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  • 特别策划
    《中国公路学报》编辑部
    中国公路学报. 2023, 36(11): 1-192. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.11.001
    摘要 (1468) PDF全文 (1437)   可视化   收藏
    为进一步提升中国汽车工程学科实力,促进中国汽车技术发展,从汽车电动化与节能、汽车智能化与网联化、汽车动力学与控制、汽车噪声-振动-声振粗糙度(Noise,Vibration,Harshness,NVH)控制与轻量化、汽车电子电气与软件技术、汽车测试与评价技术6个方面,系统梳理了国内外汽车工程领域近年的学术研究现状、前沿热点问题、最新研究成果及未来发展前景。汽车电动化与节能梳理了纯电动汽车、插电式混合动力汽车、氢燃料电池汽车、增程式电动汽车和节能汽车的关键技术研究;汽车智能化与网联化梳理了智能驾驶环境感知技术、自动驾驶定位技术、智能车决策规划、运动控制技术、车路协同、智能安全技术、车联网安全技术和智能座舱与人机交互等研究;汽车动力学与控制梳理了线控制动技术、线控转向技术、线控悬架技术和线控底盘协同控制技术研究;汽车NVH控制与轻量化梳理了汽车气动噪声预测与优化、纯电动汽车系统的NVH控制、声学超材料与汽车结构振动控制、汽车噪声主动控制、汽车轻量化技术以及碰撞安全技术等研究;汽车电子电气与软件技术梳理了汽车电子电气架构、汽车软件技术与空中下载技术(Over the Air,OTA)升级、芯片与系统功能集成等研究;汽车测试与评价技术梳理了燃油车、新能源汽车和智能网联汽车的测试与评价技术等研究。该综述可为中国汽车工程学科研究的进一步发展提供研究参考,为汽车工程关键技术发展提供方向引导。
  • 特别策划
    《中国公路学报》编辑部
    中国公路学报. 2024, 37(3): 1-81. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.03.001
    摘要 (1483) PDF全文 (1108)   可视化   收藏
    近年来,中国公路建设成果斐然,路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力,推动路面工程可持续、高质量发展,从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路技术、路面材料基因与高通量、公路数字化及智能化、公路智能检测与高性能养护等七大研究方向,系统梳理了近年来国内外路面工程的发展现状、前沿热点问题与未来发展趋势。具体围绕公路绿色化、韧性化、智能化、长寿命与交能结合等领域,遴选了20个热点研究方向,涵盖公路致灾因素及失效机理、公路韧性评估与恢复、公路韧性提升关键技术、公路长寿命路面结构足尺试验、公路结构与功能寿命增强技术、公路清洁能源采集技术、公路能源自洽设计、公路路域环境影响测试与评估方法、低环境影响路面新材料、沥青路面温拌再生技术、路面材料基因研究、路面材料跨尺度计算、路面材料基因与高通量研究、公路数字化建模技术、公路数字孪生仿真技术、公路运维数据驱动技术、公路探地雷达检测技术、路面性能轻量化检测、公路沥青路面抗滑性能检测及恢复技术、公路高性能预防养护技术等主要内容。该综述可为中国路面工程学科发展提供指引和参考,为路面工程领域研究人员与技术人员提供参考和借鉴。
  • 汽车工程
    赵轩, 李美莹, 余强, 马建, 王姝
    中国公路学报. 2023, 36(6): 254-283. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.021
    电池状态估计是电池管理系统的核心技术,对保证电池安全可靠的使用、充分发挥电池的能力、延长使用寿命起着至关重要的作用。电池模型是状态估计技术的基础,极大地影响着状态估计的精度和时效。为此,对最常用的电池建模和状态估计方法进行了梳理和总结。首先,对电池模型及其建模方法进行系统概述,主要包括电学特性模型、热模型、电热耦合模型以及老化模型。然后通过对文献的归纳分析,从剩余容量、功能估计、功率预测、健康评估、温度监测和安全保障等角度,对电池荷电状态、健康状态、能量状态、功能状态、功率状态、温度状态和安全状态等估计方法进行了较为全面的阐述。最后,对未来电池状态估计的研究方向和趋势进行展望。研究结果可为电动汽车动力锂电池状态估计朝着先进化、智能化发展提供参考。
  • 桥梁工程
    景强, 郑顺潮, 梁鹏, 汪劲丰
    中国公路学报. 2023, 36(6): 143-156. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.013
    跨海交通基础设施具有工程规模大、复杂程度高等特点,传统运维工作尚存在成本高、效率低、精度差和外海作业安全风险较大等瓶颈性问题。为了实现港珠澳大桥的安全、可靠、高效运维,总结出跨海交通基础设施存在服役状态感知能力低、监测信息利用率低、交通风险主动管控效率低、运维管理信息化和养护决策智能化程度低等四大共性难题,梳理了港珠澳大桥智能化运维的关键技术,提炼出港珠澳大桥智能化运维的9项工程建设内容:基于5G的跨海交通基础设施运维物联网,基于北斗的毫米级变形监测及封闭空间定位系统,水下结构智能监测平台与大数据融合处理系统,基于无人机集控的巡查、检测、应急一体化系统,基于巡检机器人的跨海桥隧抵近检测与维养系统,跨海集群设施服役环境数字化与运行状态监测评估系统,基于全寿命周期理论的跨海集群设施数字化维养管理系统,全时交通安全运行与快速应急处置智能系统,跨海集群设施运维一体化管控平台。此外,还提出了包括设备感知层、通信层、基础资源层、数据支撑层、业务支撑层、智慧应用层、用户交互层等的总体技术架构。最后,总结了港珠澳大桥智能运维的主要技术特色。港珠澳大桥的智能运维工作、成果、经验可为其他跨海交通基础设施的运维工作提供重要参考。
  • 大型桥梁结构阻尼特性与识别方法专栏
    陈政清, 华旭刚, 封周权, 崔冰, 张吉仁
    中国公路学报. 2023, 36(7): 1-30. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.001
