中国公路学报

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谢永利,胡晋川,王文生

中国公路学报. 2009, 22(5): 1-7.

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为揭示黄土公路高路堑边坡的稳定性状,选取黄土塬开挖路段非扰动黄土为试样,制作了不同坡型的试验模型,并进行了离心模型试验,研究了黄土公路路堑边坡不同坡型的变形与破坏的发展过程、破坏特征及设计相关参数的确定。结果表明:直线型边坡模型的变形以沉降变形为主,并且沉降变形与边坡破坏之间存在明显的相关关系,无明显的侧向位移现象,破坏滑塌体为整体下滑;折线型边坡稳定性既受综合坡率控制,也受坡脚坡率控制,但主要受坡脚坡率控制,下陡上缓的坡型,处于极限稳定状态时,极易引发牵引式滑塌;阶梯状多级矮坡的次级矮坡坡高相对于高边坡的坡高小到一定尺度时,高边坡的稳定性主要受宏观坡率的控制,次级矮坡不会威胁到高边坡的整体稳定性。

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路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基附加应力扩散特性

易耀林,刘松玉,杜延军

中国公路学报. 2009, 22(5): 8-14.

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用三维有限差分方法建立了钉形搅拌桩复合地基的数值模型,分析了钉形搅拌桩复合地基设计参数对附加应力扩散的影响,并基于钉形搅拌桩复合地基的附加应力分布特性,提出了考虑应力集中效应的下卧层附加应力计算模型。结果表明:复合地基中桩体的存在减缓了附加应力的扩散,与天然地基相比,相同深度复合地基路中心加固区的附加应力较小,而下卧层的附加应力较大;钉形搅拌桩的扩大头高度、扩大头直径、桩长、桩间距、桩身模量是影响路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基附加应力分布的主要因素;所提出的下卧层附加应力计算模型具有较好的适用性。

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热棒对多年冻土路基稳定性的影响

孙文,吴亚平,郭春香,张鲁新

中国公路学报. 2009, 22(5): 15-20.

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建立了多年冻土路基温度场的三维数值计算模型,并采用有限元方法对普通路基、热棒路基在未来50年内气温上升2.6 ℃情况下的温度场进行了预报分析和比较,研究中考虑了路基阴阳坡差异,并以现场实测地温数据为依据。计算结果表明:路基阴阳坡的热差异会导致路基下伏土层温度场不对称,由此可引起路基横向的不均匀变形;在气温升高条件下,未来50年内普通路基将会产生较大融沉变形,不能保证路基的长期稳定性,加热棒后的路基融化深度均小于普通填土路基的融化深度,阴阳坡温度差异也有明显降低,说明热棒结构路基可以抵消气候变暖的影响,从而可以保证路基的稳定性。

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沥青混合料非线性疲劳损伤模型

郑健龙,吕松涛

中国公路学报. 2009, 22(5): 21-28.

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为了研究沥青混合料的非线性疲劳损伤特性,从疲劳损伤的基本理论出发,介绍了线性疲劳损伤模型和非线性疲劳损伤模型,并基于强度-疲劳寿命方程建立了沥青混合料疲劳损伤模型,分析了沥青混合料的疲劳破坏过程;根据损伤力学理论和疲劳方程建立了沥青混合料的疲劳损伤方程,求出了损伤函数、损伤演化方程,利用该疲劳损伤方程反推得到了与疲劳加载波形、速率一致的一次荷载作用下疲劳动载强度计算模型、实际的初始应力水平计算模型及临界疲劳损伤度计算模型。结果表明:试件破坏时,材料所受到的全部损伤中包含疲劳损伤和静载损伤;沥青混合料的疲劳损伤具有非线性特性;疲劳动载强度的加载速率相关性是沥青混合料疲劳试验结果离散性的主要原因之一。

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沥青混合料级配的体视学推测方法

吴文亮,王端宜,张肖宁,李智

中国公路学报. 2009, 22(5): 29-33.

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通过对沥青混合料试件的薄片切割,应用数字图像处理技术,获得了大量截面图像,并引入体视学方法,从二维截面上的集料分布信息推测出了三维空间集料的粒径分布,进一步提出了将球形集料假设级配转换为机械筛分级配的修正方法。结果表明:切片数量对试验结果有影响,切片数量越多,得到的结果越准确;球形集料在假设条件下的级配与机械筛分级配有一定误差,通过引入修正系数C可将二者相对误差控制在5%之内,满足了工程精度要求。

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季节性冻土地区公路路面抗冻设计方法

陈志国,王哲人

中国公路学报. 2009, 22(5): 34-40.

