中国公路学报

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中国公路学报. 2015, 28(10): 0-0.

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膨胀石墨抑制沥青烟机理与抑烟沥青混合料动态性能

黄刚, 何兆益, 周超, 黄涛

中国公路学报. 2015, 28(10): 1-10.

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为了有效抑制高温沥青烟释放,在路用沥青中掺入膨胀石墨,采用微观试验和沥青混合料动态性能试验研究了抑烟沥青混合料疲劳性能、黏弹性以及动态蠕变模量随温度、频率的变化规律。研究结果表明:高温下沥青中的轻质组分和多环芳烃能部分插入膨胀石墨层片间并形核结晶长大,或者吸附于膨胀石墨表面,晶格能和范德华力的束缚有效抑制了沥青烟的释放,且被剥离膨胀的石墨中已存在石墨烯片;抑烟沥青混合料疲劳寿命已接近SBS改性沥青混合料,且远高于普通沥青混合料;掺入膨胀石墨对沥青的黏弹性会产生显著影响;抑烟沥青混合料具有较好的高温稳定性、抑烟效果和路用性能。

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基于小波变换的路面平整度自适应提取算法

毛庆洲, 叶浩, 丁诗雄, 章丽萍

中国公路学报. 2015, 28(10): 11-17.

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为了解决传统基于加速度计惯性补偿的激光平整度测量算法在检测车变速运动环境下检测精度低且稳定性差的难题,提出一种基于小波变换的路面平整度测量数据精确处理的新算法。该算法首先利用车轮编码器信号对数据进行分段,然后充分利用各数据段之间的联系自适应地选取不同分解层数的小波变换对数据进行处理,提取有效的车体振动位移补偿激光测距值,得到完整的路面相对高程,最后计算得到路面国际平整度指数(IRI)。试验结果表明:提出的算法在不同速度和运行状态下均具有较好的适应性;相比于传统方法处理得到的结果,该算法具有更高的精度和稳定性,并且拓宽了基于惯性补偿的平整度测量方法的应用范围。

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基于双相机立体摄影测量的路面裂缝识别方法

宋宏勋, 马建, 王建锋, 崔国丽

中国公路学报. 2015, 28(10): 18-25,40.

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为了实现对路面损坏裂缝的快速检测,提出了一种基于双相机立体摄像测量的路面损坏裂缝快速识别方法。运用2台面阵相机,1台垂直拍摄,1台倾斜拍摄,对路面同一物点建立2台相机之间的映射关系。利用映射关系,计算出倾斜拍摄图像变换后的图像,将变换后的图像与垂直拍摄的图像进行运算,实现路面裂缝的快速分割识别。结果表明:将倾斜拍摄的路面图像按映射关系变换后获得的新图像与垂直拍摄的路面裂缝图像做相乘运算,可以突出路面的裂缝信息,弱化路面背景信息,实现路面裂缝图像的快速识别;所提出的裂缝识别算法识别效果优于其他几种算法。

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框架预应力锚杆边坡锚固结构的随机地震反应及动力可靠度分析

董建华, 张媛, 朱彦鹏, 董旭光

中国公路学报. 2015, 28(10): 26-33.

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为了简化框架预应力锚杆边坡锚固结构随机地震反应分析和动力可靠度计算方法,提高计算效率,采用虚拟激励法对锚杆边坡锚固结构进行了随机地震反应分析,获得了框架预应力锚杆边坡锚固结构的地震反应功率谱,给出了改进的动力可靠度计算方法,进行了工程实例验证,并将提出的方法与Monte-Carlo法进行了比较。结果表明:提出的分析模型物理概念明确,是一种快速、精确、实用的分析方法,为框架预应力锚杆边坡锚固结构的随机地震反应分析与动力可靠度计算奠定了理论基础,并提供了一种新的计算途径;随机地震反应随着坡高逐渐增大,在坡中上部达到极值,锚固结构的动力响应峰值随着可靠度指标的增大而增大。

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基于车辆行驶稳定性的路堤边坡坡率研究

潘兵宏, 陈瑾, 章坤鹏, 殷缘, 吕纪云

中国公路学报. 2015, 28(10): 34-40.

