中国公路学报

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中国公路交通学术研究综述·2012

《中国公路学报》编辑部

中国公路学报. 2012, 25(3): 2-50.

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为了促进中国公路交通行业科技水平和管理水平的提高,推动中国公路交通事业的发展,通过对近年来国内外公路交通行业各领域(包括:道路工程、桥梁工程、隧道工程、交通工程、公路运输经济、汽车工程和机械工程)的研究状况进行总结、分析,系统梳理了国内外公路交通行业的学术研究现状、热点、存在问题、具体对策以及发展前景,以期为从事公路交通行业的学者提供新颖的研究视角和基础的研究资料。

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塑料套管混凝土桩单桩承载特性研究

陈永辉,齐昌广,王新泉,陈龙

中国公路学报. 2012, 25(3): 51-58.

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为研究塑料套管混凝土桩(TC桩)的承载特性,采用室内试验研究外设塑料套管对桩体竖向抗压强度的影响;结合现场试验,对不同桩尖类型的桩体进行了静载和荷载传递试验,分析不同桩尖类型的TC桩单桩承载能力和桩身轴力、侧摩阻力及端阻力的变化规律。建立了TC桩单桩沉降和侧摩阻力的简化计算方法,并与现场实测数据进行了对比。试验结果和理论分析结果表明:外设的塑料套管可提高桩身混凝土的竖向抗压强度约23%~38%;桩尖直径为26 cm圆形桩尖的单桩静载试验的极限承载力最大,其次是30 cm圆形桩尖、方形桩尖、十字形桩尖;侧摩阻力沿桩深呈两头小中间大的态势,最大侧摩阻力发生在2/5~4/5桩深范围内;所得的理论值与实测值相吻合。

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降雨条件下公路边坡暂态饱和区发展规律

付宏渊,曾铃,蒋中明,何忠明

中国公路学报. 2012, 25(3): 59-64.

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为了分析降雨对边坡稳定性的影响,结合工程实际情况,通过拟定不同的降雨计算方案,采用饱和非饱和渗流理论对某高速公路边坡暂态饱和区的发展变化和地下水升降情况进行数值模拟,进而深入研究边坡在降雨过程中地下水位和暂态饱和区的变化规律以及暂态饱和区对边坡稳定性的影响。研究结果表明:降雨强度决定了饱和区形成的时间,而暂态饱和区扩展面积的大小则受到降雨历时和降雨强度共同影响,暂态饱和区形成和消散都具有滞后特点;降雨不会迅速引起边坡中地下水位的大幅度上升;初始地下水位的高低对暂态饱和区出现的时间和扩展范围将产生重要影响。

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温度及荷载频率对沥青-集料交互作用能力的影响

谭忆秋,李晓琳,吴建涛,罗代松,曹丽萍

中国公路学报. 2012, 25(3): 65-72.

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以参数B为表征沥青-集料交互作用能力的评价指标,利用动态剪切流变仪对2种沥青与4种集料在不同粉胶比条件下相互作用后的沥青胶浆进行了流变性能研究,分析了沥青-集料交互作用能力随温度及荷载频率的变化规律,确定了评价沥青-集料交互作用能力的外部条件。结果表明:随着温度的升高,沥青-集料交互作用能力的增大幅度呈现先小后大的特点;高温和低温下,加载频率对沥青-集料交互作用能力的影响恰好相反。

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水泥稳定废粘土砖再生集料基层材料性能试验

胡力群,沙爱民

中国公路学报. 2012, 25(3): 73-79.

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为研究掺入废砖块集料后水泥稳定碎石性能的变化规律,在试验中将废砖块集料按20%,40%,60%,80%和100%的比例(质量分数,后同)分别替代粗、细集料配制成2组集料后,用5%水泥拌和制备试件,并测试了混合料的击实特性和试件的抗压、抗折强度、抗压回弹模量、干缩以及抗冻性。结果表明:废砖块集料含量多的混合料最大干密度较小而最佳含水率较大;随着废砖块集料含量的增加,试件抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、干缩应变和抗冻指数随之下降,而-15 ℃~40 ℃温缩应变随之增大;为满足规范对基层强度的最低要求,建议混合料中废砖块集料替代天然粗集料或细集料的替代率分别不要超过70%和90%;另外,在冬季严寒地区,还应该考虑废砖块集料的使用引起的强度损失。

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基于MMLS3试验的混合料离析对沥青路面长期高温性能的影响

申爱琴,郭寅川,车飞,殷伟,李耀龙

中国公路学报. 2012, 25(3): 80-86.

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利用小型加速加载设备(MMLS3)分别对吉珲高速沥青路面上面层(SMA-16)和中面层(AC-20)进行加速加载试验研究,在分析判断中、上面层沥青混合料沿横断方向的离析程度的基础上,通过室内加速加载20万次试验,研究不同施工空隙率离析及不同重复荷载作用次数对中、上面层长期高温车辙的影响规律。研究结果表明:施工空隙率离析对沥青路面长期高温性能影响显著;上面层和中面层对应重复加载次数下的车辙深度随离析程度的增加而增大,其中对中面层的影响更为显著;累积加载达到10万次后,路面结构材料内部出现了应力疲劳,重度离析试件的车辙发展出现突变,20万次时车辙变化率要高出无离析试件276%。

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面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型

张磊,伍石生,黄卫,陈团结,沈孔健

中国公路学报. 2012, 25(3): 87-93.

