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面向自动化检测的水泥混凝土道面损坏状况评价方法

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第12期52卷 1892-1898页

作者：袁捷李一凡汪恒同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

针对现有道面评价方法不能完全适用于自动化检测技术的问题,对目前机场道面自动化检测特征进行了分析,重新划分了水泥混凝土道面病害类型。根据我国32个机场的道面损坏数据统计结果,对现行道面评价规范中各病害的扣分值进行加权合并,确... 详细信息

针对现有道面评价方法不能完全适用于自动化检测技术的问题,对目前机场道面自动化检测特征进行了分析,重新划分了水泥混凝土道面病害类型。根据我国32个机场的道面损坏数据统计结果,对现行道面评价规范中各病害的扣分值进行加权合并,确定了新病害类型的扣分值,在此基础上形成了机场水泥混凝土道面表观破损、隐蔽病害和综合损坏状况评价指标,并通过与道面状况指数(PCI)的对比分析和指标值分布特征确定了各指标的等级阈值。锡林浩特机场跑道区块道面损坏状况人工巡检和自动化检测结果评价指标对比表明,新构建的水泥混凝土道面损坏状况评价方法所得安全等级与PCI的评价等级一致。

关键词：水泥混凝土道面自动化检测道面损坏状况评价方法

采用实测数据实时修正的机场跑道水膜厚度面域分布预估方法

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交通运输工程学报 2023年第1期23卷 105-114页

作者：蔡爵威赵鸿铎钱鑫吴鸣涛钱劲松同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

为精准预估不同跑道状况与降雨条件下跑道水膜厚度的面域分布,基于二维浅水方程建立了水膜厚度面域分布数值模型,开发了基于格心型有限体积法和HLL(Harten,Lax and van Leer)格式近似Riemann解的数值求解算法;在此基础上,引入水膜厚度... 详细信息

为精准预估不同跑道状况与降雨条件下跑道水膜厚度的面域分布,基于二维浅水方程建立了水膜厚度面域分布数值模型,开发了基于格心型有限体积法和HLL(Harten,Lax and van Leer)格式近似Riemann解的数值求解算法;在此基础上,引入水膜厚度的实测数据,通过构造伴随方程,采用梯度下降法获取了实际降雨条件下的最优曼宁系数,从而动态修正了二维浅水方程的计算结果,精准预估了跑道水膜厚度面域分布;采用北京首都国际机场安全预警平台的水膜厚度实测数据和车载式LiDAR系统获取的路面高程数据,计算分析了曼宁系数更新间隔和高程空间采样间隔对模型求解效率和精度的影响,并采用实测数据验证了算法的准确性。研究结果表明:为满足水膜厚度实时监测需求,在综合考虑计算耗时与求解精度的条件下,曼宁系数的最优更新间隔为30~300 s,对于表面平整的道面,高程的最优空间采样间隔为0.1~0.5 m,对于存在车辙等病害的道面,高程的最优空间采样间隔为0.10~0.25 m;在真实降雨条件下,水膜厚度计算值与实测值的平均误差为0.13 mm,最大误差为0.76 mm,满足机场对水膜厚度的监测需求。由此可见,建立的跑道水膜厚度面域分布预估方法能够准确计算出给定高程道面的水膜厚度分布及其时间演化,可为湿滑跑道的抗滑性能评价与风险预警提供可靠的数据支撑。

关键词：机场工程水膜厚度二维浅水方程曼宁系数实时修正伴随方程

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斜向预应力混凝土铺面振动特性

中国公路学报 2020年第3期33卷 32-41页

作者：陈卉凌建明赵鸿铎曾孟源吴荻非同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

为了明确预应力影响下斜向预应力混凝土铺面的振动特性,并揭示预应力水平与振动特性的关系,首先开展足尺模型试验,通过分级张拉模拟不同预应力水平,并利用加速度计采集足尺模型振动数据,依托快速傅里叶变换捕获各预应力水平对应的振动特... 详细信息

为了明确预应力影响下斜向预应力混凝土铺面的振动特性,并揭示预应力水平与振动特性的关系,首先开展足尺模型试验,通过分级张拉模拟不同预应力水平,并利用加速度计采集足尺模型振动数据,依托快速傅里叶变换捕获各预应力水平对应的振动特性,从而揭示预应力对斜向预应力混凝土铺面振动特性的影响。其次,利用ABAQUS软件建立斜向预应力混凝土铺面数值模型,通过等效荷载法模拟预应力作用,采集不同预应力水平下数值模型的加速度响应,并通过数值模拟拓展试验工况,开展参数(模量、密度、摩擦因数等)敏感性分析,进一步研究斜向预应力铺面振动特性及其变化规律。研究结果表明:预应力对振动主频影响较小,以主频为指标的传统方法在斜向预应力混凝土铺面振动分析中具有局限性,难以体现预应力影响下振动频谱的整体变化;预应力水平会显著影响50~150Hz频段的振动频谱分布,随着预应力增大,50~150Hz频段频谱曲线向高频呈现明显偏移,该频段权重频率变化量与预应力变化幅度具有显著的相关性;该规律在不同材料、摩擦因数等参数组合下具有一定普适性,进一步佐证预应力水平对权重频率具有显著影响,因此,建议采用权重频率作为指标以观测频谱分布的变化,从而分析预应力对斜向预应力混凝土铺面振动特性的影响。