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为保障车辆在驶离车道而冲下边坡以及从坡下返回路面的2个过程中能维持行车稳定且不发生侧滑和侧翻,对不设护栏公路的最大边坡坡率进行了研究。采用理论推导方法,对以一定角度冲下或爬上边坡车辆的行驶受力状态进行分析,确定车辆在边坡上能稳定行驶、不发生侧滑及侧翻现象所需的条件,并对重要参数的取值范围进行了界定。通过计算分析得到不同相对加速度条件下满足车辆稳定所需的最大边坡坡率,并进一步考虑边坡附着系数的变化对坡率的影响。结果表明:满足安全条件的最大坡率应随着边坡附着系数的变小而减缓;填料级配良好且水稳定性较高的路堤,其边坡附着系数较高,最大坡率可取为1:4;填料强度和稳定性较低且受水影响较大的路堤,其最大坡率应减小,具体可根据边坡实际条件确定。

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钢板加固锈蚀RC梁短期挠度计算方法和试验

张建仁, 唐皇, 彭建新, 李炬

中国公路学报. 2015, 28(10): 41-50.

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为了研究锈蚀RC梁加固后变形性能,借助微元法思想,将加固锈蚀RC梁划分成有限单元,考虑锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结强度退化以及退化后两者之间的滑移,提出了一种基于裂缝之间锈蚀钢筋和加固钢板组合伸长长度计算钢板加固锈蚀RC梁短期挠度计算方法,分析了钢板厚度和保护层厚度对锈蚀加固梁变形性能的影响。设计制作了9片锈蚀加固梁,并采用静载试验验证了理论模型。分析结果表明:理论模型能够较准确地预测锈蚀加固梁荷载-挠度曲线;在保护层厚度相同的条件下,当两试验梁平均锈蚀率相差超过1%时,锈蚀率是影响挠度发展的主要因素,挠度随平均锈蚀率增大而增大,当试验梁平均锈蚀率相差小于1%且两主筋锈蚀均匀时,挠度随钢板厚度增加而减小;在钢板厚度相同的条件下,荷载值大于50 kN后两试验梁挠度随保护层厚度增加而减小。

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弯梁桥中V-T联合受荷桩承载力分析

邹新军, 王亚雄, 徐洞斌

中国公路学报. 2015, 28(10): 51-58.

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为探讨弯梁桥中基桩在竖向力V和扭矩T共同作用下的受力特性,考虑土体剪切模量和桩侧极限摩阻力沿深度线性增加(Gibson地基),并计入加载路径和桩-土接触面位移非协调性的影响,基于桩身荷载传递函数和剪切位移法建立桩身位移控制方程,引入相应的力和位移边界条件后,导出桩周土处于不同受力状态时的桩身内力位移解析解,由此求得不同加载路径下V-T联合受荷桩的承载力,进而获得桩身承载力包络图。研究结果表明:对于V-T联合受荷桩,桩身承载力随长径比增加而增加,但随桩侧土体剪切模量与极限摩阻力分布常数之比和桩土刚度比的增大而逐渐减小;桩顶可承受的竖向力随扭矩增加不断减小而趋于0,且V→T承载力包络线始终处于T→V承载力包络线外侧。

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可牺牲抗震挡块的两水准设计方法

徐略勤, 李建中

中国公路学报. 2015, 28(10): 59-66.

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为了改变中国桥梁抗震设计中挡块无规范可循的现状,针对挡块斜截面脆断的典型震害,采用拟静力试验对挡块的合理构造及抗震性能进行了研究,结合试验结果与现行桥梁抗震规范,基于"保险丝"思想提出了可牺牲抗震挡块及其两水准性能目标,并明确了其配筋计算方法和构造设计要求,最后通过实桥运用对比分析了其抗震效果。结果表明:使挡块在盖梁顶面发生滑移剪切破坏可大幅提高挡块的塑性变形能力,并防止盖梁的地震破坏;采用两水准设计的可牺牲抗震挡块在中震、小震下可有效限制主梁的位移和橡胶支座的变形,充分发挥其限位作用并使其处于弹性或强度发展阶段;在大震下由于发生强度退化甚至剪断破坏,降低了下部墩柱的地震响应需求,从而发挥"结构保险丝"的作用。

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CFRP缆索悬索桥的索夹设计计算方法

李扬

中国公路学报. 2015, 28(10): 67-75.

