中国公路学报

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黄如宝,牛衍亮,赵鸿铎,常惠斌

中国公路学报. 2012, 25(6): 1-8.

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为了促进道路压电能量收集技术的研究及推广,对压电道路技术途径及其发展方向进行了分析总结,从能量收集效率的角度对比了交通荷载作用下沥青和水泥路面不同的力学响应,对不同压电陶瓷以及换能器结构的能量转换性能进行对比分析;并从压电材料、换能器结构、铺设模式、电处理系统设计及压电换能模式拓展5个方面提出了对未来研究方向的展望。研究结果表明:PZT-5H是较为适宜的道路压电材料;桥型换能器在与交通荷载作用的耦合性及能量转换效率方面较其他传统结构更优。

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考虑桩-土滑移的柔性基础下复合地基沉降分析方法

曹文贵,王江营,罗忠涛,翟友成

中国公路学报. 2012, 25(6): 9-16.

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为了考虑柔性基础下复合地基桩-土相对滑移特性和桩间土竖向应力变化对其沉降计算的影响,在分析复合地基沉降变形机理基础上,根据桩-土界面剪切变形特性,假定桩-土界面剪应力和剪切相对位移关系服从理想弹塑性模型,并将复合地基沉降视为由塑性区、弹性区和下卧层压缩变形区3个部分组成;根据塑性区桩-土界面剪应力与相对位移的关系特性,通过分析桩与桩间土竖向应力,建立塑性区压缩量分析方法;针对桩间土竖向应力变化特征,在对现有桩间土竖向位移模式进行改进的基础上,建立了考虑桩间土竖向应力变化和桩-土相对位移的弹性区压缩量计算模型,并采用已有复合地基下卧层压缩量分析方法计算下卧层的压缩量,从而建立柔性基础下复合地基沉降计算新方法。研究结果表明:该方法可反映桩-土相对滑移和桩间土竖向应力变化对沉降的影响;通过工程实例计算与其他同类方法进行对比分析,表明该方法合理、可行。

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现浇X形桩复合地基桩侧摩阻力分布特性

刘汉龙,吕亚茹,丁选明,金辉

中国公路学报. 2012, 25(6): 17-23.

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依托南京市桥北污水处理厂现场静载荷试验,应用ABAQUS软件分别建立了现浇X形单桩复合地基、群桩(梅花形布置和正方形布置)复合地基桩侧摩阻力的模型。结果表明:现浇X形桩中性点出现在桩长1/4~1/3深度处,负摩阻区明显存在但小于正摩阻区,是典型的摩擦型桩;侧摩阻力随桩体模量、土体参数和一定范围内桩长的增大而增大,随褥垫层厚度的增大而减小;布桩间距影响侧摩阻力的发挥,在允许的承载范围内,应尽量增大布桩间距,优化侧摩阻力的分布。

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共振法加固公路可液化地基试验

刘松玉,程远

中国公路学报. 2012, 25(6): 24-29.

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针对目前中国在可液化地基处理中存在的问题,研究开发了一种新的液化地基处理方法——十字形振动翼共振法;结合工程实例,现场测试分析了十字形振动翼共振法施工产生的超静孔压分布规律和发生过程、施工时地表振动影响范围;分别采用孔压静力触探试验、剪切波速试验和标准贯入试验对加固前后的地基抗液化性能进行了评价。结果表明:十字形振动翼共振法可有效加固可液化地基,消除液化,且施工方便、速度快、造价低、加固深度大、对环境振动影响小,具有良好的推广应用前景。

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基于实测荷载和温度梯度的沥青路面车辙发展影响因素分析

顾兴宇,袁青泉,倪富健

中国公路学报. 2012, 25(6): 30-36.

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为了给沥青路面车辙问题的研究提供参考,针对车辙产生的外部影响因素(温度和荷载),根据实测轮胎接地压力,提出了模拟动载模型,并结合路面结构温度场分析和材料试验结果,建立了基于模拟动载和温度场分布梯度的车辙分析三维有限元模型,研究了京沪高速公路实际温度和荷载环境下的车辙发展规律。结果表明:路面结构平均温度和车辙量均在16:00达到最大值;超载和超压对车辙有显著影响,加快了车辙的发展速度;沥青路面中、上面层永久变形达到总体变形的88%左右,是车辙发生的主要部位;当气温超过23 ℃时,车辙开始较快发展,气温高于28 ℃时,车辙增长速率显著加大。为了防治车辙,路面设计时应综合考虑路面结构组合和材料组成,并严格控制车辆超载。

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沥青面层的截面弯曲刚度当量模量计算

谈至明,吁新华

中国公路学报. 2012, 25(6): 37-42.

