2013年, 第26卷, 第1期 刊出日期:2013-01-01
  

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  • 吴国雄,曹竞荣,丁静声,刘先义
    中国公路学报. 2013, 26(1): 1-8.
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    为分析V形冲沟特有的地形条件对超高路堤稳定性与变形的影响,运用数值计算方法,选取不同的冲沟岸坡坡度、沟底宽度、沟谷纵坡、路基边坡坡度,对V形冲沟超高路堤的安全系数及变形进行了系统分析。结果表明:相同条件下边坡的三维安全系数高于二维安全系数,且均由冲沟岸坡、冲沟宽度尺寸、沟底宽度引起,可将其称为三维效应,而沟谷纵坡坡度和路基边坡坡度引起的三维安全系数和二维安全系数的变化规律一致,不能称为三维效应;与二维柱状滑动面相比,单级边坡和多级边坡三维滑裂面的形状均为三维曲面;研究成果对于V形冲沟超高路堤稳定性的分析和设计方法的完善具有理论和工程应用价值。
  • 李波,黄茂松,程岳,叶观宝,项培林
    中国公路学报. 2013, 26(1): 9-14.
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    通过在上海S32高速公路某桥头处理段开展长短桩组合型复合地基现场试验,研究路堤填筑过程以及堆载预压期内桩土应力比、分层沉降、桩顶面和桩间土表面沉降、孔压等工程性状的变化规律;采用三维有限元法进行拓展研究,对比分析长短桩组合型复合地基与等长桩复合地基的加固机理。研究结果表明:随着路堤填土高度的增加,长桩和短桩的桩土应力比均逐渐增大并趋于稳定,稳定时长桩和短桩的桩土应力比分别为7~10和3~5;桩顶面和桩间土表面的沉降主要发生在填土期,预压期内沉降趋于稳定;总桩长相同的条件下,长短桩组合型复合地基加固效果优于等长桩复合地基,且存在持力层时的层状地基更利于长短桩组合型复合地基性能的发挥。
  • 孙璐,朱浩然,辛宪涛,王鸿遥,顾文钧
    中国公路学报. 2013, 26(1): 15-22.
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    为提高基质沥青的路用性能,采用纳米Ⅰ作为改性剂,并选用A,B和C作为分散剂,制备了纳米改性沥青并进行路用性能评价;同时将纳米Ⅰ与SBS复合进行沥青改性,以考察纳米Ⅰ对聚合物改性沥青性能的影响。对其中的优选改性方案,进行DSR和BBR试验,进一步评价其路用性能。结果表明:纳米Ⅰ可以明显改善沥青的性能,使沥青的高温性能得以显著提高;纳米粒子的表面改性对沥青的性能有显著影响,有必要开发适用于沥青的纳米粒子表面改性方案,以充分发挥粒子的纳米效应;纳米Ⅰ对SBS改性沥青的影响表现为高、低温路用性能的全面提高。
  • 谭忆秋,孙嵘蓉,郭猛,钟勇,周水文
    中国公路学报. 2013, 26(1): 23-29.
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    为了有效评价沥青路面除冰雪性能、揭示蓄盐沥青混合料除冰雪机理及效果,首先对蓄盐沥青混合料的路用性能进行了研究;其次开发了冰膜与沥青混合料表面粘结力测试系统,提出采用极限破坏拉力和破坏界面等级综合评价混合料与冰的粘结能力,分析了级配类型、温度对粘结能力的影响;并设计了冰点试验方法,研究了蓄盐沥青混合料除冰雪机理;最后通过室内试验和室外实体工程对除冰雪效果进行了验证。结果表明:蓄盐沥青混合料能有效降低混合料与冰之间的粘结力,-5 ℃时蓄盐混合料的极限破坏拉力比普通混合料降低了27.8%;开级配沥青混合料与冰之间的粘结力大于密级配沥青混合料,且粘结力随公称最大粒径的增加或温度降低而增大,破坏界面等级随温度降低而下降;蓄盐路面具有良好的路用性能和除冰雪效果。
  • 周志刚,袁秀湘,谭华
    中国公路学报. 2013, 26(1): 30-37.
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    为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性。根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律。研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况。
  • 李伟,沙爱民,孙朝云,袁梦霞,任炳兰
    中国公路学报. 2013, 26(1): 38-43.