    随着桥梁跨径的不断增加,结构体系的创新以及轻质高强材料的应用,大型桥梁结构阻尼日趋降低,进一步加剧了大型桥梁对风、车辆和地震等动力荷载的敏感性。为总结大型桥梁阻尼特性及识别方法的最新研究成果,推动大型桥梁激振技术及阻尼识别方法的快速发展,从以下几个方面进行了系统性总结:首先,剖析了结构阻尼理论体系,并对大型桥梁阻尼特性的研究现状进行了较为系统的梳理;其次,归纳了大型桥梁激振技术的工作原理、激励设备和应用现状;再次,深入分析了基于环境激励的大型桥梁阻尼识别的时域、频域和时频域方法的研究进展,还围绕阻尼识别的智能化、自动化和不确定性量化等方面的最新成果进行系统阐述,并总结了基于人工激振法的阻尼识别方法及其应用现状;最后,从阻尼理论、激振技术、感知系统和识别方法4个方面指出了需进一步深入研究的方向。研究结果可为大型桥梁结构阻尼理论及其识别研究的发展提供一定的理论基础,有助于进一步完善桥梁阻尼取值及相关规范条文,为大型桥梁结构设计和智能运维等领域的研究提供有益的借鉴。
  • 路面工程
    汪海年, 徐宁, 陈玉, 杨旭, 王惠敏
    中国公路学报. 2023, 36(5): 1-20. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.001
    生物油是一种绿色、环保、可再生资源,具有恢复老化沥青物理、流变性能,改善再生沥青混合料路用性能的潜力。为了推动生物油在老化沥青材料再生领域的深入研究,概述了生物油的来源、制备及物化性能,探讨了生物油对老化沥青的再生机制,综述了生物油再生沥青和生物油再生沥青混合料的性能,围绕生物油再生老化沥青材料现有研究存在的不足,阐述了后续的研究方向。研究现状表明,压榨油类生物油在老化沥青材料再生中的应用研究较为系统,其次是富木质纤维植物基生物油,动物粪便类生物油的应用研究相对最少,但这3种类型生物油在老化沥青材料再生中均具有广阔的应用前景。富木质纤维植物基和压榨油类生物油在老化沥青再生中既发挥“稀释”作用,也体现出“溶解”作用,从化学平衡和分子结构修复2个层面实现老化沥青的再生;动物粪便类生物油在老化沥青再生中主要发挥“溶解”作用,通过其富含的极性酰胺基团化合物促进了沥青质聚集体的解缔,从分子结构修复层面实现老化沥青的再生。此外,富木质纤维植物基和压榨油类生物油可直接用于老化沥青再生,而动物粪便类生物油更适合与富油再生剂复配应用,由此才能充分发挥再生作用。在这些生物油中,压榨油类生物油体现出更好的再生老化沥青材料的效率。未来的研究应从以下几个方面进行:建立生物油来源、制备工艺与其物化性能的关联性,以便更好地甄别和评估不同来源和制备工艺的生物油作为沥青再生剂的适用性;进一步探索富木质纤维植物基、动物粪便类生物油在老化沥青材料再生中的应用潜力;重点关注生物油再生沥青和再生沥青混合料的二次老化问题;探索生物油在老化沥青材料再生领域的复配应用。
  • 大型桥梁结构阻尼特性与识别方法专栏
    杜修力, 王宇迪, 董慧慧, 韩强
    中国公路学报. 2023, 36(7): 31-46. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.002
    为了满足多水准设防的需求,提出一种具有变滞回特性功能的新型旋转式摩擦阻尼器(VH-RF),将其应用于桥墩结构中并验证其分阶段抗震性能。首先阐述了新型阻尼器的基本构造,揭示了工作机理与变滞回原理,建立了新型阻尼器的简化分析模型。然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型阻尼器的实体有限元模型,并根据新型阻尼器的有限元模型分析以及简化分析模型,系统地研究了新型阻尼器的滞回性能及影响规律。最后在OpenSees软件中二次开发了新型阻尼器的恢复力模型,基于新型阻尼器优良的滞回性能,将其应用于双柱式桥墩中实现结构的分阶段抗震。结果表明:①VH-RF能够在不同变形时呈现出不同的滞回特性,小变形时具有稳定的耗能能力,大变形时不仅具有耗能能力还具有优良的自复位功能,VH-RF的简化分析模型和数值模拟结果吻合良好;②通过调整VH-RF设计参数,可有效实现调节VH-RF滞回性能的目的,具有良好的性能可调节性;③在双柱式桥墩中附加VH-RF可有效实现分阶段抗震的目的,进而提升桥梁结构抗震韧性。
  • 机器视觉法桥梁表观病害识别与检测方法专栏
    刘宇飞, 冯楚乔, 陈伟乐, 樊健生
    中国公路学报. 2024, 37(2): 1-15. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.02.001
    桥梁作为重要的基础设施,承担着道路交通和人员、货物运输等重要任务。桥梁表观病害的及时有效检测具有确保公共安全、延长桥梁使用寿命、及时排查风险等重大意义,有助于提高桥梁服役阶段的可靠性和耐久性。近年来,随着计算机视觉、人工智能等技术的快速发展,机器视觉法逐渐成为了桥梁表观病害检测的新兴手段之一。首先,通过详细分析近年来该领域的多篇相关文献,综述了基于机器视觉法进行桥梁表观病害检测的关键技术,包括检测平台研发技术、数据采集技术、图像处理技术、三维建图技术、病害定位技术和病害参数量化技术等。其次,通过分析现有研究开展检测工作的流程,总结了基于机器视觉法进行桥梁表观病害的技术框架,并分析了其中各个流程之间的功能与联系。上述关键技术的综述与技术框架的总结可为研究者开展检测工作提供一定的参考。最后,根据现有研究在实施检测任务时自动化程度的不同,提出了基于机器视觉法进行桥梁表观病害检测的智能化分级,包括人工检测辅助、病害定位检测、局部自动检测、整体自动检测、高度自动检测和完全自动检测6个等级。对比文献研究可知,现有研究虽然已经脱离了传统的人工检测的阶段,但仍与完全自动检测具有一定的差距。该领域仍具有较强的研究价值与广阔的应用前景。
  • 高性能混凝土桥梁绿色低碳发展新路径专栏
    崔冰, 王景全, 刘加平
    中国公路学报. 2023, 36(9): 1-19. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.09.001
    工程材料的革新是推动土木工程结构发展的重要驱动力,工程结构的发展又将促进工程材料不断突破。超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)是一种具备超高强度、高韧、高耐久、高抗爆等优异性能的新型超级混凝土,能较好地适应下一代桥梁工程大跨化、轻型化、高性能化的发展趋势。为促进UHPC在桥梁工程领域的研究与应用,系统梳理了近年来UHPC桥梁学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了UHPC材料研究进展,包括材料组成、基本力学特性与桥梁用UHPC发展历程。然后对UHPC结构设计理论研究进行了梳理总结,包括考虑纤维贡献的UHPC结构受弯受剪计算理论、UHPC结构抗冲击、抗爆与疲劳计算方法等,并重点介绍了无腹筋UHPC桥梁、钢-UHPC组合桥梁、UHPC用于桥梁抗震、UHPC桥面铺装、UHPC用于桥梁加固等结构体系创新研究进展。基于以上UHPC研究与工程应用现状,指出了UHPC在桥梁工程领域规模化应用面临的关键问题、主要挑战及实现技术路径,以期对UHPC在桥梁工程领域的学术研究和规模化应用提供新的视角和参考。