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为减少季节性冻土地区公路在冻胀作用下产生的破坏,对公路路面抗冻设计方法进行了研究。通过对公路冻深和气象资料相关性的分析,提出了公路按冻结指数和潮湿系数进行二级区划的公路冻区划分;在分析各国已有研究成果的基础上,提出了改进的大地冻深和公路冻深计算公式;根据路面在路基土冻胀作用下的受力状态,提出了路面抗冻破坏的设计方法和计算公式。结果表明:公路冻区的划分明确了公路抗冻设计的目的;改进的公路冻深计算方法和路面抗冻设计方法用于路面抗冻设计更加准确,可有效减少路面冻胀破坏。

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桩与土非线性耦合扭转振动特性分析

尚守平,任慧,曾裕林,余俊

中国公路学报. 2009, 22(5): 41-47.

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在Novak边界层模型基础上,将桩周土分为非线性粘弹性内域和线弹性外域,采用随内域平均应变减小的等效剪切模量和增长的等效材料阻尼比近似考虑桩周土的非线性,并采用等效线性法对桩与土层耦合扭转振动进行了研究,得到了考虑桩-土动力相互作用的单桩桩顶扭转角及其扭转动力阻抗函数,然后通过算例对桩-土体系进行了扭转振动特性的参数分析。结果表明:桩顶激振扭转荷载的频率和幅值、外域土与桩的剪切波速比、内域土非线性范围以及桩长径比等因素对非线性土中单桩扭转动刚度和阻尼具有较大影响,所得结论为进一步研究桩-土-桥梁结构非线性动力相互作用机理提供了理论基础。

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空间缆索悬索桥倾斜母线索鞍设计位置的计算方法

李传习,姚明,柯红军

中国公路学报. 2009, 22(5): 48-53.

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将空间缆索悬索桥塔顶鞍座归纳为水平母线鞍座和倾斜母线鞍座2类,以鞍座理论顶点为顺延悬链线交点的定义为基础,讨论了倾斜母线鞍座设计位置的确定问题。从力学关系和几何特征出发,导出了确定倾斜母线索鞍位置的11元非线性方程组,采用牛顿-拉斐森迭代法进行求解,给出了迭代格式与步骤,推导了雅可比矩阵,讨论了迭代初值的确定方法,明确了约束条件,确保了索鞍设计位置迭代快速收敛于真实值。在此基础上,基于几何关系和虎克定律,给出了索鞍顶部主缆无应力长度的计算方法。最后给出了确定索鞍设计位置和索鞍顶部主缆无应力长度的算例。结果表明:该算法简明,能快速、高精度收敛于真实解。

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大跨连续梁桥纵向消能减震振动台模型试验

王曙光,刘伟庆,徐秀丽,钟栋青

中国公路学报. 2009, 22(5): 54-59.

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为研究大跨连续梁桥在纵向设置粘滞阻尼器后的结构地震响应和减震效果,以青岛海湾大桥为工程背景,制作完成了3跨连续梁桥(1个固定墩、3个自由墩)的1/20缩尺比例模型,并进行了常规设计桥梁及在自由墩顶和桥面主梁之间纵向增置粘滞阻尼器桥梁的振动台对比试验。研究结果表明:设置阻尼器的连续梁桥模型,在地震激励下结构阻尼逐渐增加,主梁位移反应减小,固定墩墩底内力减小,有利于连续梁桥整体协同受力,且减震效果随地震烈度的增加而逐渐明显;合理选择阻尼器参数,可以在小震、中震、大震作用下均取得较好的减震效果。

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超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算

陆新征,张炎圣,叶列平,何水涛

中国公路学报. 2009, 22(5): 60-67.

