为了精确评价沥青超薄磨耗层开放交通后抗滑性能衰变过程、机理及影响因素，首先利用弧形模具及其配套的轮碾机来制备弧形超薄磨耗层试件；然后通过驱动轮式加速加载系统对4种级配类型和3个沥青胶结料等级的沥青超薄磨耗层试件进行加速加载试验；最后借助激光纹理扫描仪对一定轮载次数作用后的试件分别进行扫描。结合试验数据分别建立了基于S型函数的沥青超薄磨耗层宏观和微观构造深度衰变模型，以及基于灰色关联分析方法来分析各空隙率和沥青胶结料对抗滑性能的独立和耦合作用。试验研究结果显示：采用驱动轮式加速加载系统结合S型函数模型可以定量地评价和预测沥青超薄磨耗层性能的演变过程；空隙率影响超薄磨耗层宏观和微观构造深度的前期衰减速率，空隙率越大，则超薄磨耗层的宏观和微观构造深度的前期衰减速率越大；宏观构造深度的中后期衰减速率受沥青胶结料等级影响更大，沥青胶结料性能等级越高，则宏观构造深度的中后期衰减速率越慢；空隙率和沥青胶结料等级对超薄磨耗层微观构造深度中后期衰减速率的影响相当。因此，在进行超薄磨耗层抗滑性能设计时，选择大空隙率的开级配超薄磨耗层混合料级配对路面抗滑耐久性是有益的，而沥青胶结料的性能等级则可以根据交通量的大小合理选择。

为有效提升高速公路车辆偷逃通行费稽查效率，基于电子不停车收费（ETC）数据，结合K最近邻（KNN）和集成学习（Adaboost）算法及代价敏感学习机制，提出一种高速公路车辆偷逃费行为识别模型。针对原始ETC收费流水数据量大且冗余的特点，制定数据离散化和标准化处理规则，修复并规范数据形态后，提取两类逃费特征。通过分析ETC数据集遴选大车小标等7种逃费类型作为主要研究对象。针对逃费数据“高维”特点导致的模型分类效率低问题，通过Pearson与Spearman相关性分析和ReliefF重要性分析选取表现逃费特性的最佳特征子集。针对逃费车辆与正常车辆的类别“不平衡”现象所引发的模型过拟合问题，构建组合分类模型，在Adaboost算法中将KNN作为基分类器，先通过TomekLinks欠采样缓解不同类边界模糊问题，再引入代价敏感学习机制，提高模型对少数类（逃费车）的重视程度来缓解对多数类（正常车）的判别倾向。最后，对比不同分类模型对各类逃费事件的识别效果，验证融合代价敏感学习机制的KNN-Adaboost模型的性能。结果表明，该研究提出的模型识别精确率达0.98，召回率达0.96，F1系数达0.97，Kappa系数达0.95，较其他模型能更好地解决样本类不均衡问题，对少数类样本具有较高识别精度，可为提升高速公路收费稽查效率提供参考。

高速公路改扩建后增加两侧立体层可以提高通行能力，但互通立交处常常会出现间距过短、流量过大、分流过多等问题，进而导致现有的交通标志无法满足驾驶人的指路需求。针对此问题，以深圳机荷高速为例，在常规标准方案基础上，设计了4种匝道指引标志提升方案，并使用Unity3D引擎开发出了相对应的立体复合高速公路互通场景，高速公路上的车辆第1次分流时驶出地面层，第2次分流可以驶入立体层，第3次分流接入其他互通高速。28名驾驶人使用外接交互设备在不同的场景中进行模拟驾驶，实验采集到了速度、加速度、车道位置等驾驶行为数据。通过计算不同指引标志设计方案中各影响区段内指标的逐点显著性，呈现出了各指标空间维度上的差异性，进一步分析表明，增加预告层级设置3 km预告标志能够帮助驾驶人及早感知前方匝道状况；设置车道指引标志可以提升车辆在匝道处的纵向和横向稳定性，便于驾驶人采取更好的换道策略；导航语音辅助能够提升驾驶人在立体复合高速公路匝道处的速度控制水平、出口换道意识和心理舒适程度。研究表明，Unity3D保真度高、交互性好、成本低，可以为复杂道路场景中驾驶行为的相关研究提供技术支持。同时，该研究也为高速公路改扩建工程交通指引标志设立提供了理论参考。