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    为了给路面施工现场中矿质混合料级配提供参考,针对矿质混合料生产过程的特点,设计了一种基于光电成像的矿质混合料级配在线检测系统,该系统可全天候对生产现场的矿质混合料进行级配检测,为生产过程提供实时数据参考。在冷料仓下方的一、二级传送带之间架设光电成像装置,通过红外线激光器和高速线扫描CCD相机全天候获得稳定的矿料数字图像,利用光纤模块使图像数据远程传输至控制室端服务器,采用最小边界计算和尺寸特征计算的方法计算出当前时刻的矿质混合料级配,最后给出了不同环境下的实际级配数据与该系统检测出的级配数据,并进行了误差分析。结果表明:采用此种检测技术可以实现任意时刻的矿质混合料级配在线检测。
  • 俞家欢,牛宏,包龙生,丁鑫,贾连光
    中国公路学报. 2013, 26(1): 44-50.
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    采用超强韧性聚丙烯、聚乙烯醇纤维混凝土进行叠层修补体系的理论分析和试验研究。利用材料的韧性及断裂力学中能量释放率的关系对界面裂纹扩展与分叉的发生准则进行解释,描述在工程水泥基复合材料(ECC)修补试验中观察到的界面裂纹扩展和分叉裂纹的独有捕获过程及其产生机理。结果表明:超强韧性纤维混凝土叠层修补体系的承载能力和延性相对于传统混凝土修补体系有明显改善;不同于传统的脱层失效模式或剥落失效模式,当超强韧性聚丙烯纤维混凝土作为叠层修补材料时会产生独特的多重裂纹破坏模式,该特征使其成为路面工程所需要的具有优良耐久性的理想修补材料。
  • 王林峰,陈洪凯,唐红梅
    中国公路学报. 2013, 26(1): 51-57.
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    为了给危岩崩塌灾害的预测提供理论依据,以主控结构面贯通长度、危岩断裂韧度和裂隙水深为随机变量,基于断裂力学和可靠度理论对危岩稳定可靠度进行了研究,建立了危岩稳定可靠度的优化求解方法并考察了危岩可靠指标和失稳概率与随机变量之间的变化规律,最后以三峡库区万州太白岩南坡危岩为例对该方法进行了验证。结果表明:危岩可靠指标随主控结构面贯通长度、主控结构面倾角、主控结构面贯通长度标准差、裂隙水深标准差和断裂韧度标准差的增加而减小,而危岩的失稳概率除了随断裂韧度的增大而减小外,均随其余各变量的增大而增大;在各变量的改变中断裂韧度标准差的改变对危岩可靠指标和失稳概率的影响较小;且该方法与规范法计算结果基本吻合。
  • 韩强,杜修力,赵彦,王利辉
    中国公路学报. 2013, 26(1): 58-66.
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    为了研究水平双向地震作用下矩形空心桥墩的抗震性能,对约束良好但轴压比和纵向、横向配筋率不同的5个钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩在轴力和双向弯曲作用下的性能进行了循环试验研究。结果表明:试件破坏形态为桥墩底部形成塑性铰的弯曲形破坏,桥墩双向力-位移滞回曲线显示了双向压弯状态下RC矩形空心桥墩刚度和强度退化、捏拢效应以及2个水平方向抗震性能的相互影响;试件桥墩的延性系数在3.5~5.7之间,等效粘滞阻尼系数在0.19~0.26之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求;所给出的横向配筋构型的RC矩形空心桥墩在水平双向地震作用下具有良好的抗震性能,可以取代中国规范JTG/T B02-01—2008中建议的矩形空心截面横向配筋构型;桥墩塑性铰区域高度约为桥墩高度的1/6,远小于规范规定的塑性铰长度的最小值,空心截面桥墩塑性铰发展区域更为集中。
  • 单成林
    中国公路学报. 2013, 26(1): 67-73.
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    为了降低加固钢筋混凝土板的成本,提出一种综合采用后张法和先张法加固钢筋混凝土板桥的新方法。通过对砂浆层施加预压应力,可采用低廉的普通高强水泥砂浆代替高强聚合物砂浆。阐明了该方法的加固思想、设计理论及施工工艺;并通过钢筋混凝土板的模型试验,对试验测试值与理论计算值进行了分析,验证了该方法的可行性。结果表明:该方法的加固理论正确,能够在覆盖钢丝的砂浆层中建立起预压应力,并依靠结合面上界面剂的粘结作用,确保砂浆不剥离,施工工艺可行,加固成本大幅降低,覆盖砂浆所需的预压应力取决于加固后荷载对计算截面砂浆层边缘产生的拉应力及砂浆层与构件结合面的剪切强度两者中的较小值,而且截面受力性能更好。
  • 韩万水,李彦伟,乔磊,赵永祯,杜群乐
    中国公路学报. 2013, 26(1): 74-86.