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讨论了各种结构和层间接触条件下等截面弯曲刚度的换算方法,并给出了计算式,当温度沿面层层厚线性分布时,给出了沥青面层当量模量简便的代数计算式,对比分析了几种不同面层当量模量的弯沉计算误差。结果表明:采用所提出的等截面弯曲刚度当量模量所得到的弯沉精度较高,相对误差一般不超过5%;采用面层中点温度所对应的当量模量,在沥青面层与下卧层层间连续,以及温度沿面层层厚分布变化比较剧烈时,其弯沉计算相对误差有可能超过15%;采用面层平均温度所对应的当量模量计算得到的弯沉相对误差有可能超过10%。

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基于ALF加速加载的沥青混合料车辙标准研究

纪小平,郑南翔,牛思胜,王莎,丛卓红

中国公路学报. 2012, 25(6): 43-48.

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为了确定与温度、交通量、结构层位、行车速度相关联的沥青混合料车辙标准,依托ALF加速加载试验、室内车辙试验和理论分析展开研究。以3种路面结构在3种不同工况下的ALF加速加载车辙试验为主要支撑,建立用于求解车辙标准的车辙预估模型;提出车辙分层预估的方法,并建立车辙深度R₀与动稳定度(DS)标准的求解方法;以甘肃地区为例,求解5个分区典型路面结构在不同行车速度下不同层位的R₀与DS标准。结果表明:车辙标准随行车速度减慢、路面温度升高、轴载作用次数增多而提高,且中、上面层的标准值远远高于下面层。

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车辆荷载下沥青路面动力响应随机特性及可靠性分析

刘小云,史春娟

中国公路学报. 2012, 25(6): 49-55.

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为了研究车辆随机荷载作用下沥青路面的动力响应,建立了车辆随机振动模型和车辆随机激励下基层-面层双粘弹性沥青路面动力响应模型,并采用Fourier变换与小波变换相结合的新方法求得了路面随机响应解析解。根据实际车辆参数及道路参数,以路面不平度为初始激励,仿真得到了车辆随机荷载的功率谱密度函数和自相关函数,分析了沥青路面在车辆荷载下的随机动力响应特性,计算了沥青路面动力响应的主要数字特征函数,同时还对沥青路面随机动力响应进行了可靠性设计。结果表明:沥青路面动力响应的均值函数与路面等级无关,而自相关函数、功率谱密度函数及标准差均随着路面等级的下降而增加;采用提出的方法确定不同可靠度下不同等级沥青路面的动力响应值,可避免采用静载荷作为路面设计荷载的不合理性,为沥青路面的可靠性设计与分析提供参考。

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框架式抗滑桩受力特性对比分析

钱同辉,徐华,夏文才,陈芳

中国公路学报. 2012, 25(6): 56-59.

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为探究大型滑坡治理中框架式抗滑桩的受力机理,采用ANSYS有限元计算及模型试验方法,对比分析了框架式双排抗滑桩的内力和变形特征。建立了能反映框架式双排抗滑桩空间效应的有限元模型,并运用相似理论构造了室内试验模型,对比分析了数值模拟和室内模型试验结果。结果表明:模型试验与数值模拟结果总体趋于一致;前、后排桩身弯矩存在反弯点,其最大值出现在滑动面处,后排桩起到主要的抗滑作用;纵向框架梁的最大弯矩值在桩、梁交接处,横向框架梁对抗滑桩起到了很好的变形协调作用,在以边桩为拱脚处表现出明显的土拱效应;对比分析验证了框架式抗滑桩具有土拱-桩-梁空间协同受力特性及变形规律。

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对称荷载作用钢锚板式钢-混组合索塔锚固体系传力机理

周绪红,张茜,狄谨,于坤,邵新鹏

中国公路学报. 2012, 25(6): 60-67.