城市空间热力反映了人口聚集与街道活力。为探究城市轨道交通与空间热力分布的互动关系，从微观层面的轨道站点切入，采用百度热力图和轨道站点客流数据，以上海为例，对轨道站点的网络中心性、客流与站域空间热力进行耦合分析。首先采用Pearson双变量相关性研究两类轨道站点属性与空间热力的总体耦合关系，然后引入双变量空间自相关和地理加权回归分析方法分别挖掘网络中心性与站域热力、站域热力与站点客流的空间关联模式，并对比两类耦合性的空间差异。结果表明：轨道站点的网络中心性与空间热力的耦合性明显优于轨道客流与空间热力的耦合性，交通区位优势通常能够形成较高的空间热力，客流水平的影响因素则更为复杂；空间热力更适合量化核心区以外区域的轨道交通与城市空间互动关系，轨道交通网络化对空间热力提升具有乘数效应，而在开发密度低的区域提升空间热力更有助于刺激轨道客流；利用空间热力数据评估城市核心区以外区域的新建站点客流潜力具有可行性，但仅用热力预测客流具有局限性；轨道站点周边城市更新可参考不同空间区位站点的两类耦合性差异进行优化。该研究探索了结合城市空间热力分布完善轨道交通线网布局、针对不耦合因素优化轨道站点公共交通导向型开发（TOD）的分析框架，为微观层面衡量城市轨道交通“人-地”关系提供了新视角。

城市轨道交通站点影响范围内土地利用对客流影响具有时空分异特征且存在类型差异，为针对性探讨不同站点两者的复杂非线性关系，提出一种基于土地利用空间分布规律、对站点实际影响范围进行差异化识别的方法；并通过分时段多尺度地理加权回归，获取能够表征土地利用对客流影响时空变化特征的站点聚类指标，采用K-means++算法将研究区域内的站点划分为4类；进而基于改进的梯度提升决策树模型分类定量探讨不同类别下土地利用与轨道交通客流的复杂非线性关系。研究表明：通过捕捉不同站点土地利用与客流的时空分异特征对站点进行分类识别，可有效提升两者非线性关系模型的解释度。根据模型输出结果，发现不同类别站点影响轨道交通客流的关键土地利用要素不同，第1类中关键变量为相对重要性分别为61.35%和30.08%的公交站点数量和慢行密度；第4类的情况类似但相对数值有所变化，公交站点数量的相对重要性由61.35%下降至30.31%；建筑密度在第2类中以66.57%的相对重要度占据最大比例；但在第3类中仅占5.59%。此外，不同类别站点影响范围内土地利用与轨道交通客流的关系存在较为显著且各异的阈值效应。研究表明，对于不同类别站点的用地开发应各有侧重，且应结合实际将土地利用设计指标控制在相应的合理范围内。研究为差异化的站点周边土地利用开发策略的制定提供了理论支持和量化指导。

针对海上通讯带宽受限情况下无人船的航迹跟踪控制问题，设计了一种带有状态量化和输入量化的自适应反馈跟踪控制方案。在保证有效跟踪的同时，减少执行器执行频次，降低控制幅度。首先，在不考虑量化情况下基于自适应反步法设计了系统跟踪控制律，并结合动态面技术有效降低了虚拟控制律的计算量膨胀问题。对于控制系统中存在的不确定项，利用模糊逻辑系统进行逼近。其次，采用均匀量化器分别对控制系统中的状态变量和输入变量进行量化，且量化后的状态反馈信息被用于无人船航迹跟踪控制器的设计。根据所得到的量化信息，给出了同时考虑状态量化和输入量化的无人船航迹跟踪控制律。在稳定性分析中，通过Lyapunov稳定性理论证明了在不考虑量化的情况下闭环控制系统的稳定性，并根据递归的方法证明了闭环控制系统中量化变量和非量化变量之间误差的有界性。基于给定的引理，最终证明了在同时考虑状态量化和输入量化的情况下，所设计的带有状态量化和输入量化的模糊自适应反馈跟踪控制系统的稳定性。最后，通过两组仿真实验验证了所提方案的实用性。即在同时考虑状态量化和输入量化的情况下，无人船仍能保持对理想轨迹良好的跟踪性能，并有效减轻了执行器的执行频次，更符合航海工程实践。

针对液舱内自由液面对浮态和稳性的影响，文中提出了一种新的多凸体组合结构浮态算法。该方法将浮体和液舱分解成多个四面体单元，通过分析每个四面体与水面/液面的相对位置关系来确定浮体的浮力和浮心以及液舱液体的重心。该方法还提出了一种改进的双重迭代法用来确定多凸体组合结构的浮态：内层迭代法模拟浮体的升沉运动，得到浮体外的水面方程和液舱内的液面方程；通过外层迭代法模拟浮体的旋转运动。两种迭代方法交替进行，直至浮体的重力作用线和浮力作用线之间的距离满足精度要求，同时重力等于浮力。自编程序对某半潜船和某半潜式海洋平台的多种典型工况进行了浮态计算，同时也考虑了自由液面影响。此外利用Maxsurf建模进行了对比分析，还利用AUTOCAD进行了精度验证。对照结果表明：该研究提出的算法可以考虑自由液面对浮态的影响，原理清晰，收敛性好；算法无论对传统的单凸体结构（例如单体船），还是多凸体结构（例如多体船、漂浮式海洋平台等）均更容易取得准确解，且计算效率更高；算法可以实现“搭积木”式的建模方式，多工况建模时可以极大地减小工作量；算法无需依赖国外第三方图形平台（比如AUTOCAD、CATIA），可为我国相关工业软件的国产化打下良好的基础。