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为了解决传统桥面铺装设计方法不能反映在行车荷载与桥梁振动特性耦合作用条件下的铺装动力响应问题,提出一种面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型的构建新方法。该方法首先综合考虑桥面铺装和桥梁结构特性对建模的要求,建立整桥有限元仿真模型,然后构建精细化桥面铺装体系局部梁段模型,最后通过动力子结构方法将整桥结构与桥面铺装局部结构衔接,并以某大跨径悬索桥为例进行实例分析。结果表明:由于考虑整桥动力特性和不平度的影响,将使计算结果(不平度等级为A)比静力计算结果大10%~15%,并且随着不平度的增加而非线性增加;采用该模型的构建方法可以避免现行桥面铺装设计中采用静载偏不安全的缺点。

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基于响应面法的系杆拱桥吊杆初内力优化

孙传智,李爱群,缪长青,乔燕,焦常科

中国公路学报. 2012, 25(3): 94-99.

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为精确优化系杆拱桥的吊杆内力,提出基于响应面法的系杆拱桥吊杆内力优化方法,优化过程包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和内力优化。以一跨72 m系杆拱桥为例,选取各个吊杆初始内力作为自变量,系梁、拱肋的关键截面弯矩以及系梁关键截面位移和结构应变能作为因变量;采用Box-Behnken试验设计方法进行样本点试验设计,采用显式响应面函数拟合结构静力响应值与吊杆内力间复杂的隐式关系。确定目标函数和多约束条件,采用优化软件对多约束条件下的吊杆内力进行优化分析,给出了成桥在多约束条件下的吊杆最优初内力。研究结果表明:该方法可以很好地对系杆拱桥吊杆初内力进行优化,为系杆拱桥的设计和施工控制提供指导。

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碳纤维索股粘结型锚具疲劳试验研究

侯苏伟,强士中,诸葛萍,刘明虎

中国公路学报. 2012, 25(3): 100-106.

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为研究新研发的碳纤维索股内套管锥形粘结型锚具的抗疲劳性能,进行了应力水平为629~704.48 MPa的200万次疲劳加载试验,测试了体现锚固性能的各项指标,分析了锚具各组件之间的相对位移量、锚固区碳纤维丝表面粘结力及疲劳后的残余极限承载力的变化情况。试验结果表明:各组件之间的相对位移量很小,且主要发生在前50万次循环加载过程中,之后趋于稳定,各组件之间相互协调性非常稳定;锚固区碳纤维丝表面粘结力失效程度小;锚环外表面环向应变几乎无变化,锚环工作状态良好;相比静力极限承载力,锚固系统疲劳后的残余极限承载力不会降低;该新型锚具抗疲劳性能优秀,在长期使用过程中具有很高的安全储备。

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基于板理论的公路混凝土槽形梁内力计算方法

马莹,席进,叶见曙,俞博

中国公路学报. 2012, 25(3): 107-111.

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为了研究适用于公路混凝土槽形梁行车道板内力的计算方法,将公路混凝土槽形梁比拟成带有边梁的弹性矩形薄板,考虑边梁的挠曲和扭转,运用功的互等定理,推导出槽形梁的挠曲面方程,求得行车道板弯矩及挠度的计算公式,提出了边梁抗弯刚度及抗扭刚度的合理计算方法。采用该方法对一足尺模型试验梁进行了计算,并分别采用有限条法、比拟板理论、梁理论对不同边梁高度的槽形梁模型在轮载作用下行车道板的内力进行了计算分析。研究结果表明:运用比拟板理论计算行车道板中部在轮载作用下的弯矩及挠度具有较高精度;相较于梁理论,比拟板理论可进一步反映截面尺寸变化对槽形梁内力的影响及其整体受力特点。

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风积沙地层大跨公路隧道施工过程力学行为分析

仇玉良,姚红志,胡晓勇,郑万坤,史宝童

中国公路学报. 2012, 25(3): 112-119.

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采用三维数值模拟和现场监测的手段,对风积沙地层大跨公路隧道超前支护效果、工法参数优化、围岩压力释放和沉降发展规律进行分析。通过计算结果与监测数据的对比分析,得出了风积沙地层隧道开挖过程中围岩压力的变化形态、二次衬砌施作时机和最终形变荷载大小以及沉降发展等规律。分析结果表明:旋喷桩超前支护将掌子面潜在失稳区域控制在旋喷壳下部掌子面前方D/2范围(D为单洞开挖跨度14 m);三台阶法施工台阶长度宜取(1/3~1/2)D;二次衬砌落后下台阶掌子面的距离宜取D/2;二次衬砌分担荷载较大,分担比例约为50%。

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城市道路网络功能匹配度建模与实证分析

任刚,陆丽丽,许丽,张水潮

中国公路学报. 2012, 25(3): 120-128.