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为改进桥梁设计,提高桥梁上部结构抗撞能力,研究了超高车辆-桥梁上部结构碰撞机理;基于事故调查和有限元模拟,对典型的超高车辆-桥梁上部结构碰撞事故进行了仿真,分析了桥梁上部结构在超高车辆撞击下的位移响应和破坏模式,并对撞击荷载计算方法进行了讨论。结果表明:桥梁上部结构在超高车辆撞击下的破坏模式包括整体型破坏和局部型破坏,可以基于简化半正弦撞击力时程对其进行设计。

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大跨斜拉桥结构行为一致多尺度有限元模拟

孙正华,李兆霞,陈鸿天

中国公路学报. 2009, 22(5): 68-74.

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以润扬长江大桥北汊斜拉桥为实际工程背景,分析了同时考虑结构整体和局部细节特性的结构行为一致多尺度模拟方法在具体应用中的实施过程。以结构健康监测和损伤评估为目标,建立斜拉桥整体结构的三维多尺度有限元模型,桥面系采用分级多重子结构方法建立结构行为一致多尺度有限元模型。对建立起来的大跨桥梁结构多尺度有限元模型进行模态分析,并利用成桥试验数据从静力响应、动力特性等方面验证了多尺度模型的有效性。结果表明:建立的多尺度模型是有效的,其计算分析结果和成桥试验值之间的误差较小;分级建立结构行为一致多尺度模型的模拟方法有利于满足在结构健康监测系统设计、结构状态评估和结构损伤检测等各个不同阶段模型分析的需求。

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基于含噪声脉动反应的悬索桥损伤识别

贺瑞,秦权

中国公路学报. 2009, 22(5): 75-82.

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用高斯白噪声模拟结构的脉动激励,获取其有限测点上有限时长的加速度反应并加入测量噪声;用改进NExT-ERA法识别含误差的不完备模态;用稳定图法和奇值法选择高精度的模态;进而比较由高精度模态建立的基于模态柔度、模态应变能、小波组分能量的损伤指标识别悬索桥损伤的能力和抗噪性,以及有限传感器的不同布置方案对损伤识别能力的影响。西堠门悬索桥的数值计算结果表明:该模态识别和选择的方法是有效的;基于模态应变能和模态柔度的指标对加劲梁损伤有一定灵敏度和抗噪性;能识别的损伤程度取决于模态误差和信噪比的大小;传感器优化布点可提高损伤指标的灵敏度。

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考虑进出交通影响的路段通行能力计算方法

杨晓光,赵靖,郁晓菲

中国公路学报. 2009, 22(5): 83-88.

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为了深入研究进出交通对路段通行能力的影响,在分析城市道路进出节点交通流构成和运行特征的基础上,基于交通流冲突分析原理,利用理论分析建模的方法,针对不同进出交通对主线交通流6种可能的干扰类型,提出相应的通行能力计算模型,并对相关因素对主流向通行能力影响的敏感性进行了分析。结果表明:进出交通会对路段通行能力产生一定影响,各股干扰车流的影响程度与主路车道数、主路交通量、主路交通转向比例、次路交通量等因素密切相关。

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基于斯塔克尔伯格博弈的路网均衡交通分配方法

袁长伟,蔚欣欣,陆化普,卞长志

中国公路学报. 2009, 22(5): 89-93.

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为探讨更加符合实际的路网均衡交通分配方法,区别于传统的以用户效用最大化为目标、根据Wardrop均衡准则进行交通分配的方法,引入博弈论,假设路网上有2种用户,一种使用混合策略Nash均衡准则,另一种使用系统最优准则,据此假设建立基于斯塔克尔伯格博弈模型的路网均衡交通分配方法,并将目标函数转化为单层规划问题,采用广义乘子法求解。算例结果表明:斯塔克尔伯格博弈模型比用户最优模型的系统效率更高,接近于系统最优,但比系统最优更符合现实情况,也表明路网上存在部分按照路径诱导信息行驶的使用者会提高交通系统效率。

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基于行程时间可靠度的有限离散路网优化

张勇,白玉

中国公路学报. 2009, 22(5): 94-99.

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为了提高城市道路交通网络的行程时间可靠度,将交通规划专家依照其经验和综合判断能力提出的若干待建、改建道路作为被优化对象,建立了考虑城市路网改造中工程约束的有限离散路网设计双层规划模型。针对该模型设计了基于蒙特卡罗随机模拟技术并考虑约束条件的遗传算法进行求解,将该模型及其求解算法在广州老城区主干路网上进行了实际应用。结果表明:在路网改造成本约束下,该模型及其求解算法能有效提高行程时间可靠度,路网改造方案有较强的工程可行性;研究结果可为城市路网的改善和建设提供决策支持。

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基于生态交通效率的城市道路网络优化模型

陈荔,马荣国

中国公路学报. 2009, 22(5): 100-104.

