中国公路学报

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中国公路学报. 2016, 29(3): 0-0.

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封一/四

中国公路学报. 2016, 29(3): 0-0.

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基于孔隙介质特征的地基沉降分层总和分析方法

曹文贵, 李鹏, 唐旖旎, 贺敏

中国公路学报. 2016, 29(3): 1-8,65.

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针对土体的孔隙介质特点及其变形参数随初始地应力或应力历史以及附加应力而变化的特征,采用宏观与微观相结合的分析方法,建立了反映孔隙介质特点的宏观土体与微观土颗粒骨架变形参数之间的关系模型。在此基础上,采用分级加载处理非线性分析问题的思路,建立了初始地应力或应力历史和附加应力对地基土体变形参数影响的分析模型,并据此提出了反映孔隙介质特点的地基沉降分层总和分析新方法。最后,通过工程实例计算和分析与已有相关方法进行了比较。研究结果表明:该方法能较好地反映地基土体变形参数随初始地应力或应力历史和附加应力而变化的特征,尤其适用于软土地基沉降分析,具有较强的合理性与可行性。

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基于分子模拟的沥青蜂状结构成因探究

王鹏, 董泽蛟, 谭忆秋, 刘志杨

中国公路学报. 2016, 29(3): 9-16.

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为探讨沥青化学组成对其蜂状结构的影响,针对3种常用直馏沥青,考虑沥青中普遍存在的长链烷烃类、硫化物、稠环芳烃及沥青质类化合物的分布特性,进行了沥青微观相态组成成因的分子动力学模拟及试验研究。借助已知代表性化合物组装沥青分子模型,通过沥青元素组成、四组分分布、平均分子量及原子力显微镜形貌观测验证沥青分子模型的有效性。利用分子模型原子体积与表面特性势能场分布图及分子动力学轨迹图研究了不同分子对沥青微观相态组成的贡献。结果表明:沥青质是形成蜂状结构中高度较高的白色区的原因之一;长的烷基侧链尾部穿插在沥青质分子层间或大沥青质分子卷曲空白处,形成蜂状沉陷区;而极性大且空间位阻小的硫化物和稠环芳烃吸附在沥青质芳香环微区形成黏附力大但弹性模量低的沉陷区。

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高温损伤对高强橡胶钢纤维再生混凝土抗压和抗弯性能的影响

谢志红, 谢建和, 黄培彦, 郭永昌

中国公路学报. 2016, 29(3): 17-24.

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以一种新型环保高性能混凝土-橡胶钢纤维再生骨料混凝土(RSRAC)为研究对象,探讨高温损伤和橡胶掺量对其抗压和抗弯性能的影响。试验设计了6组不同配合比的RSRAC[橡胶掺量(体积分数)分别为0%、4%、8%、12%和16%],考虑了4种不同温度(25℃、200℃、400℃和600℃)作用,制备了72个尺寸为150mm(直径)×300mm(长)的圆柱体和72个尺寸为150mm(高)×150mm(宽)×550mm(长)的小梁试件。通过实施轴压和三点弯曲试验,分析了高温损伤和橡胶掺量对RSRAC轴压和弯曲的破坏形态、抗压和抗弯强度、弹性模量、韧性等影响规律。研究结果表明:随着温度逐渐升高,RSRAC的抗压强度和抗弯强度出现大幅下降,抗压和抗弯强度与温度几乎呈线性关系;适量橡胶的掺入对提高RSRAC高温作用后的抗压和抗弯性能有一定的帮助;计及各级温度作用的影响,4%~8%是RSRAC抗压强度和弹性模量的最优橡胶掺量,8%~12%是RSRAC抗弯强度的最优橡胶掺量。

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沿河公路平行悬空混凝土路面板断裂力学模型

陈洪凯, 周福川, 唐红梅

中国公路学报. 2016, 29(3): 25-34.

