中国公路学报

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中国公路学报. 2016, 29(7): 0-0.

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考虑高路堤土拱效应层状地基中带帽刚性桩复合地基的承载特性

陈昌富, 米汪, 赵湘龙

中国公路学报. 2016, 29(7): 1-9.

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为了给高路堤下带帽刚性桩复合地基提供设计依据，针对高路堤下带帽刚性桩复合地基荷载传递特点，将带帽桩和桩帽下部分土体视为复合桩体，同时假定复合桩体间土体的位移模式，并考虑高路堤填土的土拱效应和桩帽间土体的成层性，基于变形协调原理，建立了高路堤-复合桩体-桩帽间土体相互耦合的荷载传递模型，推导得到了高路堤荷载作用下带帽刚性桩复合地基的桩土应力比和桩土差异沉降计算公式，以工程实例验证了该计算方法的合理性，并分析了桩长、桩间土压缩模量、桩帽截面尺寸、桩间距等因素对桩土应力比的影响。研究结果表明：桩长、桩间土压缩模量和桩帽截面尺寸对桩土应力比影响显著，而桩间距、填土内摩擦角、填土黏聚力和填土压缩模量对桩土应力比影响较小。

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文克勒地基上四边自由矩形薄板温度翘曲解

谈至明, 赵振岐

中国公路学报. 2016, 29(7): 10-14.

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为获得文克勒地基上四边自由矩形板温度翘曲精确结果，检验威斯特卡德（威氏）温度翘曲应力的精度是否满足工程要求，采用双向三角级数叠加合成板的竖向位移，推演得到了文克勒地基上四边自由矩形薄板在板厚度方向存在温度梯度时的解析解。对双向三角级数解和威氏解得到的板的翘曲应力进行了介绍，并结合算例分析了板温度梯度引起的板扭矩分布状况以及威氏温度翘曲应力解的精度。结果表明：威氏解的偏差随着板泊松比的增大而加大，但偏差绝对量并不大；对于泊松比为O.15的水泥混凝土路面而言，威氏解的精度可满足工程要求。

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宏观构造特征对水泥混凝土道面抗滑性的影响

赵方冉, 邱团结, 张皓

中国公路学报. 2016, 29(7): 15-21.

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为获得道面表面构造纹理参数对其抗滑性的影响规律以科学指导道面抗滑性设计和施工，基于水泥混凝土道面表面宏观构造、粗观构造和细观构造对抗滑性影响因素和摩阻机理的分析，探讨了道面宏观构造对胎面所产生的变形摩擦力分量、表层微细构造尖端对胎面微切削摩擦力的力学行为，提出了基于道面纹理间距、纹理凸体棱角坡度、纹理凹陷深度和宽度等构造参数的摩擦因数分析模型。基于弹性包络理论，分析了纹理间距、凸体棱角坡度、凹陷深度和宽度等参数对轮胎变形摩阻和微切削摩阻的影响规律，并分别对不同纹理间距、凸体棱角坡度和凹陷深度的水泥混凝土道面试件进行了实验室试验。结果表明：凹陷深度在2～6 mm之间增大时，其抗滑性均显著增大；但当凹陷深度超过4 mm后，间距较密（小于20 mm）的纹理凸体棱角坡度对抗滑性影响很小；而间距较疏（大于25 mm）的纹理凸体棱角坡度对抗滑性影响显著，且其抗滑性随凹陷深度增大显著，因此，在纹理较稀疏的道面上有必要加深凹陷深度，而较密纹理的道面上加深凹陷深度则无意义；纹理凸体棱角坡度的钝化对抗滑性影响的规律显著，但当凸体棱角坡度被磨损钝化到45°后，纹理间距几乎不再影响其抗滑性，因此，对于容易磨损钝化的道面，当纹理间距小于20 mm时，再加密纹理难以增大其摩阻性。

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原状黄土变形与强度特性的加载速率效应

邓亚虹, 魏宝华, 王晗, 李喜安, 宋焱勋

中国公路学报. 2016, 29(7): 22-29.

