摘要：为实现3D打印纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)桥梁工程构件力学性能的精确分析,推进3D打印FRP技术在桥梁工程中的应用,本文分别从理论及试验角度对3D打印FRP的关键力学性能进行了探索。首先,结合打印FRP的细观结构空间几何特征,提出了打印丝连续假设。进而,基于该假设及面内应力转轴模型,构建了层内应力下3D打印FRP的杨氏模量分析预测模型。同时,考虑材料的多种失效模式,基于Tsai-Wu理论建立了层内应力下该材料的抗拉强度分析预测模型,且该模型考虑了4种不同的剪切强度计算模式。其次,考虑材料的打印角度、线宽及层厚,设计了系统性的杨氏模量及抗拉强度测试分析试验,对上述两类理论模型的精确性进行了验证。研究结果表明:打印角度与杨氏模量及抗拉强度之间呈明显的负相关关系,当打印角度从0°增加至90°时,杨氏模量的减小幅度范围为65.48%~79.62%,抗拉强度的减小幅度范围为50.99%~71.55%。打印线宽对杨氏模量及抗拉强度的影响较明显,0.6mm及0.8mm线宽下材料的两类关键力学性能相近,且均明显强于0.4mm线宽下的力学性能,其中杨氏模量的变化幅度范围为20.18%~49.27%,抗拉强度的变化幅度范围为27.53%~54.55%。宏观尺度失效结果表明,存在两类失效模式,分别为打印丝断裂失效及打印丝分离失效。同时,本文从细观尺度揭示了两类失效模式产生的机制及打印参数对关键力学性能的影响机制。综上,本次构建的两类模型为量化评价3D打印FRP桥梁工程构件的关键力学性能提供了理论支撑。

摘要：为了从多个维度对比直圆连接路段回旋线与K型线的差异,分析对比K型线与回旋线在横向运动、侧倾运动和横摆运动3个自由度下的动力学差异,验证K型线作为缓和曲线的可行性的同时,研究分析车辆在基于K型线的直圆连接路段上的行车稳定性。利用K型线航向角特点,从微分和解析几何角度分析验证K型线和回旋线的曲率及曲率变化率状态。利用动力学软件CarSim对5种基于不同设计速度建立的道路模型进行仿真模拟,选取车辆横向加速度、车辆侧倾角、车辆横摆角及车辆方向盘转角4个指标作为评价依据,分析车辆在由2种不同缓和曲线连接的直圆连接路段上行驶时,其行车稳定性、驾驶人舒适性的状态差异。采用熵值法对各指标进行赋权,综合比较由K型线和回旋线连接的直圆路段的优劣。研究结果表明:K型线具有曲率及曲率变化率连续的优点;在设计指标相同条件下,K型线上车辆的各维度稳定参数均满足现有《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)要求,且优于回旋线;随着设计速度的减小,K型线与回旋线之间的差异愈加明显,K型线在行车稳定性和舒适性方面的优势愈显著;在设计速度相同的前提下,K型线在驾驶稳定性、驾驶人行车舒适性方面整体优于回旋线;在设计速度较小时,K型线的优势更显著,可将K型线应用于设计速度较小的道路线形设计中,以保证并提高道路行车的稳定性及舒适性。

摘要：为了研究生物胶-纤维固化土护坡材料在三维受力下的剪切强度特性,以瓜尔豆胶为胶凝材料,以聚丙烯纤维为增韧筋材,在控制胶-筋配比条件下对黄土开展了一系列三轴压缩试验,分析了应力-应变曲线特征,抗剪强度参数变化规律以及主要破坏形式,并讨论了瓜尔豆胶、聚丙烯纤维对黄土的协同固化机理。试验结果表明:瓜尔豆胶能有效提升小应变时的偏应力值,聚丙烯纤维能有效改变应力-应变曲线形状,当两者同时加入黄土时,不同围压下的应力-应变曲线均表现为持续硬化型,具有良好的破坏韧性及较高的偏应力值,且不受应变大小的影响;瓜尔豆胶和聚丙烯纤维混合有利于提高土体的抗剪强度,随着生物胶含量或纤维含量增加,抗剪强度先增大后减小或逐渐增大,当瓜尔豆胶含量为1.0%,聚丙烯纤维含量为0.5%时,固化黄土的抗剪强度达到最优,相较于素黄土,黏聚力提升了230.6%,内摩擦角提升了24.8%;瓜尔豆胶-聚丙烯纤维搭配可有效抑制土体的侧向变形,最优胶-筋配比下的土样破坏形态为轻微的鼓胀破坏。在瓜尔豆胶的凝胶作用、聚丙烯纤维的拉筋作用及其互促作用的协同下,土体的三轴剪切特性得到全面提升,可为路基边坡防护工程设计参数的选取提供重要的理论依据。