目前土压平衡（EPB）盾构机刀盘结泥饼的研究大都聚焦在单一因素上，缺少整体的、量化的评价标准，难以满足工程上对刀盘结泥饼的预测需求。针对以上问题，文中从地质条件、盾构选型、施工因素3个层面出发，系统总结了导致土压平衡盾构机刀盘泥饼形成的23个主要因素；将土压平衡盾构机在掘进过程中的刀盘结泥饼风险划分为4个等级：高风险、中风险、低风险和无风险。同时提出了结泥饼的风险因子量化标准，并结合层次分析法构建了土压平衡盾构的刀盘结泥饼风险评价模型；基于广州地铁14号线马创区间右线115-165环盾构隧道工程的掘进数据，计算出盾构机掘进过程中不同环的刀盘结泥饼风险程度，验证了刀盘结泥饼风险评价模型的预测性能。研究结果表明：结泥饼风险评价模型的23个影响因子中，以塑性指数、刀盘扭矩、液性指数、总推力的影响权重最大，启动扭矩的影响权重最小；结泥饼风险评价模型表现出了良好的预测性能，计算得到的结泥饼风险变化曲线与现场施工情况基本吻合；盾构掘进参数的变化能很好地反映掘进过程中泥饼的形成，其中总推力对泥饼产生最敏感，刀盘扭矩、土仓压力、推进速度和螺旋机转速的敏感度依次降低。研究成果可适用于类似工程中的土压平衡盾构机刀盘结泥饼的评价分析。

在基坑工程中，地下水渗流对基坑稳定性的影响不可忽视，但现有的一维渗流理论无法完全满足渗流计算的安全性要求。针对现有理论的不足，对悬挂式不考虑厚度挡墙支护下的各向同性土层中基坑的二维稳态渗流场进行了解析。依据对称性取基坑半截面，将周围土层分成4个规则区域，利用叠加原理和分离变量法分别将4个区域内的水头表示为级数解的形式，结合区域间连续条件及级数解的正交性得出渗流场的显式解。对比解析解与PLAXIS 2D软件的水头计算结果，发现级数项取20的解收敛且取1时的解仍具有一定的精度，可分别视为精确解和简化解。提出的简化解计算方便，借助计算器即可快速完成对基坑任意一点水头的求解。对比一维静水压力、一维考虑渗流的水压力、流网法、简化解、精确解及数值解水压力计算结果，发现精确解与数值解吻合较好且较流网法精度更高，简化解较一维静水压力、一维考虑渗流的水压力精度更高。参数分析表明：精确解和简化解计算的水压力合力相对误差主要受基坑内侧水位和挡墙至不透水层距离的影响；简化解适用于基坑尺寸不大，尤其内侧水位线到挡墙底部距离大于7 m、底部不透水层到挡墙距离小于30 m的基坑，计算挡墙水压力合力作用点则适用于任意尺寸的基坑；与精确解相比，简化解误差主要出现在挡墙底部，其余位置在基坑尺寸不大时，水头误差小于5%。

钢桥面板U肋嵌补段对接焊缝在车轮荷载反复作用下容易产生疲劳裂纹；这是钢箱梁典型的疲劳细节之一，直接影响桥梁结构的安全运营和耐久性能。为探明正交异性钢桥面板顶板U肋对接焊缝的疲劳开裂特性，采用有限元模拟建立钢桥面板局部模型，研究了嵌补段U肋对接焊缝的疲劳受力特征；然后设计4个足尺单U肋试件，并结合疲劳试验开展实际结构的疲劳性能分析。在此基础上，通过结构应力法提出适用于预测U肋对接焊缝疲劳寿命的修正主S-N曲线，并基于扩展有限元法（XFEM）探究该细节的疲劳裂纹扩展行为。研究结果表明：轮载作用下U肋对接焊缝应力纵向影响范围为2个横隔板间距，横向影响范围为1.5个U肋间距。圆弧过渡区域所受疲劳应力幅最大，应力集中显著，是潜在的疲劳易损点。试验观测到的疲劳裂纹均起裂于圆弧过渡处，并向纵肋底缘和腹板继续扩展。基于名义应力法评估得到对接焊缝平均疲劳强度为68 MPa，接近于欧洲规范规定的71 MPa等级。与基于等效结构应力法提出的主S-N曲线相比，该研究提出的修正主S-N曲线对预测疲劳寿命较为安全保守。采用扩展有限元法可有效模拟U肋对接焊缝的扩展行为。疲劳试验和扩展有限元均表明疲劳裂纹扩展方向取决于初始缺陷的位置。当初始缺陷出现在底板时，疲劳裂纹易于沿底板方向扩展；反之当初始缺陷位于腹板时，疲劳裂纹则易于沿腹板方向扩展。