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为了研究悬空路面板断裂机制,按照Winkler弹性地基假设,借鉴Westergaard求解非悬空无限大板应力解的思路,将平行悬空路面等效为非悬空路面板,按照特殊的边界条件进行处理,得到了平行悬空路面板应力场解析表达式。结合断裂力学的观点,选取三维断裂模型设置表生裂纹,分析受路面板悬空部分自重和车辆荷载作用下的极限承载力。通过工程实例,得出了悬空比例R与极限承载力之间的关系,同时对该等效方法的适用范围进行了讨论。结果表明:当悬空比例R=0.4时,极限承载力为50.3kN,在标准轴载作用下,50kN的车辆荷载就可能使得悬空路面板发生突然的脆性断裂破坏,导致安全事故发生;当0< R< 0.5时,悬空路面板发生局部断裂破坏,可以按照所提出的等效方法求解极限承载力;当R≥0.5时,悬空路面板未达到极限承载力即发生整体性倾覆破坏,该求解方法将不再适用。

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基于多线纹理的路面磨耗检测及评价方法

杨国峰, 王浩仰, 潘玉利

中国公路学报. 2016, 29(3): 35-40.

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为了对路面磨耗状况进行定量描述,通过大量的文献分析和深入的理论研究,采用主客观相结合的方法,提出了基于三线路面构造深度的路面磨耗快速检测方法,并根据路面构造深度与路面磨耗率的关系,建立了路面磨耗与路面构造深度指数评价模型及评价标准。通过广泛的工程化应用,验证了提出的路面磨耗快速检测和路面磨耗评价方法的正确性。结果表明:所提出的路面磨耗检测和评价方法能有效区分高速公路和普通公路的不同磨耗状况,可为公路管理及公路养护提供参考。

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半刚性基层双层连续摊铺施工组织工艺研究

乔志, 王选仓, 徐子涛, 侯仰慕

中国公路学报. 2016, 29(3): 41-47.

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以内蒙古省道203线双层连续摊铺试验段为依托,为建立合适的双层连续摊铺施工组织工艺,以平整度扰动为考量对车辆轴载标准进行了研究,计算了压实设备对未养生下基层的压实应力,并以中国北方寒冷地区半刚性基层连续摊铺段为对象,提出了基于平整度理论的车辆限重标准,设计了提高压路机使用效率的施工方案,制定了双层连续摊铺施工进度控制标准,提出了基于流水作业法的施工组织设计方案并在实际工程中成功予以实施。结果表明:双层连续摊铺施工工艺可以有效提高基层施工进度,减少养生时间,但因为施工时施工车辆作用在强度尚未成型的水稳基层上,因此应对车辆轴载进行控制,以保证施工质量。

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疲劳荷载下钢筋钢纤维高强混凝土梁受压边缘累积残余应变计算方法

高丹盈, 张明

中国公路学报. 2016, 29(3): 48-54.

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为了深入研究钢纤维高强混凝土梁的疲劳损伤演化过程,促进钢纤维混凝土在公路和桥梁工程中的应用,通过14根钢筋钢纤维高强混凝土梁的疲劳试验,分析了疲劳等效应力比、钢纤维体积率、钢纤维类型、钢纤维掺入截面高度和钢筋级别等因素对钢筋钢纤维高强混凝土梁受压边缘混凝土累积残余应变的影响。探讨了疲劳荷载作用下钢筋钢纤维高强混凝土梁受压边缘混凝土累积残余应变的计算方法,提出了考虑钢纤维含量特征参数、钢纤维掺入梁截面高度和混凝土强度影响的钢筋钢纤维高强混凝土梁受压边缘混凝土累积残余应变的计算公式。以梁受压边缘混凝土累积残余应变为依据,分析了疲劳累积损伤的发展过程。研究结果表明:钢筋钢纤维高强混凝土梁累积残余应变随着最大应力水平及疲劳循环次数的增加而增大,其发展具有明显的阶段性;钢纤维有效降低了累积残余应变的发展速率和梁的疲劳损伤程度。

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中小跨径板式橡胶支座梁桥横向抗震性能

汤虎, 李建中, 邵长宇

中国公路学报. 2016, 29(3): 55-65.