  • 路面工程
    王旭东, 张蕾, 周兴业
    中国公路学报. 2023, 36(5): 21-37. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.002
    疲劳损伤是沥青路面技术体系中的一个重要问题,各种设计方法中都建立了相应的疲劳设计模型。为研究全寿命周期内沥青路面的疲劳演化行为,基于RIOHTrack足尺环道开展了6 000万次加载试验,获得了19种不同结构形式的疲劳损伤状态,研究提出了沥青路面的双向疲劳损伤模式,即:在行车荷载作用下,沥青路面同时产生自上而下和自下而上的疲劳损伤。其中:自上而下的疲劳损伤是由压剪荷载造成的,根据路面结构形式的不同,一般表现为T-D横向疲劳裂缝与车辙变形的对偶式损伤;自下而上的疲劳损伤是由整体性材料结构层的层底弯拉荷载引起的,是一种传统的疲劳损伤模式。需要指出的是,单一某个结构层的弯拉疲劳破坏并不会导致整体结构的破坏,即某一结构层的疲劳寿命并不等于整体结构的疲劳寿命。针对自下而上的疲劳损伤模式,提出疲劳寿命逐层累积的分析方法,以完善沥青路面弯拉疲劳寿命的评估。
  • 人工智能在桥梁风工程中的应用专栏
    赖马树金, 李文杰, 冯辉, 周旭曦, 张泽宇, 陈文礼, 李惠
    中国公路学报. 2023, 36(8): 1-13. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.08.001
    自然风场复杂风况参数、非线性气动力与流固耦合作用等是桥梁风工程面临的系列主要挑战。在过去几十年中,风洞试验、CFD数值模拟和结构健康监测(SHM)积累了大量桥梁结构风与风效应数据,这为风工程的研究提供了宝贵的数据资源。由于具有良好的非线性表征能力、强大的优化算法、优异的泛化性能和灵活的网络结构,近年来机器学习(尤其是深度学习)在非线性科学和工程问题中取得了巨大成功。融合机器学习算法和大数据的数据驱动方法有助于克服桥梁风工程所面临的挑战,并从海量数据中挖掘物理新知识。目前机器学习方法已应用于风工程研究的各个领域,例如风环境、空气动力学、风致振动、气动优化和控制以及风灾害评估等。为系统总结梳理该领域的最新研究成果,从桥梁风环境机器学习预测、结构风压和气动力机器学习预测、桥梁风振机器学习预测3个方面重点介绍机器学习方法在桥梁风工程中的应用进展。
  • 道路交通控制新理论、新方法与新实践专栏
    杨晓光, 胡仕星月, 张梦雅
    中国公路学报. 2023, 36(10): 142-164. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.10.013
    为促进高速公路的智能化转型升级,实现新技术与交通应用的有效融合,对智能高速交通应用技术的发展现状和应用前景进行分析。首先在梳理国内外智能道路发展经验和技术成果的基础上,借鉴智能车辆公路系统技术演变过程对智能高速公路系统进行定义,并探讨智能高速公路对交通应用需求、功能需求和技术需求的定位。进而以问题为导向、需求为牵引、技术为支撑,围绕路网状态精准感知、交通运行协同管控和用户交互智能服务三方面的交通应用技术展开综述研究。并根据综述发现探讨相关技术发展与应用存在的难点和问题,展望未来领域的研究重点和发展方向。研究发现:这些交通应用技术的协同发展和集成是路网融合感知、协同交通管控、安全需求管理、基础设施管养、智能服务交互等多领域耦合发展的重要条件;未来技术发展中,车路云协同感知和多源异步异构数据融合是技术突破,智能协同管控、运维管养和服务交互是技术转化方向;工程实践中,特定试验场景应逐渐过渡到复杂的高速场景,交通监控系统应与各智能终端协同,以及交通高效预测、混合交通协同、预防性智能养护是应用挑战。该综述分析可为中国智能高速公路的技术研发、工程应用以及未来示范工程的技术应用转化提供重要参考。
  • 重大隧道工程建设关键科学问题及技术突破专栏
    何川, 陈子全, 周子寒, 马伟斌, 汪波, 张金龙
    中国公路学报. 2023, 36(11): 205-217. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.11.003
    随着人工智能的大力发展,采用智能算法进行非线性映射的深度学习为解决隧道及地下工程长期依赖经验设计的现状提供了新的思路。通过多指标融合(力学及变形控制指标、支护体系协同度相关系数)提出了一种以适配度表征的支护体系评价方法,并基于该方法收集了公路隧道718个断面、铁路隧道486个断面信息用于搭建算法训练的数据样本库。将隧道工程背景信息中岩石坚硬程度、完整程度、岩层厚度、地下水量、埋深水平、地质构造、施工工法、内轮廓形式共计8种属性作为输入指标,将支护体系中喷射混凝土+钢筋网、锚杆、钢拱架、二次衬砌、超前支护共计5种标签作为输出指标,对输入输出指标进行了量化处理。在对比了PSO-SVM、SA-PSO-SVM、CLS-PSO-SVM算法在支护体系智能反馈模型应用中的特点后,对生成的智能设计及反馈模型进行了检验。研究结果表明:评价方法首先剔除了偏弱设计方案,对强支护和一般支护方案的适配度分别为4.28、4.68,验证了该方法在保证结构安全的前提下可对材料性能利用率作出评价;3种智能算法中,搜索范围最广的CLS-PSO-SVM算法反馈准确率最高但耗时最长,而PSO-SVM算法虽耗时最短但准确率最低;最终,利用CLS-PSO-SVM算法设计的5种输出标签的准确率分别为93.4%、92.6%、89.3%、91.8%、94.3%,5种输出指标的综合准确率为81.1%。
  • 重大隧道工程建设关键科学问题及技术突破专栏
    朱合华, 禹海涛, 韩富强, 卫一博, 袁勇
    中国公路学报. 2023, 36(11): 193-204. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.11.002