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首次提出钢锚板式钢-混组合新型索塔锚固体系,并成功应用于青岛海湾大桥红岛航道桥。采用精细化弹塑性有限元数值分析方法对钢锚板式钢-混组合索塔锚固体系在对称索力作用下力的传递机理进行了研究,分析了对称索力作用下力的传递途径与各构件所承担水平力和竖向力的大小,同时分析了不同位置PBL剪力键传递水平力和竖向力大小的变化规律。结果表明:斜拉索水平分力的85%由钢锚板承担,15%的水平分力通过PBL剪力键和钢-混凝土间的摩擦力传递给混凝土塔柱;斜拉索竖向分力通过横隔板、底座、PBL剪力键以及钢-混凝土间的摩擦力传递给混凝土塔柱,其中上横隔板传递44%的竖向力,下横隔板传递15%的竖向力,底座传递38%的竖向力,PBL剪力键传递2.2%的竖向力,钢-混凝土间摩擦传递0.8%的竖向力。

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偏心荷载作用下波形钢腹板PC组合梁的力学特性

王圣保

中国公路学报. 2012, 25(6): 68-73.

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为了解波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能,通过试验结合有限元方法,研究了该类型梁在偏心荷载作用下的挠度、横向位移、扭转角度、箱梁截面的翘曲应变、翘曲应力及波形钢腹板的附加剪应力等力学特征。结果表明:在偏心荷载作用下,波形钢腹板PC组合梁混凝土顶、底板上的翘曲应力较大,且最大翘曲应力出现在混凝土底板角点处,而波形钢板上的翘曲应力较小;在相同荷载等级下,波形钢腹板上由约束扭转及畸变产生的附加剪应力约为对称荷载产生的剪应力的1.5倍,并且在钢腹板截面沿高度方向分布较为均匀。

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自锚式悬索桥静力随机分析与可靠度评估

李建慧,李爱群

中国公路学报. 2012, 25(6): 74-79.

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为了对复杂结构进行随机分析及可靠度评估,提出一种复合算法。使用拉丁超立方抽样选取样本点拟合神经网络,基于显式化的神经网络解析式,采用皮尔森相关系数进行参数敏感性分析,利用一次二阶矩与重要抽样蒙特卡罗法进行可靠度评估,最后采用该算法对空间缆索自锚式悬索桥进行了静力随机分析及正常使用状态下的可靠度评估。计算结果表明:与大跨地锚式悬索桥静力受力行为不同,对于中等跨度自锚式悬索桥,主梁抗弯惯性矩是活载作用下主梁挠度最为敏感的因素;荷载的随机性是影响正常使用状态下结构可靠度的最敏感因素。

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实际交通流作用下的车-桥耦合振动研究

马麟,韩万水,吉伯海,史国刚,刘健新

中国公路学报. 2012, 25(6): 80-87.

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采用数值方法研究某悬索桥的动力放大系数,完善了公路随机车流下的车-桥耦合振动分析系统,建立了多线程路面粗糙度的模拟技术。推导了多车轴车辆模型的运动方程,并将新的车辆动力学模型嵌入到随机车流下的车-桥耦合振动分析系统中,研究了多线程相关路面粗糙度的模拟技术,并利用快速傅里叶变换提高谐波合成模拟的效率,最后分析了车流作用下大桥的冲击效应,探讨了车-桥耦合振动效应的影响。结果表明:车流作用下,悬索桥的冲击效应明显,耦合效应使振动响应产生了一定相位差,但耦合效应没有引起主梁振幅的大幅增加;悬索桥的动力放大系数宜参照英国BS 5400规范或加拿大OHBDC.1982规范的相关规定进行取值;车速对动力放大系数有显著影响。

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正交异性钢桥面板局部振动分析

马牛静,王荣辉,韩强,李平杰,朴泷

中国公路学报. 2012, 25(6): 88-93.

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基于能量原理研究正交异性钢桥面板的局部振动,将正交异性钢桥面板视为双向加劲板,纵向加劲肋与横隔板均按质量与刚度进行等效,加劲肋视为梁单元,母板按经典薄板理论计算。板的振型函数用2个独立的梁振型函数的乘积表示,在加劲板频率方程的推导过程中,考虑加劲肋的偏心及扭转,同时考虑母板的膜应变能,并选择3类常见的边界条件进行实例分析。研究结果表明:提出的方法与ANSYS软件计算结果比较吻合;加劲肋的偏心对低阶频率影响较大,加劲肋的扭转刚度对高阶频率的影响较大,等效正交异性板法不适于计算加劲板的高阶频率。

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通航桥梁主动防船撞系统及其性能分析

王淑,任慧,云霄,闫兴非,淡丹辉

中国公路学报. 2012, 25(6): 94-100.