关键词：道路工程斜向预应力混凝土铺面振动分析频谱

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跑道不平整激励下飞机滑跑动载分析

振动与冲击 2022年第20期41卷 176-184,269页

作者：钱劲松潘祥伟岑业波刘东亮同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

为探究跑道不平整状态和滑跑速度对飞机滑跑动载的影响规律,利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800的虚拟样机模型,采用功率谱密度重构跑道不平整,进行了飞机多工况匀速滑跑仿真,并根据道面不平整方差与功率谱密度间的关系推导了最大动... 详细信息

为探究跑道不平整状态和滑跑速度对飞机滑跑动载的影响规律,利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800的虚拟样机模型,采用功率谱密度重构跑道不平整,进行了飞机多工况匀速滑跑仿真,并根据道面不平整方差与功率谱密度间的关系推导了最大动载系数预估方程。结果表明:不平整指数C和频率指数w的增大,均会引起动载系数变异性和最大动载系数的增大;最大动载系数随不平整指数C的增长速度逐步减小,而随频率指数w的增长速度呈现逐步增大的趋势;受升力和不平整激励的共同作用,最大动载系数随滑跑速度增加先增大后减小,出现极值和相应的敏感速度;敏感速度随着C和w的增大而增大,受w的影响更为显著;建立的飞机滑跑最大动载系数预估方程与仿真数据相关性很好(R^(2)>0.93),大部分实测机场跑道(C=0~0.4,w=2.0~2.6)的敏感速度最高为150.4 km/h,最大动载系数可达1.163。

关键词：跑道平整度功率谱密度虚拟样机动载系数

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机场智慧跑道的内涵拓展与功能系统

土木工程学报 2024年第8期57卷 119-128页

作者：凌建明李沛霖刘诗福陶泽峰侯天新同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

传统采用人工巡检、经验决策的机场跑道管控模式,难以适应现代机场高性能服役、高安全运行的现实需求。随着传感器、物联网、人工智能等新兴技术的发展,以及民航强国战略实施和“四型机场”加速推进的引领下,融合道面运行管理和在线感... 详细信息

传统采用人工巡检、经验决策的机场跑道管控模式,难以适应现代机场高性能服役、高安全运行的现实需求。随着传感器、物联网、人工智能等新兴技术的发展,以及民航强国战略实施和“四型机场”加速推进的引领下,融合道面运行管理和在线感知的智慧跑道,已逐渐成为前沿科技和重大战略的交汇点,是机场跑道未来的发展趋势和热点。文章提出了智慧跑道的内涵和特征,明晰智慧跑道相对智能跑道的继承与拓展关系,在结构安全、运行安全与维护决策方面将智慧跑道功能具化为风险实时预警、性能在线评估、诱因精准分析、态势精准预测、养护智能决策五大功能,并结合机场跑道系统动力学思想阐述其实现路径。系统平台作为智慧跑道的载体,面向于实际应用在智能跑道基础上重点融合在线感知模块与日常巡检、维修等业务模块,搭建基于二、三维地图联动的智慧跑道全寿命周期管理平台,并依托高高原地区的日喀则定日机场和极寒地区的漠河古莲机场,实施机场智慧跑道的应用示范。

关键词：智慧跑道运维与管养全寿命周期数据融合

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路基智能压实的地统计分析与空间均匀性评价

吉林大学学报（工学版） 2024年第10期54卷 2859-2869页

作者：钱劲松杨以诚凌建明同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

基于数据变异性的传统路基智能压实均匀性评价,难以量化压实数据的空间分布特性和反映路基压实的局部不均匀现象。为解决上述问题,本文在吉林省松原市松通高速进行路基智能压实试验,采集不同压实遍数下压实参数的空间信息,基于地统计学... 详细信息

基于数据变异性的传统路基智能压实均匀性评价,难以量化压实数据的空间分布特性和反映路基压实的局部不均匀现象。为解决上述问题,本文在吉林省松原市松通高速进行路基智能压实试验,采集不同压实遍数下压实参数的空间信息,基于地统计学原理建立路基压实面的半方差函数模型,明晰压实参数的概率分布特征和空间自相关性,评价路基的空间分布特性和局部均匀性。结果表明:试验段压实参数振动模量服从正态分布,其空间自相关距离为5~8 m,最大自相关系数为0.6~0.8;地统计参数的块金和变程分别与压实面的空间分异性和斑块分布面积相关;最近邻指数可以量化工程中压实薄弱点的聚集程度,其大于1时薄弱点分散空间均匀性好。