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式，具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式，在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题，探究一种新型的矩形钢管混凝土构件，即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此，对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验，重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明：在总用钢量不变的情况下，将矩形钢管的壁厚减薄，并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中，能够有效地提高试件的轴压承载力和延性；内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段；相比于普通矩形钢管混凝土柱，内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上，采用已有的约束混凝土本构模型，推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

为了考虑翼缘对无腹筋钢筋混凝土（RC）梁抗剪承载力的影响，基于裂缝滑移模型，考虑了受压区的贡献、销栓作用贡献和受拉区骨料咬合作用的贡献，提出了一种无腹筋RC梁抗剪承载力计算公式。为验证该计算公式的准确性，分别应用该公式和国内外规范对收集的444根矩形截面梁与172根T形截面梁的试验数据进行计算，并将结果与国内外规范计算结果进行对比；基于所收集的数据集，利用5种常用的机器学习算法对收集的数据集进行回归分析，在数据集较小的情况下验证各算法的拟合度。结果表明：各国规范提出的抗剪承载力计算公式与试验值吻合较好；相较于规范的计算方法，该研究提出的计算方法较为准确，且可以有效地考虑T形截面梁翼缘对于抗剪承载力的贡献；选取的5个机器学习算法在测试集上表现良好，且与计算结果表现出了相同的规律，验证了机器学习算法在数据集较小的情况下对钢筋混凝土梁抗剪承载力计算的适用性。

聚酰亚胺薄膜（Kapton薄膜）作为一种航天膜材，其蠕变效应对结构的影响至关重要。为研究其蠕变力学性能，首先选用厚度为25 μm的Kapton薄膜，在极限抗拉强度的35%、50%、65%、80% 4组应力水平下，进行单轴蠕变拉伸试验。其次根据得到的蠕变力学曲线分析不同初始应力下薄膜蠕变的变化规律，结合蠕变伸长率描述薄膜随初始应力的蠕变特性并探讨其内在机理。最后采用经典Kelvin、经典Maxwell、四元件Burgers、三参数广义Kelvin、五参数广义Kelvin 5种蠕变本构模型对试验数据进行拟合，并对比分析各模型的拟合效果。结果表明：Kapton膜材具有明显的粘弹性性能，在设计中应予以考虑；初始应力对Kapton膜材的蠕变性能影响显著，初始应力越大，蠕变初期应变越大，稳态蠕变阶段应变保持值越高，粘弹性越明显；不同方向上的拉伸断裂应力水平导致蠕变性能的差异性，各应力状态下总应变TD（机器展开方向）大于MD（垂直方向）；随着初始应力的增大，薄膜的蠕变伸长率先增大后减小，这是因为初始应力对薄膜内部的应力状态和位错运动的影响是复杂的，并且存在一个平衡点。本研究采用的五参数广义Kelvin模型能够较好地预测Kapton膜材的蠕变性能，拟合结果的可决系数均超过0.99，Burgers模型次之；经典Kelvin、三参数广义Kelvin以及经典Maxwell模型拟合可决系数在0.71~0.86之间，其拟合结果满足实际工程的需要。

水冷式集中空调系统是一个多变量耦合的非线性系统，运行数据稀疏程度大，导致基于数据驱动的机器学习模型泛化能力差，全面反映水力与传热机理的物理模型成为当前研究的关键。然而，系统变量耦合复杂，迭代嵌套导致整体计算量消耗巨大，设备启停又导致管路水力结构变化而不得不频繁重构模型等技术难点亟待解决。利用离散变量连续化及模式搜索法，以阻力系数关联支路开度与设备启停，以水泵运行频率关联水泵启停与运行状态，实现将离散变量整合至连续变量，减少迭代嵌套，可实现流量动态分配、水力热力全局耦合计算。该研究构建了冷负荷、冷冻水流量、冷冻水供水温度、冷冻水供回水压差及环境温湿度为外部约束的水冷式集中空调冷源系统多变量耦合物理模型，实现对冷水机组台数、冷冻水泵台数与频率、冷却水泵台数与频率、冷却塔台数与频率等多个独立变量的异步调节。通过综合实验平台验证模型的可靠性，探究了不同工况下的机塔泵运行特性与群控策略。研究表明，冷源系统物理模型仿真结果平均相对误差小于10%，少部分在15%内，单次迭代计算耗时约0.32 s，多变量组合调节可综合权衡各子系统的能效，系统全局优化可最大限度挖掘节能空间，解决传统主观经验控制难以维持稳定节能效果的缺陷，为智能诊断提供理论基础。