    历史震害表明,穿越活动断层隧道损坏严重且震后修复或重建难度巨大,提升强震活动断裂区隧道抗震韧性已成为工程建设面临的关键难题。在调研穿越活动断层隧道结构典型震害实例的基础上,总结分析了震害启示并指出穿断层隧道结构抗震设计需要重点关注工程场地地震危险性评估、穿断层隧道抗震设防策略和安全防控措施3个方面;其次,结合文献调研,综述了目前穿断层隧道结构抗震研究相关工作,重点阐述了穿越活动断层隧道抗震分析方法、结构灾变机制认识和抗减震控制措施等方面的研究现状;在此基础上,搭建了穿越活动断层隧道工程抗震韧性的统一设防理念和设计框架,提出以“震前预留、震中稳定、震后恢复”为核心思想的隧道结构抗震韧性设防目标,并进一步考虑强地震动-活动断层位错耦合作用,建立了“场地分区、结构分段”的隧道抗震设防分区准则,提出了面向不同地震设防水准以“抗(减)、让、诱(避)/抢”分阶段的隧道抗震韧性设计思想,从而为穿越活动断层隧道抗震韧性设计提供了全过程防控策略;最后,讨论了目前穿断层隧道抗震研究急需攻克的关键科技问题,并对该领域今后研究工作的发展方向提出了展望。该研究旨在为穿越活动断层隧道工程建设提供面向抗震韧性的统一设防理念和设计策略,同时也为今后抗震工作的研究重点指明方向。
  • 汽车工程
    杨蒙蒙, 江昆, 温拓朴, 陈会仙, 黄晋, 张浩, 黄健强, 唐雪薇, 杨殿阁
    中国公路学报. 2023, 36(5): 244-259. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.021
    针对自动驾驶高精度地图实时动态更新在高精度、高可靠、高安全等方面所面临的挑战,总结当前高精度地图更新面临的困难与挑战,加快自动驾驶高精度地图的大规模商业化落地,从而提升智能汽车的安全性和稳定性,为高级别自动驾驶提供重要支撑。首先描述了自动驾驶地图的定义与内涵,指出自动驾驶地图的数据特性和功能应用;其次梳理了高精度地图更新的发展现状与趋势,综述了地图集中式更新与众源式更新的优劣,指出众源更新已成为地图更新发展的新趋势;再次,总结了目前众源更新的基本架构与关键核心模块,并针对关键核心技术展开分析,归纳了众源更新所涉及关键技术的现状及趋势。结果表明:当前技术仍然面临着7个主要方面的挑战,涉及地图模型、高精定位、三维重建、融合更新、数据安全、快速审查、标准法律法规。针对这些挑战,指出自动驾驶高精度地图众源更新技术难题需要政产学研多部门从技术、政策、法律多维度共同推进解决,从而加速自动驾驶地图众源更新技术的发展与应用。
  • 重大隧道工程建设关键科学问题及技术突破专栏
    张稳军, 杨洋, 张弛, 张高乐, 何历超, 吕计瑞
    中国公路学报. 2023, 36(11): 231-243. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.11.005
    为提升超大直径盾构隧道管片拼装精度及质量,对管片自适应拼装和纠偏曲线计算进行了研究。研究明确了盾构隧道三轴线之间的相互关系和影响管片自适应拼装的控制因素,建立了综合考虑各项控制因素的管片自适应拼装函数。此外,针对盾构机与隧道设计轴线的相对位置进行了分类,通过考虑盾尾间隙控制、推进油缸最大行程差等影响因素,得到了最小纠偏半径,并建立了相应的盾构掘进纠偏曲线计算的数学模型,实现了盾构掘进纠偏曲线的合理化设计。最后,基于Python语言开发了可实现多目标调控的盾构管环动态自主纠偏系统,并通过重大工程应用验证了其在实现管片自适应拼装、掘进曲线纠偏及油缸精确推进全过程的准确化、高效化和信息化。
  • 路面工程
    阳恩慧, 陈强, 李杰, 狄海波, 黄兵, 邱延峻
    中国公路学报. 2023, 36(6): 14-23. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.002
    为了实现通过调整混合料的级配设计来获得期望的路面平均构造深度的目标,采用高精度三维激光扫描技术,采集了AC、SMA、OGFC三种典型级配的沥青混合料试件表面纹理特征信息。通过邻域插值法对采样数据的异常值和离群值进行替换,并通过均值滤波对采样数据进行降噪处理后,三维重构了试样表面;在采用傅里叶变换得到重构表面频域信息的基础上,根据宏观纹理的波长对应的频率设计带通滤波器,从重构表面中分离并提取出了路面宏观纹理。应用蒙特卡罗算法计算了路面的平均构造深度,通过采用筛上质量比-粒径积同时考虑了混合料的粒径和筛孔通过率对平均构造深度的影响。采用多元线性回归、随机森林和人工神经网络的方法,建立筛上质量比-粒径积与平均构造深度的预测模型,研究了混合料级配对沥青路面平均构造深度的影响。研究结果表明:均值滤波在去除噪声信号的同时也比较完整地保留了高程轮廓特征,三维重构的试样表面特征与原始表面特征一致;平均构造深度会受到级配曲线中除最大公称粒径外的其他粒径及筛孔通过率的影响;通过多元线性回归、随机森林和人工神经网络3种模型建立了以各筛孔尺寸的筛上质量比-粒径积为自变量,平均构造深度为因变量的回归模型,得到的预测值与实测值的决定系数R2在0.95以上。
  • 汽车工程
    武和全, 张凯, 胡林, 刘瑾
    中国公路学报. 2023, 36(5): 273-286. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.023
    为了提高儿童乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性,提出在正面碰撞发生前主动将不同座椅朝向的乘员旋转至背向碰撞方向(180°方向)的策略,通过改变人体受力方向,将不同座椅朝向乘员的正面碰撞形式转化为标准的追尾碰撞形式,从而提高自动驾驶车辆中儿童乘员的碰撞安全性。首先,通过正面碰撞假人试验对THUMS 10岁儿童乘员台车模型的有效性进行验证;然后,基于4种不同座椅朝向(0°、90°、135°和180°),利用THUMS 10岁儿童乘员模型进行正面碰撞仿真试验,发现180°座椅朝向儿童乘员损伤风险最小,因此,180°座椅朝向被确定为相对安全的座椅朝向;最后,模拟200 ms内将座椅旋转±45°和300 ms内将座椅旋转±90°以及分别在0 ms和100 ms时间延迟后引入碰撞的试验过程,研究座椅旋转过程本身以及先旋转后碰撞策略下的乘员损伤风险。研究结果表明:200 ms内将儿童乘员旋转±45°和300 ms内将儿童乘员旋转±90°,不引起额外人体损伤;碰撞时刻的延迟所造成的儿童乘员姿态的变化,会导致儿童乘员在碰撞过程中产生不同的运动学响应和损伤风险;在无碰撞时刻延时的情况下,先旋转后碰撞的策略可有效降低儿童乘员的损伤风险。
  • 耐久性路基低碳低扰建造技术专栏
    张军辉, 陈莎莎, 顾凡, 武亚
    中国公路学报. 2023, 36(10): 1-16. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.10.001