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    提出了基于有限元模型修正的单车通过多梁式桥梁的移动荷载识别方法。首先采用Butterworth低通滤波器对现场采集到的24 h内所有过桥车辆产生的桥梁动位移信号进行滤波处理,提取静力响应极值,并严格按照车型进行分类统计;其次,对观测桥梁进行基于静力试验的有限元模型修正,建立能够反映桥梁真实状态的基准有限元模型;最后将修正后的有限元模型输入至自行研发的BDANS软件中的多梁式车-桥耦合振动模块,以车型为单位,依据该车型车辆在桥面横向移动时各主梁竖向位移响应分配关系,结合多梁式车-桥耦合振动模块以及实测车辆过桥时各主梁静力极值响应,识别出车辆在桥面行驶的横向位置,然后根据识别出的车辆横向行驶位置和实测桥梁响应识别出车质量。结果表明:该识别方法较为可靠,识别精度较高,能按照车型批量进行识别,可大规模处理交通荷载数据。
  • 叶华文,徐勋,强士中,张清华
    中国公路学报. 2013, 26(1): 87-92.
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    对重庆两江大桥不同开孔形式(苹果形、钥匙形和圆形)的正交异性板交叉细节疲劳行为进行了疲劳试验研究和有限元分析。结果表明:开口肋正交异性钢桥面板模型竖向和横向双轴疲劳试验中,在竖向荷载作用时,钥匙形开孔处比苹果形开孔处的桥面板和加劲肋应力大很多;在横向荷载作用时,钥匙形开孔处横隔板应力比苹果形开孔处大;其他情况下2种开孔形式应力分布基本一致;苹果形开孔相比于钥匙形和圆形开孔形式,其疲劳性能最优;建议开口肋正交异性板构造横隔板开孔形式采用苹果形。
  • 交通工程与管理
  • 蔺鹏臻,杨子江,冀伟,张元海,孙理想
    中国公路学报. 2013, 26(1): 93-97.
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    为了研究考虑剪力滞效应后的箱梁弯曲变形计算问题,由箱梁弯曲的曲率方程出发,探讨了剪力滞效应对箱梁挠曲变形的影响机理。结合设计规范,提出了箱梁弯曲变形计算的剪力滞系数和有效翼缘分布宽度2种修正方法,利用提出的2种修正方法对简支梁和连续梁在集中和均布荷载下的挠度进行了计算。结果表明:剪力滞系数的修正方法精度较高;考虑到设计的方便性,建议在剪力滞系数未知的情况下采用有效翼缘分布宽度修正方法来考虑剪力滞效应对刚度的影响。
  • 焦常科,李爱群
    中国公路学报. 2013, 26(1): 98-105.
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    为了研究超大跨度三塔悬索桥动力响应,以泰州长江公路大桥为例,基于ABAQUS平台建立脊骨梁有限元模型,并在静力几何非线性初始平衡态基础上进行动力分析,研究其地震响应特点及塔梁间非弹性连接的减震效果。结果表明:加劲梁的地震轴力峰值在中塔两侧呈对称线性分布;横桥向剪力波动明显小于竖桥向;竖桥向弯矩分布相对均匀;横桥向弯矩明显大于竖桥向弯矩,并且具有较强的波动性;横桥向弯矩、剪力均在中塔处出现峰值;非弹性连接可有效减小塔梁纵桥向相对位移;边塔处塔梁纵桥向相对位移及塔底纵桥向剪力峰值均与初始刚度近似呈线性关系;梁端部分的轴力随非弹性连接初始刚度的增大而增大,跨内极小值向中塔靠近;合理参数设置的非弹性连接可取得良好减震效果。
  • 杨明辉,单华峰,张小威
    中国公路学报. 2013, 26(1): 106-112.
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    将单桩有效桩长概念延伸至深厚软土区超长群桩基础中以确定其有效桩长。首先,引入剪切位移法推导得出群桩中各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,并考虑因各桩的存在所引起的位移折减效应,建立了基于桩-桩相互作用的桩侧单位厚度土等效刚度系数表达式。在此基础上,基于荷载传递法建立了各基桩的荷载传递微分方程,并考虑超长桩的荷载传递特性,建立了群桩有效桩长与桩顶容许沉降量之间的关系式,从而得出基于沉降控制的深厚软土区超长群桩有效桩长计算方法,并通过算例验证了该方法的可行性。最后,基于该方法对影响深厚软土区超长群桩有效桩长的各主要设计参数进行了对比分析。结果表明:桩顶荷载、桩土相对刚度及桩径对群桩有效桩长的取值较为敏感,其中,群桩有效桩长随桩顶荷载、桩土相对刚度的增大而呈非线性增长,但随桩径的增大而减小;桩间距对群桩有效桩长的影响相对较小。
  • 张建东,葛汉彬,王春林
    中国公路学报. 2013, 26(1): 113-120.