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为定量评价城市道路等级配置、功能定位和网络结构的合理性,借助功能匹配度(道路实际使用功能与规划设计功能的吻合程度)概念,从道路所承载交通的方式划分、距离分布及行车速度3类分流特征出发,利用层次分析法和模糊综合评判的数学方法,建立城市快速路、主干路、次干路、支路以及整个网络的功能匹配度分析模型。在大量实际城市交通调查数据的基础上,对模型参数进行了详细计算和标定。基于通用交通分析软件EMME/3的交通分配-路径分析功能,提取路段平均车速、分车型流量以及流量的起讫点信息等分流特征,进而获取模型所需的变量值。算例分析结果表明:该模型能够实现实际城市道路网络功能匹配度的定量计算,且具有实用性和可操作性。

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城市道路交通网络系统容量评估模型

谢辉,于晓桦,晏克非

中国公路学报. 2012, 25(3): 129-134.

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以出行者出行行为选择为基础,以最大化网络容量为目标,建立了城市道路交通网络容量双层规划评估模型。其中下层引入停车路段(搜索停车设施所行驶的路段)和步行路段,把停车设施转化为道路路段,以出行分布、方式分担和均衡配流组合模型来反映出行者出行目的地、出行方式服从多项式Logit和出行路径服从用户均衡原则的出行选择行为;上层以网络储备容量最大化为目标,考虑网络的路段通行能力、外部环境以及服务水平要求等约束条件下的最大流量问题。最后给出了相应的启发式求解算法。研究结果表明:该模型和算法有效且易于操作。

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容量限制条件下改进的地下快速路集散点选择模型

胡郁葱,商慧丽,李敏

中国公路学报. 2012, 25(3): 135-140.

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为了使地下快速路集散点选址满足需求点的要求,针对地下快速路集散点选择模型,考虑设施服务能力等条件的限制,进行了模型的改进。采用定性和定量分析相结合的方法,在以集散效率最大化为目标的集散点选择模型的约束条件中,加入了备选集散点容量限制的约束,对集散点选择模型进行了改进,通过一个算例对结果进行分析,并验证了改进后模型的可行性。研究结果表明:改进后的集散点选择模型能够求得最优解,获得的最优布置点分散,能够满足最大范围的需求并引导需求的空间转移。

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自动变速器车辆换挡品质研究

张炳力,季明微,张友皇

中国公路学报. 2012, 25(3): 141-146.

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为了改善液力自动变速器的换挡品质,通过对自动变速器换挡过程的分析,采用电磁阀控制换挡离合器接合分离的方法,基于Simulink建立了换挡电磁阀控制系统模型,包括电磁阀工作逻辑控制和开闭合曲线控制模型。利用该模型,对换挡过程中电磁阀控制规律的变化对换挡冲击度的影响进行了分析。为了进一步验证开发方向和控制策略的正确性,设计了基于dSPACE的自动变速器快速控制原型试验并进行了试验验证。结果表明:换挡电磁阀控制系统能够减小换挡冲击度,改善换挡品质。

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纯电动客车用BLDCM双闭环控制系统建模与仿真

张昌利,马建

中国公路学报. 2012, 25(3): 147-153.

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为了给电动汽车的研发提供参考,针对某型城市公交中巴客车改装的纯电动汽车,设计了无刷直流电机(BLDCM)的车速-电流双闭环控制系统,在MATLAB环境下搭建了该系统的动态仿真模型,并从空载(负载)运行、换挡运行、循环工况运行3个方面进行了仿真试验。研究结果表明:相比于传统的仅针对电机的驱动控制系统,该系统直接以车速为控制对象,可以将整车控制与电机控制有机结合起来;测速装置从电机转移到车轮上,利于降低BLDCM的设计复杂度和制造成本;该系统的电机调速控制效果与传统的电机驱动控制系统相当,并可有效控制汽车换挡带来的车速突变、迅速响应频繁变化的车速需求,能够满足多挡位纯电动客车的城市道路行驶要求。

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路面铣刨机铣削载荷特性分析与试验

顾海荣,焦生杰,肖翀宇,王富春,林通

中国公路学报. 2012, 25(3): 154-158.

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为了给路面铣刨机铣刨系统参数匹配提供参考,以LXH1000型全液压路面铣刨机为对象,对路面铣刨机铣削载荷特性进行了研究。采用数学解析法,研究了刀具铣削运动轨迹,建立了刀具铣削厚度及铣刨转子累积铣削厚度随铣刨转子转角变化的模型,分析了影响路面铣刨机铣削载荷的因素,并通过现场铣刨试验进行了验证。结果表明:路面铣刨机铣刨转子累积铣削厚度具有高频周期性变化的特点,铣刨转子旋转速度和刀具数量决定了铣刨转子累积铣削厚度变化的频率,路面铣刨机行走速度和铣刨转子旋转速度决定了铣刨转子累积铣削厚度的均值,但铣刨转子累积铣削厚度的周期性变化与铣削载荷的波动之间没有明显联系。

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2012年, 第25卷, 第3期　刊出日期：2012-05-01

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