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针对现有船舶交通管理系统及被动防船撞装置在内河通航桥梁防撞的局限性, 以及解决水运交通快速发展与船、桥相撞事故频发矛盾的迫切性,利用红外和可见光成像探测的互补性,建立了桥梁防船撞主动预警系统,提出了基于多特征自适应融合跟踪的航迹预测Kalman滤波方法。研究结果表明:基于红外/可见光/激光复合探测及多源数据融合方法可以实现桥梁防船撞主动预警,该方法能够与桥梁被动防撞系统构成更完整的系统,减少船撞桥概率及船撞桥损失。

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既有混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估

王春生,周江,吴全友,王玉娇,董小红

中国公路学报. 2012, 25(6): 101-107.

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基于混凝土桥梁疲劳失效机理,提出了基于S-N曲线和断裂力学的混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估方法。采用现场监测数据,对七狼窝黄河大桥T型梁受拉主筋的疲劳寿命进行了估算。结果表明:采用Miner疲劳损伤线性累积准则能够较好预测混凝土梁的疲劳使用寿命,考虑腐蚀影响时钢筋腐蚀疲劳寿命降低显著,仅为93年;按断裂力学模型估算的七狼窝黄河大桥T型梁受拉主筋的疲劳寿命约为280年,但计算结果未考虑腐蚀对疲劳寿命的影响,在进一步研究中应计入腐蚀对钢筋断裂力学参数的影响;混凝土桥梁疲劳寿命评估结果为既有桥梁科学维护决策提供了技术支撑。

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基桩质量纵波扭转波综合分析法可行性研究

鲍树峰,张宏,董志良,张功新,刘永锋

中国公路学报. 2012, 25(6): 108-114.

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为了论证纵波扭转波综合分析基桩质量的可行性,通过理论分析和动力有限元分析得到了三维状态下纵波和扭转波的传播特性,并对基桩质量纵波扭转波综合分析法进行了实际工程验证。结果表明:纵向荷载激励时,桩顶的接收波中不但含有纵波成分,还含有横波成分;扭转荷载激励时,桩顶的接收波中不但含有扭转波成分,还含有弯曲波成分,且扭转波属于横波,其波速小于纵波波速;在相同条件下,与纵波相比,扭转波的分辨率高,测试盲区深度小,对桩身的浅部缺陷更敏感,能较好地解决纵波测试中无法辨识出桩身浅部缺陷的难题;该方法能够应用于实际工程。

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高速公路匝道多性能指标优化控制方法

柴干,谢永利

中国公路学报. 2012, 25(6): 115-122.

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针对高速公路匝道控制中单一性能指标评价具有片面性的问题,提出了一个基于多性能指标优化的高速公路匝道控制方法。在应用METANET模型进行交通流特性与控制建模的基础上,设计了主线运营效益、排队长度和排队公平指数3个性能指标,用于描述高速公路路网的运营效率和公平性。根据Pareto原理,利用非支配性快速遗传算法对多个性能指标进行综合优化,依据所求得的较优解集筛选最优解。以宁杭高速溧水—江宁段的匝道控制为例,从Pareto最优解筛选、排队长度的变化状况、控制效果比选等方面进行了比较。分析结果表明:该方法可综合考虑多个指标,减少对工作经验的依赖,使匝道控制效果在效率和公平的博弈中达到最好。

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基于Logistic回归的危险认知模型与避撞时间模型的对比

林庆峰,成波,徐少兵,李升波

中国公路学报. 2012, 25(6): 123-128.

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为比较基于Logistic回归的驾驶人危险认知模型(RPL模型)与避撞时间模型(TTC模型)对跟车状态的辨识能力,利用图像式汽车行驶记录仪采集城市交通环境下的驾驶行为数据,分析驾驶人制动行为与跟车状态判断之间的关系。基于信号检测论建立了RPL模型和TTC模型的性能评价方法,对2种模型的判别准确率、似然比和辨别力指数进行比较和分析。结果表明:RPL模型和TTC模型在城市低速近距离跟车工况下均具有较高的判别准确率;RPL模型的判别准确率达到93%,安全阈值为条件概率取0.4,TTC模型的判别准确率达到92%,安全阈值为5 s;2种模型的似然比和辨别力指数接近,表明2种模型判别跟车危险程度的能力相近;与TTC模型相比,RPL模型具有更大的适用范围。

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城市道路交叉口群信号协调控制多目标优化与仿真

高云峰,胡华,韩皓,杨晓光

中国公路学报. 2012, 25(6): 129-135.