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为了明确板式橡胶支座梁桥在强震作用下的横向抗震性能,在总结国内外学者有关板式橡胶支座滑动效应、钢筋混凝土挡块力学性能的基础上,建立了板式橡胶支座梁桥全桥精细化有限元数值模型;以支座位移、挡块变形和桥墩位移延性系数为损伤指标分别制定了板式橡胶支座、钢筋混凝土挡块和桥墩的损伤状态判断准则;选择汶川地震及国内外其他地震事件的近断层地震动记录作为输入,考察典型板式橡胶支座简支梁桥在近断层地震动输入下的抗震性能。结果表明:基于精细化模型的数值模拟结果真实再现了汶川震区板式橡胶支座梁桥的典型震害现象;上、下部结构连接部位是板式橡胶支座梁桥横桥向抗震薄弱环节;抗震设计时,应加强和重视该类型桥梁钢筋混凝土挡块的合理力学性能参数研究以及新型横向限位装置设计等方面的研究。

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斜拉桥桥塔非线性抗震性能研究

夏修身, 李建中, 管仲国, 王瑞龙

中国公路学报. 2016, 29(3): 66-72,81.

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为了有效地指导斜拉桥的抗震设计,探讨了桥塔的非线性抗震性能。通过在拉索中施加初始应变模拟斜拉桥在自重下的成桥状态内力及线形,给出了拉索初始应变的计算方法;用纤维截面梁柱单元模拟桥塔,基于OpenSees平台建立了中等跨度斜拉桥的动力分析基准模型,并与Sap2000模型进行了比较。通过5条强震记录下的增量动力分析(IDA),得到了斜拉桥的塔顶位移、塔底曲率及塔中关键截面的曲率IDA曲线及塑性单元的形成及扩展规律、桥塔的初始屈服位置及最终地震破坏位置。研究结果表明:桥塔屈服时惯性力沿塔身的分布比较复杂,塔顶位移作为抗震指标不能较好反映桥塔的地震损伤;桥塔屈服后仍有一定的抗震能力储备,按弹性抗震设计则比较保守。

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考虑摩擦滑移的板式橡胶支座连续梁桥地震反应分析

李冲, 王克海, 惠迎新, 吴刚

中国公路学报. 2016, 29(3): 73-81.

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为研究板式橡胶支座滑动后对桥梁抗震性能的影响,对5个板式橡胶支座和1个铅芯橡胶支座进行了拟静力试验,对比分析考虑摩擦滑移后板式橡胶支座的力-位移滞回曲线、等效刚度、等效阻尼比及滞回耗能等力学特性与铅芯橡胶支座的异同,并以1座连续梁桥为例,通过非线性时程分析支座摩擦滑移对墩底曲率延性系数、墩底剪力、支座位移和残余位移及桥墩和支座滞回耗能等的影响,研究考虑支座摩擦滑移后桥梁的抗震性能,验证考虑摩擦滑移的板式橡胶支座在中小跨径连续梁桥上的应用。研究结果表明:考虑摩擦滑移的板式橡胶支座力学模型可用双线性滞回模型描述,加载位移大于200%后,板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的滞回耗能接近;地震作用下考虑摩擦滑移的板式橡胶支座可耗散大量地震能量,但与主梁和限位装置的间隙有关,并且间隙的确定与地震动频谱特性有关,设计时应予以注意。

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不同限载等级对公路桥梁安全性的影响规律

李松辉, 蒋含莞

中国公路学报. 2016, 29(3): 82-88,115.

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应用结构可靠性理论,系统分析了钢筋混凝土中、小跨径简支梁桥在不同限载条件下的结构失效概率。首先,以规范建议的设计基准期内汽车荷载效应最大值分布为初始分布,提出了考虑不同桥梁限载等级因素的汽车荷载效应右截尾分布模型;进而,以不同的右截尾点取值模拟桥梁不同的限载等级,分析了不同右截尾点取值对桥梁失效概率的影响规律;最后,构造3种不同的汽车荷载效应超载分布模型,模拟桥梁不同的超载运营状态,进一步分析了右截尾点取值对超载桥梁失效概率的影响程度。结果表明:汽车荷载效应右截尾点取值对桥梁失效概率有不同程度的影响,随着右截尾点取值的减小,结构失效概率有所降低;桥梁超载程度越大,右截尾点取值对结构失效概率的影响越明显。

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盾构切削大直径钢筋混凝土桩基新型刀具研究

袁大军, 王飞, 董朝文, 韩冰, 王梦恕

中国公路学报. 2016, 29(3): 89-97.