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为揭示荷载施加快慢对土体变形与强度特性的影响规律，基于三轴CU试验，开展了不同围压和含水率状态下，原状和重塑黄土加载速率效应的试验研究。在试验结果基础上，分析了加载速率对黄土应力-应变曲线特征、抗剪强度以及结构强度等的影响规律。研究结果表明：加载速率对黄土的应力-应变曲线形态有显著影响，高加载速率、低围压、低含水率可以导致应变软化现象的产生；加载速率对剪切强度的影响存在临界值，加载速率小于此值时抗剪强度随着加载速率的增大而增大，超过此值时抗剪强度又有一定程度的降低，呈现先增后减的特征；加载速率对抗剪强度参数c和φ的影响规律不尽相同：黏聚力c随着加载速率的增大呈现先增大后减小的规律，而内摩擦角φ则随着加载速率的增大单调递减；加载速率对黄土结构强度的影响规律与抗剪强度基本一致，亦存在一临界加载速率，结构强度随着加载速率的增大也表现出先增大后减小的规律。

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基于非局部损伤的环氧沥青混凝土疲劳裂缝仿真(英文)

罗桑, 钱振东, 陆庆, HARVEY J

中国公路学报. 2016, 29(7): 30-37.

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基于连续介质损伤力学理论，以环氧沥青混凝土的疲劳开裂过程为研究对象，建立了梯度增强的非局部损伤模型用于表征材料的疲劳损伤，并进行有限单元数值格式化；利用FEAP有限元软件仿真分析了环氧沥青混凝土在不同温度（10℃、20℃、30℃）、加载应变与饱水状态下小梁试件的四点弯曲疲劳试验。室内疲劳试验结果与仿真结果具有很好的一致性，表明所构建的梯度增强非局部损伤模型具有很好的可靠性。通过疲劳试验数据，回归拟合出不同温度与饱水状态下的环氧沥青混凝土的疲劳损伤参数，为环氧沥青混凝土材料在路面结构中的疲劳特性研究提供了基础材料参数。研究成果为沥青混凝土类材料的疲劳特性研究与性能设计提供了依据与借鉴。

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基于自然驾驶试验的山区公路汽车行驶轨迹特性研究

徐进, 罗骁, 张凯, 鲁工圆, 邵毅明

中国公路学报. 2016, 29(7): 38-51.

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为掌握汽车行驶轨迹与公路几何线形之间的拓扑关系，在7条山区双车道公路上开展实车试验，采集了自然驾驶状态下的汽车运行参数并从中提取了行驶轨迹，得到了轨迹横向偏移率的连续变化曲线，分析了行驶轨迹的形态特征及其受公路几何参数的影响规律。结果表明：汽车进入左转弯后先是切向弯道内侧，之后驶向外侧，再驶回本车道，右转弯的轨迹变化规律基本类似，但切弯点和侵入对向车道的位置有所差别；对于中小转角的弯道，真实轨迹的切弯点要早于理想轨迹，并且真实轨迹要更靠向曲线外侧；弯道行驶时间越长、驾驶人越倾向于侵占对向车道，并且会出现二次切弯现象；切弯后由于惯性，汽车可能会过于靠拢弯道外侧，驾驶人需对轨迹进行矫正但矫正过度会导致车辆再次侵入对向车道；平曲线半径越小、汽车轨迹侵占对向车道的程度越严重，左转弯的转角中等大小时的轨迹偏移率最大，右转弯转角越大轨迹偏移率波动幅度越大；回头曲线会发生严重侵占对向车道的行为并且右转时的侵占程度更高。

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日照作用下混凝土箱梁温度场边界条件研究

赵人达, 王永宝

中国公路学报. 2016, 29(7): 52-61.

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为选取合适的日照作用下混凝土箱梁温度场边界条件计算公式，对既有太阳直接辐射、散射辐射、地面反射、对流换热、辐射换热、大气综合温度的计算公式和取值进行了综合对比分析，以齐甘嫩江大桥温度场实测结果为基础，结合温度场分析有限元程序，研究了不同太阳直接辐射强度、散射辐射强度、地面反射辐射强度公式对箱梁顶板、腹板和底板温度场的影响，探讨了便于工程应用的辐射换热系数的合理取值范围，桥梁与环境温差和风速对对流换热系数的影响，以及箱梁不同部位的外界大气温度取值对箱梁内部温度场的影响规律。结果表明：太阳直接辐射强度对箱梁顶板温度分布影响较大，散射辐射强度对箱梁顶板和腹板温度分布影响较大，选择合适的太阳直接辐射和散射辐射强度计算公式能有效提高混凝土箱梁的温度场计算精度；地面反射及辐射换热中的斜面天空辐射效应分别对箱梁底板和顶板温度分布影响较大，在设计计算中不应忽视；综合考虑温差和风速计算得到的对流换热系数能较为准确地计算混凝土箱梁结构的温度场；辐射换热系数取值受外界条件影响较小，可在一定范围内取值；计算箱梁不同部位的综合大气温度时，应考虑相应部位的外界大气温度。

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桥梁结构两层面承载力设计与优化的策略和方法

杨绿峰, 欧伟, 张伟

中国公路学报. 2016, 29(7): 62-71.