    当前,中国工业废弃料堆存量大且资源化利用率低,工业废弃料资源化利用对促进社会可持续发展意义重大。由于环保要求的加强和自然资源的短缺,采用工业废弃料改性不良路基土成为减轻道路材料短缺和加速绿色建筑材料开发的重要途径。详细综述了赤泥、矿渣、钢渣和粉煤灰等典型工业废弃料的工程特性和前处理工艺,及其改良路基土的关键技术方法。通常采用水洗法处理赤泥、矿渣和粉煤灰,采用蒸汽造粒法处理钢渣,接着利用单掺、工业废弃料-无机矿物复掺和工业废弃料碱激发等手段改良特殊土路基。针对膨胀土、黄土和重金属污染土的工程特性差异,通常采用工业废弃料单掺改良膨胀土和黄土,利用复掺处治重金属污染土。工业废弃料改良技术显著降低了特殊土的液限和塑性指数,提升了其强度和耐久性,并有效抑制了重金属离子的迁移过程。此外,还从力学特性、微观形貌、化学组成和反应机制等方面,详细归纳了工业废弃料改良土的宏微观物化特性,剖析了工业废弃料处治路基土的改良机理,提出不同特殊土路基的改良方案。目前,关于工业废弃料改良特殊土路基长期路用性能演化规律的研究成果甚少,建议针对该领域广泛开展研究。
  • 汽车工程
    朱冰, 贾士政, 赵健, 韩嘉懿, 张培兴, 宋东鉴
    中国公路学报. 2024, 37(1): 215-240. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.01.018
    决策与规划是自动驾驶系统的中枢,是提高自动驾驶车辆行驶安全、驾乘体验、出行效率的关键。其面临的主要挑战在于如何满足自动驾驶所需的极高可靠性和安全性,以及如何有效应对场景复杂性、环境多变性、交通动态性、博弈交互性及信息完备性并产生类人化的驾驶行为,使车辆自然地融入交通生态。为全面了解决策与规划的前沿问题与研究进展,对其技术要点进行系统梳理与总体概述。首先,从数据驱动的驾驶行为预测、概率模型的驾驶行为预测、个性化驾驶行为预测三方面综述了面向态势认知的行为预测的研究进展;其次,将行为决策总结归纳为反应式决策、学习式决策、交互式决策并逐一进行了分析;再次,从方法论的角度对运动规划及其应用进行对比分析,具体包括图搜索方法、采样方法、数值方法、拟合插值曲线方法等;然后,针对端到端的决策规划的关键科学问题和主要研究进展进行了归纳分析;最后,总结了决策规划对提升自动驾驶车辆智能化水平的重要影响,并展望了其未来的发展趋势与面临的技术挑战。
  • 机器视觉法桥梁表观病害识别与检测方法专栏
    岳清瑞, 徐刚, 刘晓刚
    中国公路学报. 2024, 37(2): 16-28. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.02.002
    当前,裂缝识别与监测一直是桥梁结构健康监测的重要研究内容。在桥梁结构现场检测与监测中,传统的裂缝识别与监测技术尚不足以满足实际工程的时效性和精确性需求,尤其是裂缝监测技术。基于深度学习的裂缝图像识别极大提升了裂缝检测的效率和精度,但目前仅能获得特定时刻的裂缝信息,缺乏对裂缝产生和演化过程的监测能力,而这些信息对混凝土结构服役安全量化和科学评价具有重要意义。鉴于此,对基于深度学习的裂缝识别与监测方法进行了系统研究,分析和讨论了裂缝数据集构建基准,改进优化了裂缝目标检测和语义分割算法,提出一种多任务集成一体化实时识别算法,并建立了该模型推理效果评价方法,优化了裂缝参数计算方法,最终形成了裂缝识别及动态扩展自动化实时监测方法。结果表明:所提出的裂缝智能识别与监测方法可以对新裂缝的产生和既有裂缝的全局演化实现良好追踪,监测数据可以为桥梁结构当前服役性能的科学量化评估提供支撑。
  • 大型桥梁结构阻尼特性与识别方法专栏
    茅建校, 桂桂, 王浩, 聂佳豪, 宗海, 何祥平
    中国公路学报. 2023, 36(7): 102-113. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.008
    以南京大胜关长江公路大桥钢桥塔为对象,利用台风“温比亚”和“利奇马”途经桥址区时大桥结构健康监测系统的实测数据,探究了台风作用下大跨度斜拉桥超高钢桥塔动力性能的演变规律及其影响因素。首先,分析了台风期桥址区风速和温度的变化特征,据此探究了环境因素影响下钢桥塔位移和加速度响应的演变规律。然后,采用随机减量法识别了钢桥塔的自振频率和阻尼比等模态参数,据此研究了台风期间实测环境因素对钢桥塔模态参数的影响。研究结果表明:在风速较小的情况下,钢桥塔加速度响应随温度升高而略有增加,这与温度增加导致的结构刚度降低有关;当平均风速大于10 m·s-1时,风速成为钢桥塔加速度响应变化的主导因素,纵桥向加速度响应随风速增加明显增大;台风期间钢桥塔横桥向自振频率与温度、加速度呈负相关,与平均风速成正相关;台风期间钢桥塔纵桥向阻尼比与风速的相关性较显著,阻尼比随着风速的增加而增加。研究结论可为类似钢桥塔的抗风设计与安全评估提供科学参考。
  • 智能网联环境下交通行为特征及安全管控方法专栏
    杨晓光, 赖金涛, 张振, 马成元, 胡笳
    中国公路学报. 2023, 36(9): 225-243. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.09.018
    伴随着车路协同技术在交通领域的应用,交通控制向着自动化、主动化及协同化的方向发展,并催生出新型交通控制方式——轨迹级交通控制(Trajectory Based Traffic Control, TTC)。轨迹级交通控制通过调节网联自动驾驶车辆(Connected and Automated Vehicle, CAV)的轨迹,来控制网联自动驾驶车辆与人类驾驶车辆(Human-driven Vehicle, HV)共同构成的新型混合交通流,实现交通流运行效益的最大化。轨迹级交通控制研究已是国际上交通前沿研究的热点与难点,但仍处在前期理论研究阶段,研究内容较为分散。基于此,回顾了已有文献中的研究,凝练了轨迹级交通控制的概念与特点,并从轨迹级交通控制构架、局部协调控制系统、广域协同控制系统3个层面出发,体系化梳理了轨迹级交通控制的系统框架及各系统模块的研究进展。通过梳理发现,虽然轨迹级交通控制理论研究已进展到一定深度,但大多数研究的理论假设较强,并未充分考虑真实道路环境下新型混合交通流的群体特征、风险特征和异质特征,难以形成可大规模落地应用的技术储备。因此,从交通群体博弈与共识机制、面向多源风险的轨迹级稳健控制方法及大规模异构交通测试与实证分析3个方面进行展望,为轨迹级交通控制研究提供参考。
  • 桥梁工程
    吴风英, 崔巍, 赵林, 郭增伟, 葛耀君
    中国公路学报. 2023, 36(6): 71-81. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.007