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依托苏州地铁盾构连续切削14根Φ1000~Φ1200公路桥桩工程,通过理论分析、三维动态仿真和大型切桩现场试验等,对可直接切削大直径钢筋混凝土桩基的新型刀具展开研究。研究结果表明:切桩刀刃宜选用零后角和负前角,研发的新型贝壳刀可适应于连续切削多根大直径桩基,切削钢筋机理为剪切切削,切削混凝土机理为挤压损伤;新型贝壳刀切削钢筋形成V形切槽,刀身最大应力不超过1500MPa,合金刀刃最高温度291℃;新型贝壳刀单次切削混凝土范围为刀身所经过的横截面区域,切削效果呈跃进破碎特征,切向力与贯入力的比例关系约为5∶2;无论是切削钢筋或混凝土,硬质合金刀刃的磨损类型均为磨粒磨损,新型贝壳刀的磨损系数约为0.77mm·km^-1。

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城市地下交通联系隧道火灾时围护结构的传热计算

肖益民, 孙宁, 阳东

中国公路学报. 2016, 29(3): 98-105.

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为分析城市地下交通联系隧道(UTLT)发生火灾时的烟气流动情况,对隧道气流进行了整体的网络模拟计算;在考虑围护结构传热对气流温度和流量影响的基础上,建立了UTLT围护结构传热模型,分析并给出了围护结构的传热影响深度、初始温度分布、边界换热等定解条件的确定方法,导出了模型求解的离散方程组,并将围护结构传热计算融入网络计算模型。对某一城市地下交通联系隧道进行网络模拟计算,得到了该隧道温度分布、风量分布以及围护结构传热量。结果表明:围护结构传热对隧道内的风量和温度均有明显的影响,在模拟计算过程中不能忽略。

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围岩塑性区变形特性对隧道收敛约束的影响

张常光, 赵均海, 范文

中国公路学报. 2016, 29(3): 106-115.

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为了给隧道新奥法的设计与施工提供参考,针对隧道开挖引起围岩扰动随距离的渐进性变化,建立了半径相关的塑性区弹性模量计算式,并结合塑性区弹性应变的3种定义,获得了围岩特征曲线的理论新解答,进而探讨了围岩塑性区变形特性对代表性硬岩和软岩隧道收敛约束的影响规律。结果表明:半径相关的塑性区弹性模量和不同弹性应变定义对围岩稳定变形均有显著影响,且其影响程度与中间主应力效应密切相关,但对支护压力的影响却很小;基于半径相关的塑性区弹性模量得到的围岩特征曲线和稳定变形处于较小弹性模量上限、常弹性模量下限之间,应优先选用由广义胡克定律确定的塑性区弹性应变第3定义;所得围岩特征曲线新解是真正的理论解析解,综合反映了多种因素特别是围岩塑性区变形特性的共同影响。

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一种基于朴素贝叶斯分类的车道数量探测

唐炉亮, 杨雪, 阚子涵, 王雪浩, 李清泉, SHAW S L

中国公路学报. 2016, 29(3): 116-123.

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针对浮动车数据采集成本低、采集速度快、覆盖范围广、蕴含丰富道路信息等特点,提出了一种基于浮动车数据的城市车道数量信息快速获取方法。该方法首先根据浮动车数据的空间分布特征,利用基于Delaunay三角网的密度聚类方法对数据进行优选;然后通过探测浮动车数据的覆盖宽度及其在道路横截面的分布状态,构建朴素贝叶斯分类器;最后采用朴素贝叶斯分类方法确定目标路段的车道数量。结果表明:该方法可以从低精度浮动车数据中快速获取车道数量信息,提取精度达到76.3%。

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基于TdPN的无信号交叉口优化控制方法

上官伟, 崔晓丹, 郑子茹, 蔡伯根, 王剑

中国公路学报. 2016, 29(3): 124-133.

