配时优化方法可分别降低各类延误27.11%（车均）、22.41%（人均）、27.08%（车辆总计）、22.49%（行人总计）和26.15%（交叉口总计）,减少各类污染物排放3.76%（VOC）、3.76%（CO）、3.76%（NO_x）,并降低燃料消耗3.78%。该方法能有效改善信号交叉口的通行效率,缓解人车冲突。     

考虑拥堵空间排队与溢出的道路网静态交通流分配

为刻画拥堵空间排队与溢出现象对交通流分配的影响,提出考虑拥堵空间排队与溢出的道路网静态交通流分配问题,并构建相关的求解算法,用于描述交通需求在起讫点移动过程中路网整体的宏观运行状态。首先,丰富和完善考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配的相关假设,提出次生瓶颈、拥堵干扰与渗透和分段化路段阻抗等基本概念和理论,来刻画拥堵交通瓶颈、拥堵空间排队等交通现象;其次,建立网络瓶颈识别算法和空间排队回溯算法,基于此构建考虑拥堵空间排队和溢出的增量分配算法,用于求解交通流分配的结果;最后,通过使用一个具有说明型的算例进行对比分析。研究结果表明：建立的瓶颈识别、排队回溯和增量分配算法可以识别路网中的瓶颈位置及其拥堵排队区域,并可计算得到各路段上的分段分配流量;与点排队只影响瓶颈路段的运行状况和均一的路段分配结果相比,可有效描述路网整体的宏观运行状态以及由于拥堵空间排队所导致的拥堵干扰与渗透现象;不同于“时间片”的伪动态交通流分配模型,新建算法的分配结果是“全时段”与“整体性”的路网宏观运行状态,包含了拥堵瓶颈的具体位置和空间排队的干扰与渗透情况;一般拥堵点排队模型和基于“时间片”的拥堵空间排队模型难以刻画拥堵干扰与渗透现象以及路网整体的宏观运行状态,故所建立的分配方法是对传统拥堵交通流分配的丰富和发展。