摘要：分析了乳化沥青冷再生混合料的强度形成过程与构成机理,从外掺剂添加、结合料优化、设计方法和施工工艺改进以及再生沥青混合料回收料(RAP)预处理4个方面总结了乳化沥青冷再生沥青混合料强度的提升措施,分析对比了各种措施的提升机理和改善效果;根据各种措施存在的问题及特点,提出了相应的应用建议,并展望了未来的研究方向。研究结果表明:添加外掺剂来增强强度的研究相对较多,其次是优化结合料,改善混合料设计方法和施工工艺以及RAP预处理的研究较少,但这几个方面对于混合料强度的增加均有广阔的应用前景;外掺剂中,水泥最为常用,研究也最为系统,其增强效果要优于石灰,但掺量过高会导致低温抗裂性不足;火山灰质材料同样存在此问题,且杂质较多;纤维改善效果较为均衡,但受种类、掺量、添加顺序等因素影响;再生剂能够提高耐久性,但对早期强度不利;关于结合料,乳化沥青的慢裂性质有助于整体强度,高黏快凝有利于早期强度,掺量应适中,推荐3.5%~4.0%;改性乳化沥青应根据具体气候环境条件进行选择;改善混合料设计方法和施工工艺主要是从级配、含水率、结构层厚度、拌和顺序、压实养护方法等方面进行,强度增强效果相对较小,可作为附加改善条件;使用大掺量RAP的趋势使得RAP预处理技术变得更为重要,目前主要集中于降低结团率、级配分档、严控RAP储存条件和RAP表面化学改性4个方面。未来的研究应从以下几个方面进行:进一步明确火山灰质材料与乳化沥青之前的相互作用机理,以确定最佳掺量及剔除其中的杂质;探索不同外掺剂以及不同改性剂在提高混合料强度方面的复配应用;根据强度构成机理,探究多个提升措施的改善效果,以得到一个均衡的强度提升措施体系;重点关注RAP的预处理手段,探索RAP表面物理特性预处理对乳化沥青冷再生混合料强度的增强机理及效果。

摘要：涉水桥梁在建成服役过程中不可避免产生病害,同时船舶撞击下的桥梁下部结构极易受损,继而引发安全事故。为研究船撞作用下非新建桥梁桩基的动力响应与损伤特性,对陕西省汉江一桥96根涉水桩基病害进行了潜水探查,明确了非新建桥梁桩基的病害情况,建立了基于层次分析法的非新建桥梁桩基病害评价体系,将评价结果与现场探查分析结果进行了对比;制作了新建、病害与病害加固3类单桩试件,使用自制摆锤冲击装置对3类单桩试件进行了水平冲击试验,对比分析了3类单桩试件在同一水平冲击荷载下的冲击力、混凝土应变、位移、加速度的动力响应特性及桩身损伤。研究结果表明:建立的非新建桥梁桩基病害评价体系可有效反映汉江一桥服役状态,结构完整度较高且使用功能正常;单桩的冲击过程可分为峰值冲击、系统分离与次生冲击3个阶段;桩周土楔的形成与发展使得桩周土横向土抗力降低,进而影响桩基抗冲击能力;仅对病害桩基的地面露出段加固处理,对降低病害桩基在承受水平冲击荷载的破坏影响程度有限,加固效果不显著。研究成果可为涉水非新建桥梁防撞设计与施工提供参考。

摘要：雾霾天气下,交通道路能见度低,导致所采集到的视频画面退化、图像信息模糊,同时考虑传统系统处理实时性不高等问题,基于ZYNQ平台设计了一种图像去雾系统,并应用于智能行车记录仪系统中.首先,针对传统暗通道去雾算法在天空区域存在失真等问题,提出了一种分割天空区域的策略来修正图像复原参数;然后,针对计算全局大气光值时,需对整幅图像的像素排序消耗大量资源的问题,利用现场可编程门阵列(FPGA)并行运算的优势,提出一种帧迭代方法优化求取大气光值,同时优化了引导滤波的硬件设计;最后,将双路高清多媒体接口(HDMI)资源中,一路作为视频输入,另一路作为视频处理输出,搭建实时交通图像视频处理试验平台.试验结果表明,系统针对雾霾天气下的交通视频具有较好的去雾效果,尤其是可以解决天空区域去雾的失真问题.在对分辨率为1280像素×720像素的交通视频去雾时,可以达到30帧/s的处理速度,满足实时性要求.