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为了深入研究碳纤维增强复合材料(CFRP)缆索悬索桥索夹的合理设计参数,首先介绍了复合材料的Tsai-Hill失效准则,并利用解析法推导了主缆在索夹处的弯矩估算公式,在此基础上提出了一套关于CFRP缆索悬索桥索夹的设计计算方法。然后利用该方法对CFRP主缆上的索夹性能指标进行了参数分析,研究了主缆丝股直径、索夹间距、索夹长度、螺栓张拉力、螺栓间距、CFRP-钢摩擦因数、CFRP自身摩擦因数等设计参数对索夹受力性能的影响。结果表明:通过减小丝股直径、增大索夹长度、增加螺栓张拉力并减小螺栓间距、增加索夹和丝股摩擦因数等措施,可显著改善索夹的受力性能;索夹间距应在合理范围内取值,过大或过小都是不利的。

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软弱破碎隧道围岩动态压力拱效应模型试验

叶飞, 毛家骅, 刘燕鹏, 贾涛, 汪成兵

中国公路学报. 2015, 28(10): 76-82,104.

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为探讨围岩拱效应是否随隧道破坏而动态发展,以软弱破碎围岩为试验对象,在自行设计制作的试验平台上,以重晶石粉、河砂和洗洁精混合料模拟围岩材料,采用全断面隧道开挖法,测量并记录了隧道从开挖完成到塌方结束期间围岩应力的变化情况。试验结果表明:随着隧道开挖,拱腰处的水平应力与竖向应力成反比;距隧道最近围岩由于发生脆性破坏,径向应力和水平应力均减小;距隧道较近围岩由于发生塑性破坏,径向应力增大、水平应力减小;距隧道较远围岩径向应力减小、水平应力增大;隧道开挖后如不及时支护,塑性区将向围岩内部发展;根据隧道拱顶上方水平应力和拱腰处竖向应力峰值位置的变化,可判断拱效应随着隧道失稳而动态发展。

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爆破作用下隧道裂隙围岩破裂范围

刘永胜, 彭立, 王梦恕, 张进华, 傅立新

中国公路学报. 2015, 28(10): 83-89.

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针对隧道松动圈形成过程的复杂性,以厦门翔安海底隧道钻爆法开挖为工程背景,利用断裂力学理论以及声波法和多点位移计测试方法,研究了爆破作用下隧道裂隙围岩开裂机理和破裂范围,并定量分析了爆破作用对隧道松动圈形成过程的影响。结果表明:由于方位角的不同,爆破作用导致裂隙围岩被拉断破坏、剪切破坏和拉剪破坏;以拉剪应力状态下的断裂准则和止裂条件可以确定裂隙围岩断裂破坏最大范围;爆破破裂范围占Ⅱ级围岩隧道松动圈大小的45%~65%;理论计算结果与实测结果基本一致,裂隙围岩爆破破裂机理为分析隧道松动圈形成过程提供了可靠依据。

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公路隧道开挖问题的复变函数解及应用

邓涛, 魏雯, 关振长, 缪圆冰

中国公路学报. 2015, 28(10): 90-97.

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为优化公路隧道开挖和支护的设计,通过将公路隧道的开挖视为弹性无限大板中的单孔问题,引入共形映射和柯西积分,采用复变函数解法推导了在支护压力与远场地应力作用下,任意形状公路隧道围岩应力与位移的解析解,并在MATLAB平台上编程求解数值解。在此基础上,通过大量的算例分析讨论了隧道洞形、洞室跨度、侧压力系数和支护压力等因素对公路隧道围岩应力场与位移场的影响。研究结果表明:隧道洞形对洞室围岩应力和位移的分布影响显著;隧道跨度的增加将明显加大隧道开挖后的拱顶沉降、底板隆起和净空收敛变形,也使得围岩应力的分布和变化更为复杂;对于水平向地应力较大的情形,将隧道分为上下台阶开挖来改善应力分布较为适宜。

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道路交通网络级联失效影响源辨识

王正武, 陈小兰, 李常乐

中国公路学报. 2015, 28(10): 98-104.

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为了给道路交通网络级联失效行为的管理与控制提供参考,根据道路交通复杂网络特性,进行级联失效影响源重要度的辨识和排序方法研究。采用改进的负荷-容量模型刻画道路交通网络的级联失效行为,其中级联失效影响程度用失效路段比例描述;基于比较分析法设计识别算法,依据失效后果的变化程度确定影响源重要性;基于正交试验法建立排序流程,应用极差值进行影响源排序。试验结果表明:备用能力系数、出行网络拓扑、出行总需求、路径选择行为、攻击方式均是级联失效的重要影响源;影响源重要度从大到小依次为攻击方式、出行需求总量、备用能力系数、网络拓扑结构、路径选择行为。

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动态低照度环境中公路合理行车速度确定方法

冯忠祥, 雷叶维, 袁华智, 张卫华, 张楠楠

中国公路学报. 2015, 28(10): 105-111.