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在定义生态交通效率概念的基础上,将城市交通能源消耗、环境污染纳入城市道路网络优化中,构建了基于生态交通效率的城市道路网络双层优化模型。模型以生态交通效率最大化为目标,以道路建设投资、能源消耗、环境保护为约束条件,采用遗传算法与模拟退火算法的混合求解策略求解。实例应用结果表明:改进后的模型能在规划中克服传统规划对环境保护、能源消耗等因素考虑不足的缺陷,提供考虑因素更为全面的网络优化方案,为可持续城市交通的发展提供参考依据。

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代建高速公路业主与代建人的委托代理关系

杨琦

中国公路学报. 2009, 22(5): 105-110.

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介绍了代建制工程项目管理模式的内涵和信息经济学中委托代理理论的基本逻辑,分析了代建高速公路业主与代建人的委托代理问题,构建了业主与代建人的委托代理基本模型并进行了改进。分析结果表明:可以将激励与监督机制有机地结合起来,一同纳入高速公路代建合同的设计中;激励与监督机制都能诱导或激发出代建人的努力;增加固定报酬对代建人的努力没有激励作用,但固定报酬是高速公路业主与代建人达成合作契约的前提;产出分享份额与监控信号在代建合同的制定中是相互关联的;监督措施会对代建人产生负面影响,高速公路业主可能需要补偿由于采用这些监督措施而引起代建人的效用损失。

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公路交通可持续发展评价指标体系研究

陈毕伍,廖晓锋

中国公路学报. 2009, 22(5): 111-117.

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根据公路交通可持续发展的特点,确定评价指标体系建立流程,明确评价的目的和内容,并基于科学性、可操作性、定性指标与定量指标相结合、动态性原则,筛选公路交通可持续发展的相关因素,从公路交通系统可持续发展水平、经济效果、社会效果、资源消耗、环境影响和发展能力6个方面,建立了评价指标体系;采用正指标、逆指标和适用指标原则对评价指标进行量纲一化,提出了基于层次分析法(AHP)模型的综合评价方法,最后以江西省为实例进行了研究。结果表明:所提出的评价体系和模型反映了公路交通可持续发展的内涵,对区域公路交通可持续发展评价具有一定的借鉴作用。

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汽车偏置正面碰撞的数值仿真及结构改进

江建,陈宗渝,段广洪,向东

中国公路学报. 2009, 22(5): 118-121.

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以某类型汽车为研究对象,建立了正面40%偏置碰撞的有限元模型,基于欧洲正面碰撞法规ECE R94.01《关于车辆正面碰撞乘员保护认证的统一规定》,应用PAM-CRASH有限元软件进行仿真;通过对仿真结果的分析并针对原车耐撞性能的不足,在车架纵梁前部设计导引槽式吸能结构,以改进前纵梁吸能变形模式;增加A柱加强件及乘员舱区域车架纵梁的宽度和高度,以提高车架纵向刚度和乘员舱的强度。结果表明:以上改进使整车耐撞性能得到了显著改善;改进后乘员舱变形量明显减小,车架第4横梁的加速度峰值降低了7g。

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电喷柴油发动机汽车燃油消耗量模拟计算

高有山,李兴虎,王爱红,蔡凤田

中国公路学报. 2009, 22(5): 122-126.

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为模拟计算电喷柴油汽车的燃油消耗量,建立了发动机负荷特性的BP神经网络模型和不同行驶模式下的燃油消耗量模拟模型。通过对模拟值和试验值进行回归,用回归方程对模拟值进行修正。结果表明:将电喷柴油发动机设置为不同的额定功率,6工况循环的燃油消耗量模拟值和试验值最大误差为2.3%;不同载荷、不同挡位等速行驶工况的模拟值和试验值最大误差为3.4%;在6工况循环、空载和满载最高挡等速行驶时,调整电喷柴油发动机的ECU,将发动机额定功率设为247 kW时,其试验燃油消耗量低于196 kW和301 kW两种功率配置的燃油消耗量。

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2009年, 第22卷, 第5期　刊出日期：2009-09-01

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