关键词：路基工程智能压实技术地统计分析空间分布特征均匀性评价

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基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法

中国公路学报 2020年第3期33卷 42-52页

作者：曾孟源赵鸿铎吴荻非陈卉凌建明同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

水泥混凝土铺面在使用过程中常由于冲刷和沉降产生脱空,进而诱发断板、错台等病害,严重影响铺面使用性能。为此,提出一种基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法,以有效控制混凝土铺面的结构性损坏。通过有限元数值模拟与室内试验,... 详细信息

水泥混凝土铺面在使用过程中常由于冲刷和沉降产生脱空,进而诱发断板、错台等病害,严重影响铺面使用性能。为此,提出一种基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法,以有效控制混凝土铺面的结构性损坏。通过有限元数值模拟与室内试验,发现板底脱空会影响铺面板局部振动的频谱分布,且影响程度与脱空面积、位置等因素相关。在此基础上,采用分布式光纤传感技术搭建铺面板振动感知系统,分布式地采集铺面板振动特性;利用时频分析技术解析铺面板振动特性,捕获振动频谱特征;研究不同脱空状况下铺面板局部的振动频谱特征。分析结果表明:脱空状况对20~150Hz频段上频谱特征的影响显著;以该频段为敏感频段,计算加权频率的变化量,并以此为脱空监测指标,提出基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法。于上海龙华机场开展现场试验,在3块铺面板内搭建了分布式振动感知系统;采集了12个测点不同日期的动态弯沉与振动特性数据,比较了振动感知法和传统弯沉法的脱空识别结果。试验结果表明:2种方法的识别结果趋于一致且具有较好的相关性,验证了振动感知法用于脱空识别的可行性。

关键词：道路工程混凝土铺面板振动感知脱空识别分布式光纤频谱

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公路边坡智能化监测体系研究进展

中南大学学报（自然科学版） 2021年第7期52卷 2118-2136页

作者：凌建明张玉满立李想同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室上海201804

边坡失稳是一项极其复杂、高度不确定且动态变化的系统问题,随着交通网络的延伸,这一问题在铁路、公路等基础设施建设过程中日益凸显。目前,构建边坡监测体系是感知边坡状态,进行边坡失稳风险评估和灾变预警的主要途径,也是采取合理应... 详细信息

边坡失稳是一项极其复杂、高度不确定且动态变化的系统问题,随着交通网络的延伸,这一问题在铁路、公路等基础设施建设过程中日益凸显。目前,构建边坡监测体系是感知边坡状态,进行边坡失稳风险评估和灾变预警的主要途径,也是采取合理应对措施的前提。随着基础科学与应用技术的进步,边坡监测技术日新月异,呈现出“数字化”“自动化”“集成化”等新特点。在此背景下,构建智能化边坡监测体系既是大型、重点工程安全所需,也契合交通行业整体发展方向。本文总结近10余年国内外边坡监测技术的发展和应用现状,重点介绍和对比光纤传感技术、数字化近景摄影测量技术、三维激光扫描技术、全球导航卫星系统与合成孔径雷达干涉技术等新型边坡监测技术的特点、适用性和应用情况;对智能化边坡监测体系的构成和功能进行论述,指出其面临的瓶颈及未来发展方向,为后续研究提供新的研究视角和研究思路。

关键词：路基工程智能化监测边坡稳定性监测技术监测体系

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刚性道面模态分析的有限元模型及其验证

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：彭科迪赵鸿铎曾孟源边泽英郭牧同济大学道路与交通工程教育部重点实验室同济大学民航飞行区设施耐久与运行安全重点实验室

为解决模型理论模态与实测模态对应难的问题，在上海龙华机场8块板开展足尺度试验，板中施加冲击荷载并反演结构参数，由分布式光纤实测振动识别各板模态频率；以模型理论频率与实测频率的平均相对误差为指标，确定了ABAQUS道面模型的... 详细信息

为解决模型理论模态与实测模态对应难的问题，在上海龙华机场8块板开展足尺度试验，板中施加冲击荷载并反演结构参数，由分布式光纤实测振动识别各板模态频率；以模型理论频率与实测频率的平均相对误差为指标，确定了ABAQUS道面模型的最优板块数目、侧面边界、单元类型及尺寸；并采用15组试验的实测频率验证了模型的准确性。结果表明：以接地弹簧模拟板间接缝、侧面自由、采用1/3板厚C3D8R单元的道面结构单板模型，其理论模态结果更接近实测模态；前两阶频率模型计算值与实测值的R2分别为0.922， 0.967，各阶频率平均误差均<5%，总平均误差<3%。与目前常用的多板道面结构有限元模型相比，本模型的理论结果与试验模态相统一，可为道面结构的模态分析提供参考。

关键词：道路与铁道工程刚性道面有限元模型优化模态分析结构振动模态频率