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为了提高城市交叉口通行效率,在车路协同环境下对无信号交叉口优化控制方法进行了研究。设计并采用基于时延Petri网(TimedPetriNet,TdPN)的无信号交叉口优化控制方法,利用TdPN建立无信号交叉口控制模型,并依此建立交叉口车辆最快消散目标函数,采用递归方式求解车辆最优通过序列;利用Q-Paramics构建基于车路协同环境下的无信号交叉口仿真平台,分析该方法在不同交通流量下对交叉口平均延迟、平均停车次数、平均排队长度和平均速度4个交通参数的影响,并将其与传统的信号控制方法进行对比。研究结果表明:基于TdPN的无信号优化控制方法能够在一定程度上缓解中小交通流量下的交叉口通行问题,并且其控制结果明显优于传统的感应控制方法。

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高铁运输与民航运输选择下的中长距离出行决策行为

芮海田, 吴群琪

中国公路学报. 2016, 29(3): 134-141.

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为分析旅客在中长距离出行时出行方式选择的影响因素及影响过程,采用自主设计的调查问卷,获得1295份旅客出行特征数据。按照中长距离常规出行方式分布情况,将交通工具划分为高铁和民航2种。运用非集计理论,将旅客的年龄、性别、职业、目的地、出行目的、出行费用、费用方式等个人特征和出行特征作为影响因素,并将2种出行方式作为选择肢,建立了旅客中长距离出行方式选择行为度量模型,并结合弹性理论分析了各个影响因素的敏感度。研究结果表明:出行距离、目的地城市等级、年龄、出行目的等9个因素对高铁和民航出行方式选择具有较强的影响,其中目的地城市等级、年龄和最希望出发时间的弹性值大于1,表明这3个因素对出行方式选择行为影响敏感度较高。

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双离合器车辆蠕动和起步非线性无静差跟踪控制与仿真

鲍伟, 李成, 孔慧芳

中国公路学报. 2016, 29(3): 142-150.

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针对湿式双离合器车辆蠕动和起步过程存在的外部不确定扰动,提出了一种非线性无静差跟踪控制方法。首先建立双离合器车辆蠕动和起步过程的非线性动力学模型,并采用反馈线性化方法将非线性动力学模型转化为线性模型;分析了参考信号和扰动信号的结构特点,构建参考信号和扰动信号的不稳定模型,并在此基础上构建无静差跟踪控制系统;采用极点配置技术实现系统的状态反馈控制。通过非线性变换,将线性系统的控制信号转换为原非线性系统的控制信号从而实现非线性系统的无静差跟踪控制;最后通过仿真试验验证了控制算法的有效性。结果表明:提出的双离合器车辆蠕动和起步的控制方法,在不确定外部扰动信号作用下,能够快速实现无静差跟踪控制,且能将扰动引起的最大转速偏差控制在较小的范围之内。

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烘干筒表面传热过程与数值计算

谢立扬, 张晨光, 刘立强, 顾海荣

中国公路学报. 2016, 29(3): 151-158.

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为提高沥青搅拌设备烘干筒传热效率,降低烘干筒散热损失,对烘干筒内部料帘区和火焰区的传热过程与方式进行了分析。在综合考虑火焰、烟气、烘干筒筒壁与骨料之间的辐射、对流和接触热交换过程的基础上,提出了烘干筒一维轴向传热数学模型,并结合已有研究成果给出了各传热系数的计算公式和辐射网络模型,同时采用4阶龙格-库塔方法对烘干筒传热过程进行了数值计算,并以4000型搅拌设备烘干筒为试验对象进行了计算和验证。结果表明:火焰区烘干筒表面温度最高约300℃,料帘区的温度在30℃~170℃范围内;在料帘区前半段,试验与数值计算结果相差4.86%,变化规律基本一致;随温度增加,两者差值变大,最大差值出现在火焰区,约为19.5%,但仍基本满足工程计算的需要,此时计算的烘干筒表面热损失约占总热量的3%;研究结果可为烘干筒结构优化和节能提供依据。

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2016年, 第29卷, 第3期　刊出日期：2016-03-20

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