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为了解决桥梁结构整体承载力设计与优化的难题，基于弹性模量缩减法提出了桥梁结构构件和整体两层面安全性设计及其优化策略。首先研究分析了桥梁结构在构件和整体2个层面上的安全系数取值，然后利用齐次广义屈服函数建立单元承载比，提出了高、低承载构件的动态判别准则。通过有策略地调整构件截面强度，建立了桥梁结构两层面承载力设计方法；进而以结构两层面承载安全性要求为约束条件，以均匀承载为优化准则，提出了桥梁结构优化设计方法。结果表明：所提出的方法能够避免将第2类高承载构件误判为低承载构件，可获得两层面承载安全性能和经济性能均优的桥梁结构设计方案。

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高桩承台桥梁驳船撞等效侧向荷载作用模式

樊伟, 刘斌

中国公路学报. 2016, 29(7): 72-80.

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为正确估计桥梁结构船撞下的需求，以中国通航水域广泛采用的高桩承台桥梁为对象，从荷载模式的角度开展了驳船等效侧向荷载研究。在构建船撞等效侧向力作用模式过程中，考虑了高桩承台基础的动力特点，将其简化成两自由度体系。基于两自由度模型的振动模态、驳船冲击谱及模态组合方法，推导出了确定驳船撞下桥梁等效荷载的新方法，并在算例中运用提出的方法与现有规范静力法进行了比较。结果表明：基于模态的等效荷载作用模式与规范静力法单点集中力形式存在显著差异；规范静力法精度低，仅简单放大荷载大小，但不改变作用模式时误差仍然较大，说明荷载作用模式在确定桥梁船撞需求与能力时至关重要；采用所提出的荷载模式计算时，结构响应与动力结果吻合较好，且其计算精度对质量比和墩身-桩基刚度比不敏感。

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混合配筋混凝土梁抗弯计算理论

庞蕾, 屈文俊, 李昂

中国公路学报. 2016, 29(7): 81-88.

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为了给混合配筋（混合配置FRP与钢筋）混凝土梁的设计应用提供参考，对已有抗弯承载力计算公式进行了对比分析，并通过将理论值与试验值的对比，证明了各公式的精确性和有效性。通过改变混凝土强度、钢筋强度、FRP筋种类、混凝土极限压应变以及有效配筋率等参数，采用理论分析的方法讨论了限定纵筋最大拉应变对理论计算结果的影响。结果表明：已有混合配筋混凝土梁抗弯承载力计算公式均是基于平截面假定，根据截面内应变协调和力的平衡得出，均能很好地预测试验结果，误差较小；但限定纵筋最大拉应变后的理论值偏于安全，因此，推荐设计时采用限定纵筋最大拉应变的混合配筋混凝土梁抗弯承载力计算公式。

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正交异性钢桥面板三维疲劳裂纹扩展数值模拟方法

刘益铭, 张清华, 崔闯, 卜一之

中国公路学报. 2016, 29(7): 89-95.

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针对正交异性钢桥面板中典型的疲劳开裂，基于线弹性断裂理论，建立了正交异性钢桥面板关键疲劳易损部位的三维裂纹扩展数值模拟方法。以典型正交异性钢桥面板作为研究对象，对常幅荷载作用下U肋与横肋连接焊缝部位的三维疲劳裂纹扩展进行了数值模拟，通过模型试验验证了所提方法的有效性和可行性，在此基础上，对于该部位三维疲劳裂纹的扩展特性及疲劳寿命预测进行了研究。研究结果表明：所建立的数值模拟方法能够较为准确地预测研究对象的裂纹扩展路径，并为其疲劳寿命评估提供科学依据；Ⅰ型断裂在复合型裂纹扩展中起主导作用；表面裂纹与沿板厚扩展的中裂纹随疲劳裂纹的扩展表现出不同的扩展特性。

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地震作用下桥台非线性力-位移能力预测及其应用

周雨龙, 韩强, 陈敬一

中国公路学报. 2016, 29(7): 96-102,158.