    为研究深切峡谷地形条件下的桥面局部风场,对桥梁跨中和过桥塔区局部区域风环境开展了现场实测。对局部风场特征进行了讨论分析,其中包括平均风速特征、紊流度、脉动风速功率谱和极值风速分布等。探讨了跨中和桥塔区位置风剖面分布,同时给出了跨中和桥塔区的平均风速拟合关系,量化了过桥塔区顺桥向风速分布的桥塔遮挡效应和地形加速效应,总结提出了一种典型的过桥塔区顺桥向风速曲线模型。此外,桥塔区域风速紊流度显著大于跨中位置,表明桥塔和特殊地形对局部风场存在较大影响。桥塔区脉动风速实测谱高频段能量明显上升,与惯性子区谱-5/3斜率衰减效应变化特征不符。相较于规范风谱,推荐了3阶双对数多项式,可更加准确地表征脉动风湍流能量在频域上的分布特征。对瞬态阵风极值风速的分析结果表明,相较于平均风速,极值风速用于评估行车安全更为合理。
  • 桥梁工程
    李传习, 方昌乐, 张永明, 谭珂, 舒本安, 施宇, 罗滋润
    中国公路学报. 2023, 36(6): 94-106. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.009
    针对钢-UHPC组合桥面板中UHPC的收缩效应,进行了3个不同钢-UHPC面积比的组合桥面板节段足尺试件和UHPC自由收缩试件的养护全过程应变及温度测试,分析了收缩应变发展规律及蒸养温度的影响。基于所得UHPC自由应变、组合桥面板UHPC约束应变和时变止效应方法,求解了养护过程的UHPC弹性模量和组合桥面板收缩应力。结果表明:①UHPC总自由收缩约为756×10-6,蒸养的UHPC内部温度愈高,收缩完成愈快;以自收缩时间零点算起,-1 h开启蒸养,龄期5 h的UHPC内部温度达90 ℃以上,持续蒸养48 h,则龄期5、25、35 h时分别完成总收缩的52%、82%、91%以上,龄期12 d时收缩全部完成;②UHPC弹性模量、组合桥面板收缩应力与收缩应变的发展规律基本一致;③整个养护过程,钢-UHPC组合桥面板的UHPC收缩应力远小于其当时的轴心抗拉强度,不会产生收缩裂缝,与观测现象相一致;④钢-UHPC组合桥面板的UHPC上缘约束收缩拉应力值为2 MPa左右,与静载试验所得钢-UHPC组合桥面板负弯矩的开裂应力较轴心抗拉强度减少值基本一致;⑤基于UHPC自由收缩应变、组合截面约束收缩应变计算UHPC弹性模量及组合截面收缩应力的时变止效应方法可行。
  • 智能网联环境下交通行为特征及安全管控方法专栏
    王文军, 李清坤, 曾超, 李国法, 张继亮, 李升波, 成波
    中国公路学报. 2023, 36(9): 202-224. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.09.017
    有条件自动驾驶系统无法应对所有驾驶场景,因而需要驾驶人在必要情况下进行接管。驾驶人的接管绩效对于有条件自动驾驶车辆的安全性、驾乘体验与接受度具有重要意义。近年来,大量文献从不同视角对驾驶人接管绩效这一主题进行了广泛研究,但仍然存在一些问题亟待解决。从驾驶人接管绩效影响因素、接管绩效模型与接管绩效评价方法3个方面综述了驾驶人接管绩效的研究现状。首先,从驾驶人因素、交通环境因素和自动驾驶系统因素3个维度对驾驶人接管绩效影响因素的相关研究进行综述。其次,对现有驾驶人接管绩效模型,包括经典统计模型、机器学习模型与结构方程模型进行总结。最后,总结了现有原始接管绩效评价指标以及接管绩效综合评价方法。分析发现:现有接管绩效影响因素的量化指标仍不够全面,现有接管绩效模型的可解释性和预测精度难以兼顾,现有接管绩效评价方法尚需进一步完善。有鉴于此,未来研究首先需要基于驾驶人群体主观评价提出接管绩效的全面评价方法,然后以此为基础从人-机-环境维度全方面探索接管绩效影响因素的量化指标,最后考虑多种影响因素的复杂关联关系,建立高精度接管绩效预测模型,从而为提升驾驶人接管绩效提供理论支持,促进有条件自动驾驶的进一步发展。
  • 交通工程
    吴少峰, 陈智威, 张高峰, 陈钦, 徐进
    中国公路学报. 2023, 36(5): 197-209. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.017
    为明确高速公路行驶环境下车辆在车道保持阶段的行驶轨迹特征,给车道宽度值确定提供参考,在重庆市主城区2段高速公路上开展了38名驾驶人的实车驾驶试验。使用车载设备采集自然驾驶状态下的车辆行驶速度、行驶轨迹和“车辆中心点-车道线”横向距离。基于以上数据,计算轨迹横向偏移值和“车身轮廓-车道线”侧向余宽等参数,分析高速公路直线/曲线路段的车辆轨迹横向偏移和侧向余宽变化特征及其影响因素。结果表明:曲线路段和直线路段的期望轨迹横向偏移存在差异,曲线路段行驶轨迹的本质特征是轨迹往曲线内侧偏移,而直线路段的车辆轨迹是倾向于往车道左侧偏移,但曲线路段紧贴车道线行驶的车辆占比要低于直线路段。直线路段车道左侧余宽最小值、期望值分别集中于[0.2 m,0.6 m]和[0.3 m,0.9 m],曲线路段车道左侧余宽的最小值和期望值主要分布在[0.2 m,0.7 m]和[0.5 m,0.9 m]范围内;车道位置对期望轨迹横向偏移和车道侧向余宽均有影响,左转弯路段的左侧余宽要低于直线路段和右转弯路段;在左转弯路段内侧车道行驶时车辆与中分带的距离更近,因此左转弯的事故风险更高;行驶速度增加时,内侧车道的车辆有远离中央分隔带的趋势,但总体上速度对轨迹横向偏移和车道侧向余宽的影响不显著。建议高速公路设计速度为80~120 km·h-1、车道数为双向6条以上时,小客车道的宽度可取3.25 m。
  • 交通工程
    刘庆玲, 胥效文, 关京京
    中国公路学报. 2023, 36(5): 210-219. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.018
    为了解决车载安全预警系统在高速公路上感知距离有限,且在曲线路段存在高事故风险和高燃油消耗的问题,在基于车联万物(V2X)技术的高速公路自动驾驶交通系统中,针对下游存在低速交通流的交通场景,提出一种高速公路网联无人驾驶车辆主动避碰运动生态速度优化模型。为了提高模型的求解效率,将原最优控制问题转化为由3个子问题构成的近似速度优化模型,并通过遗传算法求解得到最优的速度曲线,对上游车辆的运动速度进行主动控制,在保证安全和不影响交通效率的前提下,引导一系列车辆安全、平滑地跟随下游的低速交通流尾车运动,改善车辆行驶过程中的燃油经济性。为了验证所提出模型的性能,以车载安全预警系统控制策略作为对比方案,仿真结果表明:所提出的近似优化模型能够在基本保证求解精度的同时,明显改善求解效率;与车载安全预警系统控制策略相比,所提出的速度优化策略能够使车辆提前减速,避免追尾,能够在较小程度牺牲通行效率的情况下明显地平滑车辆速度曲线并节省总燃油消耗量。