摘要：为保证风光能源自洽照明系统的供电可靠性及经济性,依据多年风速、水平面总辐照量的气象日值数据,选取月均风速、月均辐照量指标比较多年同一月份的风光能源特性,将两者均极小的月份组成风光能源多年最不利的1~12月,并以其风速、水平面辐照度、温度的小时数据构建风光能源自洽系统发电设施的气象设计参数基本数据集;以日均风速低于风机启动风速、日晴空指数KDCI<0.2为筛选条件确定多年连续极端弱风光天气最大持续天数,作为风光能源自洽照明系统储能设施配置的气象设计参数;依据单杆照明的用电需求、风/光/储能设施的工作性能,以储能设施充放电状态、连续极端弱风光天气与风光能源多年最不利各月的系统供电可靠性为发电与储能设施配置约束条件,以风光能源自洽照明系统的建设与运维总成本最低为配置目标,构建风/光/储能设施容量配置的数学模型,形成计及可靠性成本的高速公路风光能源自洽照明功能配置方法;并以昆明市长龙高速公路照明工程为例,完成风光能源自洽照明的功能配置。结果表明:依据昆明市风光能源特性,其单杆自洽照明系统的配置为300 W的垂直轴风机+600 W的单晶硅光伏电池+12 V 4×200 Ah的铅酸蓄电池,相较于传统市电供能,该系统20年可节约用电6.64×10^(6)kW·h,建设与运维总成本降低了288.7万元,减少CO_(2)排放5340 t。

摘要：为实现桥梁病害检测的自动化,对基于图像处理技术的混凝土桥梁表观病害的智能识别和尺寸确定方法展开研究.提出基于改进Faster R-CNN算法的病害识别方法,利用K均值聚类和遗传算法对区域候选网络锚框进行优化设计;以裂缝预测区域为基础,提出ResNet34结合U-Net的裂缝形态提取方法,并结合裂缝形态学研究了裂缝像素宽度和长度的确定方法.结果表明:锚框优化设计可改进Faster R-CNN算法的表观病害识别效果,5类常见病害的预测准确率、召回率、平均精确率分别由68.40%、69.87%、74.64%提升到85.40%、83.59%、83.72%;利用病害预测框,结合改进U-Net算法的裂缝像素尺寸计算,可实现裂缝病害尺寸的自动测量;基于改进Faster R-CNN和改进U-Net的方法可实现混凝土桥梁常见病害的智能识别和尺寸量化,从而提高桥梁病害检测效率并促进桥梁技术状况评定的智能化.

摘要：基于桥梁全寿命周期成本分析理论,系统归纳了长寿命耐候钢桥各阶段成本组成特点,明确了长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估内容与特征参数,给出了长寿命耐候钢桥成本计算基本假设;从免涂装耐候钢桥与涂装钢桥成本差异出发,对比分析了2种钢桥建设阶段、运营阶段成本计算方法,建立了长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型;以中国3座长寿命免涂装耐候钢组合梁桥为例,计算了长寿命耐候钢桥全寿命周期各阶段成本,明确了涂装、维护方案对长寿命耐候钢桥全寿命周期成本经济性的参数化影响,分析了长寿命免涂装耐候钢桥全寿命周期成本经济性优势。研究结果表明:免涂装耐候钢桥与涂装钢桥成本差异主要体现在钢材与焊接材料价格、锈层检测成本、涂装维护成本与由此产生的环境及用户成本;与4种涂装钢桥相比,免涂装耐候钢桥全寿命周期成本减少11%~21%,在全寿命周期具有显著的经济性优势;水洗周期对成本具有显著影响,水洗周期从每6年1次增加到每年1次时,增加成本占全寿命周期成本差比的5%~11%;当免涂装耐候钢桥涂装面积达70%左右时,其全寿命周期成本大于涂装钢桥。长寿命耐候钢桥全寿命周期经济性评估模型可为桥梁方案设计与技术经济性比选提供依据,从而促进长寿命耐候钢桥的推广应用。

摘要：在公路隧道建设及运营过程中,为掌握隧道结构状态变化规律,通常通过监测隧道结构的沉降、变形和受力等数据,分析隧道结构的变形情况,预测隧道结构变化趋势。在上述数据分析过程中,通常将所采集数据通过离线方式导入Excel、Origin等软件中进行分析并将结果进行图表展示。针对其存在的数据分析时效滞后、利用效率低、状态结果获取复杂等不足,将建筑信息模型(BIM)技术与隧道监控量测信息相结合,设计并开发公路隧道结构状态可视化系统。研究公路隧道土建结构及相关规范对隧道工程构件的划分,提出隧道模型构件分类方式,并以此为基础构建隧道BIM、设计隧道构件及结构状态监测传感器的编码方式;参照现有隧道稳定性判定的研究,提出基于隧道结构状态系数的结构状态等级划分方法,同时设计结构状态数据的可视化映射方案及关联BIM方法;以隧道三维空间模型、隧道结构信息及状态监测数据库为基础,结合三阶段可视化流程在Unity 3D引擎中实现公路隧道结构状态的三维可视化;采用B/S架构,在云服务器中实现监控量测数据的云端管理及可视化系统部署。依托宝汉(宝鸡—汉中)高速连城山隧道,验证了隧道结构状态三维可视化、结构状态正向仿真等系统功能,可为提升公路隧道全生命周期数字化管理水平提供技术支撑。