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为克服采用单目标或线性组合方法研究城市路网交通信号协调控制与优化的弊端,以交叉口群为对象,运用多目标优化方法建立了交通信号协调控制参数的多目标优化模型,并基于非支配排序遗传算法设计了相应的多目标优化算法求解模型。采用改进的元胞传输模型对信号控制路网上交通流的运行与演化过程进行仿真模拟并获取各个优化目标值。分析结果表明:单目标优化模型使被优化目标最优的同时,往往使其他未被优化的1个或几个目标较差;线性组合优化模型可获得折衷解;多目标优化方法能更好地兼顾多个优化目标,使最优或较优的目标数多于较差的目标数。

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基于子区域交通流优化的交叉口信号控制研究

臧利林,朱文兴

中国公路学报. 2012, 25(6): 136-139.

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为了减少车辆平均延误时间,提高城市区域交通通行效率,结合实际交叉口地理特征和区域交通流数据,建立了一种基于子区域交通流优化的交叉口信号控制模型,并应用遗传算法获得模型的最优解。在模型中,考虑相邻交叉口信号之间的协调,以车辆平均延误时间最小为优化目标,采用HCM2000延误计算方法,并在优化过程中嵌入Robertson车队离散模型,保证提出模型的可行性和有效性。在VC++6.0中编写程序,获得交叉口信号最优控制方案,最后通过CORSIM仿真证明该控制方案的优劣。结果表明:与现有基于共同周期的协调控制方法相比,所提出的模型能够获得更优的交通效益,为区域交通信号控制提供了一种新的思路。

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柴油/甲醇组合燃烧车辆的道路试验

姚安仁,刘军恒,魏立江,姚春德

中国公路学报. 2012, 25(6): 140-146.

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在1台6缸增压中冷直喷柴油机上进行了柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)台架试验,通过标定DMCC模式下的全工况喷醇脉谱,分析其在动力性不变的条件,经济性和排放特性的变化情况。并将DMCC模式应用到1辆牵引卡车上进行双燃料道路试验,监测其在不同路况下发动机的运行区域。结果表明:在保持车速不变的情况下,采用DMCC模式后油门开度会减小,最大可减小12.5%;在定点高速公路上采用DMCC模式后,车辆在空载和重载工况时油门开度分别减小了9.6%和8.9%,甲醇对柴油的平均替代率为29.23%,整车的燃油经济性提高了6.66%,其NO_x和微粒排放也有所改善。

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ISG轻度混合动力汽车冷起动排放仿真与试验

隗寒冰,秦大同,刘永刚,陈淑江

中国公路学报. 2012, 25(6): 147-153.

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为了进一步优化混合动力汽车控制策略并降低冷起动阶段的排放,以热力学定律和汽油发动机平均值理论为依据,建立了发动机和三元催化器动力学模型。在此基础上,建立了整车在新欧洲城市循环工况(NEDC)下的冷起动排放仿真模型,分析了燃油补偿控制对空燃比和三元催化器效率的影响,并将仿真结果与发动机实车台架试验结果进行对比。结果表明:建立的混合动力汽车冷起动排放模型具有较好的准确度,HC排放误差为9.15%,CO排放误差为13.86%,燃油消耗误差为5.27%,试验结果为进一步优化整车控制策略提供了理论依据。

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平地机变功率节能控制技术研究

林涛,王欣,焦生杰,叶敏

中国公路学报. 2012, 25(6): 154-158.

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为实现平地机发动机变功率节能控制技术,依据变功率节能控制技术原理及平地机不同作业工况对发动机功率的需求,提出了发动机变功率曲线设计计算依据及控制方法。针对样机设计了3条发动机功率曲线,并采用相应的控制方法实施变功率节能控制。试验结果表明:采用变功率节能控制技术,发动机的输出转速范围不变,平地机作业装置的工作效率不受影响,减少了驱动轮滑转和轮胎磨损,发动机功率利用更加合理,在极限负荷工况下,油耗可降低7.3%~18.3%。

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2012年, 第25卷, 第6期　刊出日期：2012-11-01

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