  • 重大隧道工程建设关键科学问题及技术突破专栏
    陈建勋, 陈丽俊, 罗彦斌, 刘立明, 王传武, 赵鹏宇
    中国公路学报. 2023, 36(11): 218-230. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.11.004
    鉴于传统电阻应变片法现场测试锁脚锚管应变存在诸多局限,基于光纤光栅传感技术,设计制作了φ50光纤光栅锁脚锚管,开展了光纤光栅法测试锁脚锚管应变的现场试验,分析了软岩隧道锁脚锚管受力特性及支护作用,进而建立了软岩隧道锁脚锚管力学分析模型,推导了锁脚锚管对软岩隧道初期支护拱脚支承刚度的计算公式,探讨了锁脚锚管各参数对拱脚支承刚度的影响规律和敏感度。结果表明:受隧道分部开挖扰动及锁脚锚管连接方式影响,锁脚锚管管身各测点处应变变化规律十分复杂;从管身应变整体分布看,锁脚锚管靠近钢架一端的应变明显大于管身其他部位,靠近钢架一端的应变随时间的变化幅度也明显大于靠近围岩深处一端;锁脚锚管横向以上、下弯曲变形为主,轴向受到拱脚传递的压力,随着锁脚锚管角度的增大,其轴向承压特性越来越显著;锁脚锚管轴向锚固作用很小,主要发挥横向抗弯抗剪能力约束拱脚沉降,对拱脚水平收敛变形的约束作用有限;增大锁脚锚管直径对提升拱脚竖向支承刚度最为有效;锁脚锚管轴向支承条件较差时,增大其角度会显著降低拱脚竖向支承刚度,此时应确保钢架与围岩之间密贴;随着锁脚锚管管身长度的增大,提供的拱脚竖向支承刚度呈现出“先快速增长,然后缓慢增长”的规律;考虑锁脚锚管受力特点及工程经济性,建议φ50锁脚锚管长度取2.5 m。
  • 道路材料结构服役行为及抗力模型解译
    郭乃胜, 褚召阳, 房辰泽, 尤占平, 崔世超
    中国公路学报. 2023, 36(12): 77-106. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.007
    沥青路面在实际服役过程中不可避免的受到氯盐多因素耦合侵蚀作用,沥青混合料多相分散体系导致氯盐侵蚀具有显著多尺度特征。为明确多因素耦合作用下沥青及沥青混合料氯盐侵蚀损伤多尺度行为的研究现状,归纳了氯盐环境室内模拟试验装置及方案,分类总结了不同尺度下沥青、沥青-集料界面体系及沥青混合料的盐蚀损伤,探讨了氯盐环境下材料损伤的宏观唯象、微观机理及细观行为,最后展望了沥青及混合料氯盐损伤多尺度研究发展方向。综合分析表明;氯盐环境对沥青、沥青-集料界面及沥青混合料均产生物理侵蚀效应,氯盐类型与浓度、侵蚀时间及沥青类型等均会影响该效应;多因素耦合作用加剧了盐蚀进程,尤以盐冻循环工况为甚,而选用改性沥青、适当掺入外加剂等可提高材料性能;离子腐蚀、氯盐溶液结冰冻胀与盐分结晶膨胀共同导致了沥青及混合料性能损伤;常用的氯盐环境室内模拟试验大多仅考虑氯盐单因素或氯盐-温度双因素作用,这与沥青路面经受多因素耦合作用的实际工况不符;此外,缺乏对沥青及混合料多尺度氯盐侵蚀损伤系统探究。建议进一步优化氯盐侵蚀室内模拟试验方案,开发更为科学精确的试验装置;开展沥青路面材料各尺度下氯盐损伤行为及其关联性的研究,并建立沥青及沥青混合料氯盐损伤多尺度研究体系。
  • 汽车工程
    陈峥, 张玉果, 沈世全, 吴思敏, 刘冠颖
    中国公路学报. 2023, 36(6): 298-310. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.023
    随着智能网联汽车技术的快速发展,跟车行驶控制能够有效实现车辆智能跟随及快速高效队列行驶。针对城市郊区道路条件下的智能网联汽车速度规划问题,以提高车辆的燃油经济性、舒适性及安全性为目的,基于跟车速度限幅和车辆动力系统信息,设计了基于初值优化的序列二次规划算法(Sequential Quadratic Programming, SQP),实时求解获取车辆跟车过程中的最优速度轨迹。首先,在车联网环境下,基于车车(Vehicle to Vehicle, V2V)通信及车辆与交通设施(Vehicle to Infrastructure, V2I)通信技术实时获取前方车辆的速度、加速度及位置等行驶信息并实时采集道路交通信息;然后,为减少车辆动态能耗损失和减小所需牵引力,并在规定的时间段内完成相应的行驶路程,利用采集到的前车行驶信息,采用基于初值优化的SQP算法对最优目标车速进行求解;此外,基于周边动态的道路交通场景,考虑边界约束条件,采用滚动时域的方法实现目标车辆速度在每个采样时刻的在线滚动优化,保证目标车辆节能安全地跟车行驶;最后,通过仿真验证了该算法的有效性和实时性。研究结果表明:基于初值优化的SQP算法能够较快求解经济性较优的跟车车速轨迹,可保证车辆的行驶安全性和良好的跟车性能,减少车辆跟车过程中不必要的速度波动,最终实现跟车车辆较好的燃油经济性和行驶舒适性。
  • 交通工程
    巫威眺, 林越, 李余, 靳文舟, 李成
    中国公路学报. 2023, 36(6): 235-253. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.020
    在低碳发展政策指引下,全国各地已开始普及电动公交。然而,由于电动公交车技术性能和运营环境的特点,如续驶里程、充电时长约束、随机路网环境等,为电动公交车辆和充电调度带来新的挑战。随机行程时间导致车次衔接中存在延误,由于连续车次任务的相依性,上游车次延误可能造成下游车次晚点,引发车次延误传播的“连锁反应”,致使车次和充电计划的风险承受能力变得非常脆弱,电动公交调度的效能无法得到充分释放。考虑电动公交调度问题中的车次延误传播效应,在分析随机行程时间对电动公交车次与充电计划影响的基础上,从单线调度到区域调度模式建立优化模型获得经济可靠的公交调度方案。首先,运用网络流模型描述电动公交调度过程,并引入马尔科夫过程刻画延误传播效应。在此基础上,计算期望等待时间、期望延误时间等服务质量指标并纳入到目标函数,建立混合整数线性规划模型。然后,运用多商品流模型,将单线调度模型拓展为通用的区域调度模型,设计“延误状态层”用以计算延误时间分布并提高计算效率。最后,以广州市的2条电动公交线路实际数据进行案例分析,调用商业求解器Gurobi获得精确解。结果表明:充电计划的最优时间窗间隔为40 min;在最优调度方案下,车辆能充分利用日间运营的闲暇时段进行充电,且这一特性不受时间窗间隔大小的影响;随着延误惩罚系数的增加,期望延误时间均值先减少后保持波动,当延误惩罚系数大于2 元·min-2时,期望延误时间均值小于15 s,相较传统模型降低幅度超过50%,说明模型能有效降低行程延误;随着延误惩罚系数的增加,期望等待时间均值先增加后保持波动,说明模型可以智能调整车次之间的衔接顺序,增加等待时间作为缓冲时间,从而减少延误的发生。