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为给考虑桥台非线性行为的桥梁整体抗震设计提供参考，针对非线性土-桥台-桥梁结构相互作用，采用土的双曲线应力-应变关系，给出了桥台纵桥向非线性力-位移行为；并基于全尺寸桥台试验数据，提出了一种桥台非线性力-位移关系的双曲线简化适用计算公式；将此简化公式应用于有限元模型中，分析了桥梁上部结构-桥台背墙-回填土相互作用对桥梁结构地震反应的影响。结果表明：给出的预测模型和简化公式可准确评估桥台纵桥向非线性力-位移能力，且便于应用到桥梁抗震设计中；桥台非线性力-位移滞回性能对桥梁结构地震反应影响显著，在桥梁抗震设计中应合理考虑。

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预加力对预应力混凝土梁抗弯刚度影响试验

韩之江, 郭文龙, 刘志华, 张岗, 郭学兵

中国公路学报. 2016, 29(7): 103-109.

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为了解预加力对预应力混凝土桥梁抗弯刚度的影响程度，针对预应力混凝土结构开裂前后受拉区纤维抗拉能力有显著差异的特点，同时考虑到无黏结预应力混凝土梁的可重复张拉和试验数据的可比性，设计制作了2片无黏结预应力混凝土试验梁，详细测试在钢绞线位置、面积不变，不同预加力对无黏结预应力混凝土构件开裂前后控制截面应力和位移变化的影响。试验结果表明：对于未损伤的无黏结预应力混凝土结构，预加力的变化对结构抗弯刚度影响不显著，但对于已经开裂的无黏结预应力混凝土，预加力的变化对结构抗弯刚度有非常显著的影响；研究成果可为今后旧桥安全评估和加固设计、有关规范的完善，以及预应力混凝土干接梁推广实施提供参考。

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基于GPR和F-K法的桥面隐性病害无损检测方法

张军, 陈思茹, 张子琛, 李炜光, 董忠红, 林瀚

中国公路学报. 2016, 29(7): 110-116.

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为解决探地雷达（GPR）检测桥面隐性病害时钢筋层下方病害因被钢筋层干扰和屏蔽而无法准确检测的问题，研究了信号屏蔽机理，提出了相应的解决方法。基于雷达波传播原理，研究了钢筋层下方病害信息被屏蔽的原因，在此基础上，对比了VV和HH两种极化方式的散射特性，分析了钢筋间距和直径对天线散射特性的影响，进而研究了钢筋层下部病害的图谱特征，并用F-K偏移算法还原了病害位置。结果表明：钢筋直径和间距是影响雷达波散射特性的主要因素，直径越大，间距越小，雷达波经过后的散射宽度越大，越不利于检测钢筋下方信息；天线极化方式影响雷达波经过钢筋后的散射宽度，HH极化较VV极化对钢筋散射宽度大，适用于检测钢筋位置，而VV极化方式可有效削弱钢筋的散射强度，能检测到50 mm间距的钢筋层下方的孔洞病害，F-K法可有效还原孔洞和钢筋的位置，这为辨识桥面和其他建筑物钢筋层下方的隐性病害提供了一种有效方法。

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单根水平旋喷桩施工引起地表隆起变形规律研究

王志丰, 王亚琼, 谢永利

中国公路学报. 2016, 29(7): 117-123.

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为了解决水平旋喷桩施工引起的地表隆起变形问题，通过对施工过程的简化分析，基于半无限土体平面内圆孔受均布力作用的Verruijt解答，建立了一种新的水平旋喷桩施工引起地表隆起变形的分析方法。基于量纲分析原理，以施工单位长度水平旋喷桩为研究对象，综合考虑高压泵注入土层的能量和土的弹性模量，提出了水平旋喷施工引起周围土体塑性区半径的简化计算方法；利用所提出的地表隆起变形分析方法，探讨了水平旋喷施工过程中常用的旋喷参数（注浆压力、注浆流量和钻喷杆回拔速度）对地表隆起变形的影响规律；将提出的地表隆起变形分析方法应用于工程实例，对比分析了实测数据与计算值。结果表明：注浆压力越大，注浆流量越大，钻喷杆回拔速度越小，引起的地表隆起变形越大，地表变形的最大值均位于水平旋喷桩桩心的正上方；对于施工参数的常用范围，注浆压力每增加10 MPa，地表变形最大值平均增加25.4%；注浆流量每提升50 L·min^-1，地表变形最大值平均增加33.9%；钻喷杆回拔速度每提升5 cm·min^-1，地表变形最大值平均减小20.7%；地表隆起变形与桩心水平距离的归一化关系表明，以成桩直径大小的1%作为施工影响范围的控制值，则水平旋喷桩施工的影响范围约为12倍的成桩直径；工程实例表明该方法具有较强的合理性。

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违法停车阶梯式处罚强度模型研究

蒋贤才, 曾永松

中国公路学报. 2016, 29(7): 124-133.