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    为了给工程设计人员提供简单、易懂、实用的薄壁加劲钢桥墩抗震设计理论和评估方法,提出了基于纤维梁单元的简化抗震评估方法。以薄壁加劲箱形悬臂钢桥墩为研究对象,首先通过建立基于壳单元的有限元模型并与试验进行对比,验证了双线性随动强化模型的有效性和壳单元有限元模型的精确性;其次通过12个数值算例,评估了3种不同应力-应变关系对薄壁加劲箱形钢桥墩的纤维梁单元模型Pushover分析所得极值点的影响,并与壳单元有限元模型的结果进行对比,验证了考虑局部屈曲效应的简易应力-应变关系的可行性。结果表明:使用提出的纤维梁单元模型和对局部屈曲进行简化考虑的修正双线性应力-应变关系,可以比较精确地评估薄壁加劲箱形钢桥墩的抗震性能。
  • 刘新荣,石建勋,刘元锋,方焘,欧明喜
    中国公路学报. 2013, 26(1): 121-126.
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    针对隧道工程中出现的管涌、流砂以及隧道围岩中裂隙不同含水填充物的波速和介电常数的特性、二维探地雷达图谱缺点等对隧道水灾害的影响,采用模型试验、MATLAB编程可视化技术、Terzaghi和Taylor理论推导了管涌发生的准则。结果表明:隧道工程施工过程中,围岩裂隙保护层薄弱区最易发生水灾害;将二维探地雷达数据转化,构建三维图谱分析,其结果为复杂地质问题的雷达图谱解释提供了一种直观、可靠和准确性较强的处理方式,可判断裂隙的分布位置,裂隙填充物含水量大小以及渗水病害程度,也是防止施工过程中出现管涌、流砂、突水、涌水等灾害的有效手段,给隧道防排水设计和注浆提供了一定的依据,为同种类型的项目探测解释和病害评价提供了科学依据。
  • 叶飞,苟长飞,陈治,刘燕鹏,张金龙
    中国公路学报. 2013, 26(1): 127-134.
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    在假定注浆浆液为粘度时变性流体,并在盾尾间隙影响厚度范围内均匀柱面扩散的前提下,应用达西定律对盾构壁后注浆渗透范围及浆液对管片造成的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生压力的计算式。通过具体实例,对比分析了是否考虑粘度时变性2种条件下浆液扩散半径及对管片产生压力的计算结果,以及不同胶凝时间下浆液扩散半径及对管片产生压力的计算结果。分析结果表明:2种条件下,浆液扩散半径及对管片产生的压力随注浆压力、注浆时间的变化规律不尽相同,粘度时变性对浆液扩散半径及对管片产生的压力影响显著,可通过调整浆液配比来改变粘度时变性,进而影响浆液扩散半径及对管片产生的压力,但浆液对单位面积管片的压力几乎不受粘度时变性的影响。
  • 交通工程与管理
  • 封坤,何川,苏宗贤
    中国公路学报. 2013, 26(1): 135-143.
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    以南京长江隧道工程为依托,采用自主研发的“多功能盾构隧道结构体试验系统”装置,实现了对盾构隧道原型管片衬砌结构承受水压力与土压力的分离加载模拟,对南京长江隧道原型管片衬砌结构分别在通缝和错缝拼装方式下进行了原型加载试验。研究了不同荷载条件对管片结构力学特征的影响,并对不同拼装方式下管片结构的内力分布特点及错缝拼装方式下目标管片内力沿幅宽的分布规律进行了探讨。研究结果表明:在弹性状态下和结构开裂后,通缝和错缝拼装管片结构力学特征变化显著,错缝结构对于内力、形变及纵缝张开量等发生突变的控制更有效。
  • 孙棣华,李永福,刘卫宁,赵敏,廖孝勇
    中国公路学报. 2013, 26(1): 144-155.