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为合理确定动态低照度时公路行车速度限值,保障低照度环境时的公路行车安全,设计实车试验研究环境照度及速度变化耦合影响驾驶人视觉机能的规律。分析了环境照度、行车速度对驾驶人识别不同颜色目标物识认时间的影响,构建了行车速度、动态低照度和识认时间感知关系度量模型,并结合驾驶人反应制动停车视距模型,考虑速度离散对驾驶人的影响,给出了低照度下公路合理行车速度确定方法及建议值。结果表明:驾驶人对红、绿目标物识认时间有一定差异性,红色目标物在低照度环境下的识认性优于绿色;低照度环境时应依据照度变化进行公路合理行车速度限制,且需考虑限速的平顺过渡,在设计停车视距为110 m的公路上,照度为200~500 lx时,建议限速为70 km·h^-1;照度为200 lx以下,建议限速为60 km·h^-1;在设计停车视距为75 m的公路上,照度为200~500 lx时,建议限速为50 km·h^-1;照度为200 lx以下,建议限速为40 km·h^-1。

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基于LMDI分解方法的中国交通运输行业碳排放变化分析

喻洁, 达亚彬, 欧阳斌

中国公路学报. 2015, 28(10): 112-119.

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为了给中国交通运输行业节能减排政策的制定提供参考,基于对数平均权重法(LMDI)分解方法,通过将中国交通运输行业分成公路运输、水路运输、铁路运输和民航运输等4种交通运输方式,定量分析了2005~2011年间行业碳排放变化的主要影响因素。结果表明:人均GDP的增加是行业碳排放增长的主要促进因素,而代表能源利用效率的交通运输能源强度和代表运输效率的交通运输强度的下降对碳排放表现为抑制效应;公路运输对行业碳排放变化的影响十分显著,这不仅体现在公路运输在交通运输中的高占比对行业碳排放显著的促进作用,还体现在公路运输单耗水平下降对碳排放显著的抑制作用;未来,公路运输单耗水平下降、能源消费结构清洁化对行业碳排放的抑制作用会越来越显著。

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干式DCT预换挡过程分析及拨叉轴位置伺服控制

赵治国, 杨云云, 陈海军, 何露

中国公路学报. 2015, 28(10): 120-128.

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基于自主开发的6速干式双离合变速器(DCT),在分析其预换挡过程特殊性的基础上,提出了提前接合目标挡位离合器以减小同步器两端转速差的协调控制策略和拨叉轴位置伺服控制策略,以改善DCT预换挡品质。首先,细化了DCT预换挡过程,对干式DCT预换挡过程换挡阻力进行了计算,提出了提前接合目标挡位离合器以减小同步器两端转速差的协调控制策略;其次,提出了基于模糊PID及拨叉轴目标位置闭环跟踪控制策略。最后,在MATLAB/Simulink平台搭建了DCT预换挡过程仿真模型并进行了仿真和台架验证试验。结果表明:所提出的控制策略相对于未提前接合目标挡位离合器的控制策略,预换挡时间缩短43%,同步器滑摩功减少85.34%;预换挡执行机构可以准确跟踪上层控制策略确定的拨叉轴目标位置,证明上层控制策略有效。

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焊角形状及尺寸参数对客车接头强度的影响

那景新, 袁正, 高剑峰

中国公路学报. 2015, 28(10): 129-134.

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为了给全承载式客车接头焊角的设计提供参考,以某全承载式客车车身整体模型为载体,首先通过对比焊角接头模型的有限元分析与试验结果,验证了建模方法的有效性。然后根据整车梁单元模型的强度分析结果,选取2处应力较高的接头结构作为研究对象;利用梁-壳混合方法建立不同形状及尺寸参数的焊角接头超单元模型,并将其嵌入车身整体梁单元模型。最后通过分析接头结构在车身整体满载弯曲、左前轮悬空及右前轮悬空3种典型工况下的结构强度,研究了焊角的形状及尺寸参数对接头局部强度的影响规律。结果表明:当焊角边长接近接头的杆件截面尺寸时,接头结构的最高应力下降到极值附近;焊角厚度以2 mm为宜,继续增大时对接头结构的应力水平无明显改善;圆弧形焊角对接头结构的加强能力明显强于三角形焊角。

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2015年, 第28卷, 第10期　刊出日期：2015-10-20

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