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为了改善中国道路交通违法单一制处罚机制抑制成效差的问题，提出了一种效率与成本补偿的Pareto改进--交通违法阶梯式处罚机制。通过引入罚金弹性概念，分析了驾驶人面对阶梯式处罚机制时在违法次数和罚金总额上的响应；借用经济学上的供求理论和边际效应，构建了阶梯式处罚强度模型，并采用模式搜索法建立了其求解算法。以牡丹江市区违法停车为例，标定了阶梯式处罚强度模型中的罚金弹性、违法概率密度函数和各阶阶位违法次数等参数，求解得到了违法停车的各阶罚金，并对其实施后的预期成效进行了评估。结果表明：在实施阶梯式处罚后，3阶、4阶违法驾驶人的违法停车次数分别减少了9.58%和21.52%，说明阶梯式处罚机制对高频率违法驾驶人具有很强的抑制作用；通过调整各阶阶位覆盖率的范围和加大各阶罚金的差距，可显著降低交通违法总频次，抑制效果更明显。

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个体开销受限的交通流优化分配方法

马东超, 武涛, 王晓亮, 徐恪, 马礼

中国公路学报. 2016, 29(7): 134-142.

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为了提供一种多原则指导下的交通流建模及求解方法，针对非两类极端条件下（用户最优、系统最优）的交通流分配问题展开研究，着重解决追求系统总体最优而忽视个体出行者承受多余开销导致的服从意愿较差的问题。引入距离和时间2种因素重新定义了车辆综合开销，从增强诱导信息影响效果的角度，将个人因服从诱导信息所新增的开销引入动态分配模型的约束条件中，以一种启发式的免回溯求解算法降低计算复杂度，并分析了近似比。研究结果表明：模型在以系统最优为主要目标的前提下可帮助出行者以较低的绕行开销避开拥堵，提高用户对诱导信息的遵从程度；在5类指标方面的表现显著优于DUO及最短路径模型；近似算法以接近线性的计算复杂度达到了DSO系统最优模型90%以上的效果。

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基于蓄能器的挖掘机制动能量回收系统和控制优化

惠记庄, 杨永奎, 郑恒玉, 张泽宇, 韩文鹏

中国公路学报. 2016, 29(7): 143-151.

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为了回收液压挖掘机回转制动过程中以热能形式损耗的转动动能，节约能源并降低液压系统的油温以提高设备的可靠性和使用寿命，以回转装置的工作原理和制动能量损失为基础，通过蓄能器的选型在AMESim中建立了基于蓄能器的能量回收系统模型；在回收系统加入了逻辑信号控制系统，通过角速度、角加速度的反馈信号和逻辑运算优化了能量回收与释放的控制过程；同时，为了减少转台制动过程中的液压冲击和摆动，提出了一种纯液压防反转的控制方法。研究结果表明：系统优化后节能比率为15.12%，回转装置的反转角度约为6.28×10^-4 rad；该系统能够实现能量的回收和释放，并有效节约能源，通过防反转控制可以有效减小回转平台的摇摆。

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摊铺机熨平板对混合料振实特性的影响研究

刘洪海, 贾洁, 马朝鲜, 张勇

中国公路学报. 2016, 29(7): 152-158.

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为了提高沥青摊铺机的压实效率，获得高密实摊铺效果，针对摊铺机振动熨平板与摊铺材料组成的阻尼受迫振动系统，通过两者之间相互作用机理分析和动力学研究，得出共振区与频率比、阻尼比之间的关系。基于共振理论对“机械-材料”系统建立了铺层材料密实度与振动参数、系统参数之间关系的仿真模型，得到材料的摊铺密实度与熨平板频率变化特性曲线，通过对不同混合料的模型分析确定了最佳振动频率及有效频率范围，同时对2类典型的混合料SMA-13和AC-20摊铺密实度的频率特性进行了仿真计算和足尺试验验证。结果表明：4.75 mm筛孔通过率为24.3%、沥青用量（质量分数，下文同）为6.37%的间断级配混合料SMA-13最佳振动频率为30 Hz；4.75 mm筛孔通过率为40.3%、沥青用量为4.31%的连续级配混合料AC-20最佳振动频率为35 Hz；随着混合料中沥青含量的增加，粗集料比例增大，最佳激振频率减小；仿真计算结果与试验结果变化规律基本一致；当激振频率大于75%最佳振动频率时对混合料有高效压实效果，该研究结果可为沥青混合料的高效压实提供依据。

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2016年, 第29卷, 第7期　刊出日期：2016-07-20

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