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    为了给智能交通系统(ITS)的发展提供参考,针对传统交通系统因缺乏广泛的互联互通互操作而尚未实现充分的协调与优化问题,考虑信息物理系统(CPS)是通过集成计算、通信及控制技术将信息基元与物理元素融为一体,并基于信息系统和物理系统之间的相互作用与反馈,以实现对物理系统的精确认知和有效控制的特点,将CPS概念引入交通系统,对交通信息物理系统(T-CPS)进行了研究。通过分析ITS与CPS的现状,并结合交通系统的特点,构建了T-CPS基本架构,诠释了T-CPS各层次的功能及特点,并对T-CPS和ITS进行比较,讨论了T-CPS的若干关键技术,同时给出T-CPS的实施思路与应用展望。研究结果表明:T-CPS的研究正符合交通物理对象及环境与交通信息空间深度融合的需要,将为下一代ITS发展提供理论支撑。
  • 杨励雅,邵春福,李霞
    中国公路学报. 2013, 26(1): 156-162.
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    为刻画居住选址备选方案之间的空间相关性,选取通勤成本、住房成本、小区特征、家庭社会经济属性等效用变量,构建了基于广义极值理论的配对巢式Logit模型。利用2005年北京市居民出行调查数据,对模型参数进行估计和检验,并对模型进行弹性分析,研究了效用变量改变所引起的备选方案选择概率的改变。结果表明:配对巢式Logit模型具有比传统多项Logit模型更优的统计学特征,并且能刻画空间相关性随备选方案之间距离增加而衰减的特性;较之以往研究中仅假定相邻空间存在相关性,该模型更接近现实。
  • 刘有军,田聪
    中国公路学报. 2013, 26(1): 163-169.
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    为了研究路网形态对城市交通拥堵的影响,对方格网式和环形放射式路网的交通拥堵特征进行了定量分析。利用元胞传输模型模拟方格网式和环形放射式路网的交通流运行状态,分析了2种路网在不同交通需求下的拥堵特征。结果表明:环形放射式路网比方格网式路网更容易产生交通拥堵和拥堵闭环;当路网交通负荷增加时,后者拥堵规模的增长率高于前者;前者最大拥堵规模随交通需求先呈线性增加而后趋于平缓,后者变化趋势整体上呈现“S”形。
  • 郭景华,李琳辉,胡平,张明恒
    中国公路学报. 2013, 26(1): 170-176.
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    为实现车速跟踪期望值的控制目标,研究了含有参数和外部干扰等不确定性的无人驾驶车纵向运动控制问题。 采用模糊多滑模控制策略设计基于油门与制动的无人驾驶车纵向运动控制算法。 该算法利用模糊逻辑调节滑模增益系数,实现了对不确定性和外部干扰的估计和补偿,并利用Lyapunov稳定性分析方法证明了所得闭环系统的稳定性。最后构造油门控制与制动控制的切换策略以保证油门执行器与制动执行器之间的平滑过渡。分析结果表明:该控制算法可克服不确定性和干扰的影响,具有高精度和强鲁棒性。
  • 谷靖,欧阳明高,卢兰光,李建秋
    中国公路学报. 2013, 26(1): 177-183.
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    为给微型电动车的参数优化设计提供参考,选定轮毂电机驱动的微型电动车作为研究对象,综合考虑了城市道路交通状况、城市居民日常出行和成本等因素,通过动力学计算、MATLAB/Simulink仿真等方法对微型电动车关键性能参数合理范围的选择进行探讨,包括最高车速、电机类型、电池容量和续驶里程等。结果表明:微型电动车最高车速合理范围为80~100 km·h-1,采用直接驱动的轮毂电机作为动力源,微型电动车续驶里程的合理范围为100~120 km,对应的电池容量为12~14 kW·h。
  • 黄若,刘浩明,余和平,赵火英
    中国公路学报. 2013, 26(1): 184-190.
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    为解决公路运输车辆因制动器过热引发交通事故的问题,研发了易燃易爆危险品运输车制动器降温灭火装置。设计了制动器降温灭火装置的结构与控制方法,同时为了确定合理的温度参数控制阈值,建立了制动器温升数学模型,利用Fluent软件对制动器摩擦片进行瞬态温度场有限元分析,计算并获得摩擦片的温度场分布并进行了试验验证,而后依据摩擦片温度场分布情况设定温度参数控制阈值,最后进行了专用试验台架与道路试验。结果表明:易燃易爆危险品运输车制动器降温灭火装置能够在传感器测得温度达到相应控制阈值时准确地进行喷水降温或灭火操作,防止制动器过热造成的热衰退,保证运输车辆运行安全。