  • 桥梁工程
    刘朵, 李航, 熊辉, 蔡忠奎, 王阳春, 张建东
    中国公路学报. 2023, 36(6): 123-131. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.011
    承插式预制拼装桥墩是将预制混凝土墩柱插入承台预留的凹槽内,在间隙中填充混凝土或灌浆料连接形成的装配式结构,承台预留槽内设置波纹钢管以增强对桥墩根部的横向约束。开展承插式拼装桥墩和现浇桥墩2组试件的拟静力荷载试验,研究了承插式拼装桥墩的抗震性能以及波纹钢管的横向约束效应,并通过相关影响参数的模拟分析,探讨了承插深度、灌浆料强度和连接界面处理方式对承插式桥墩抗震性能的影响规律,为其抗震设计提供依据。研究结果表明:波纹钢管约束承插式桥墩柱脚形成的塑性铰区域及破坏形态与现浇桥墩基本一致,承载能力没有明显差异,但破坏时极限位移提高约20%,结构延性和耗能能力有所提高,波纹钢管约束承插式拼装桥墩具有良好的整体性和抗震性能;随着承插深度的增加,承插式桥墩的抗震性能随之提高,当承插深度超过0.6D(D为墩身直径)时,其抗震性能提升趋于缓和;当灌浆料强度达到桥墩主体混凝土强度后,继续增加强度对桥墩抗震性能影响不大;相对光滑界面连接,波纹键齿和梯形键齿连接的承插式桥墩承载能力分别提高约30%和26%,累积耗能分别提高20%和15%,波纹键齿连接的效果最优。
  • 路面工程
    季节, 黄昶惟, 马童, 徐新强, 张健, 韩秉烨, 魏建明
    中国公路学报. 2023, 36(6): 1-13. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.001
    为分析苯甲醛(Benzaldehyde, BENZ)和邻苯二甲酸二辛酯(Dioctyl Phthalate, DOP)对煤直接液化残渣(Direct Coal Liquefaction Residue, DCLR)与石油沥青相容性的改善效果,选取饱和分、芳香分、沥青质与胶质代表沥青四组分,采用分子模拟软件(Materials Studio, MS)组建SK-90沥青、DCLR、BENZ、DOP单体分子模型,并利用以上分子模型构建14种体系,通过分子动力学模拟计算体系间溶解度参数差值、Flory-Huggins参数、体系间相互作用能,探究单掺或复掺BENZ和DOP对DCLR与SK-90沥青相容性的影响机制,并分析BENZ和DOP对DCLR与SK-90沥青相容性的改善效果。研究结果表明: BENZ和DOP的掺入提高了SK-90沥青的溶解度参数,从而使SK-90沥青与DCLR体系间溶解度参数差值降低,提升了DCLR与SK-90沥青的相容性;3种掺配方式对DCLR与SK-90沥青相容性提升效果排序为复掺BENZ和DOP>单掺BENZ>单掺DOP;相互作用能中范德华势能与非键接能作为评价DCLR与SK-90沥青间相容性的指标比静电势能更优异。
  • 路面工程
    李振霞, 陈渊召, 郭滕滕, 黄飞虎, 常洋铭, 牛相杰
    中国公路学报. 2023, 36(5): 38-48. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.05.003
    为增强碾压混凝土的韧性和耐久性,改善其路用性能,将粒径为1~2 mm的橡胶颗粒用5%NaOH溶液进行改性处理,并设置不做处理的对照组,然后分别以5%、10%、15%、20%等体积取代砂加入碾压混凝土。通过改进VC值、抗压强度、抗折强度、干燥收缩、抗冻等试验,分析橡胶碾压混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能,采用工业CT和扫描电镜,对比分析改性前后混合料的孔隙结构和微观形貌,揭示橡胶颗粒对碾压混凝土混合料力学性能的微观作用机理。结果表明:相比于纯碾压混凝土,橡胶颗粒的掺入降低了碾压混凝土早期强度增长速率,改善了碾压混凝土的塑性;在相同橡胶掺量下,改性橡胶碾压混凝土力学性能优于未改性橡胶碾压混凝土,且改性橡胶颗粒掺量不宜大于15%,此时对道路路面结构的承载能力影响较小;当改性橡胶掺量≥15%时,对碾压混凝土的干缩性能有改善效果;改性橡胶颗粒掺量为5%~20%时,掺量越大,对碾压混凝土的抗冻性能改善程度越显著;橡胶颗粒的加入减少了碾压混凝土中的孔隙体积,优化了孔隙结构,改性后的橡胶颗粒表面更加粗糙,减小了橡胶颗粒与水泥砂浆结合面间的裂缝宽度,提高了改性橡胶碾压混凝土混合料中橡胶颗粒与骨料之间的结合强度。
  • 桥梁工程
    吴明远, 廉向东, 张伟, 黄月超, 孙义斐, 白桦
    中国公路学报. 2023, 36(7): 204-211. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.017
    悬索桥是目前跨越能力最大的桥型。随着跨径的进一步增大,其结构动力刚度将不断下降,导致结构抗风能力降低。研发满足结构受力以及抗风稳定性要求的加劲梁断面形式和新型悬索桥结构体系是四千米级悬索桥设计和建造的关键控制因素。为此,首先对采用层流抑振风嘴(V形风嘴、Y形风嘴)和新型紊流制振风嘴的钢箱梁断面开展了节段模型风洞试验,探讨了常规平面缆悬索桥的极限跨径;通过建立全桥三维杆系有限元模型,计算总结了结构扭转基频随跨径的变化规律,并研究了主缆矢跨比、主缆空间化、设置抗扭辅助索等措施对结构扭频的提升效果,提出推荐的新型悬索桥结构体系;最后基于已有结论对四千米级悬索桥进行概念设计。研究结果表明:根据“紊流制振”理论设计的新型加劲梁断面,在保证颤振检验风速80 m·s-1以上时可以使常规悬索桥跨径达到2 700 m;通过在主缆间设置抗扭索是一种较容易实现的提升大跨度悬索桥动力刚度的措施,此举可以使结构扭频提高47.5%;采用紊流制振风嘴钢箱梁断面及新型悬索桥结构体系的悬索桥,在保证颤振临界风速80 m·s-1的情况下主跨跨径可达4 000 m;通过增加抗风缆等结构措施,可以使悬索桥跨径进一步提高至6 000 m,这些优化措施为未来建造更大跨度的跨海桥梁工程提供了可能性。
  • 桥梁工程
    张岗, 李徐阳, 汤陈皓, 宋超杰, 袁卓亚
    中国公路学报. 2023, 36(6): 58-70. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.06.006
    为研究火灾下具有板式橡胶支座支承条件的连续体系多室钢箱结构桥梁的高温响应,设计并制作了两榀两跨连续双室钢箱结构模型试验梁,对其开展了跨中区域与负弯矩区域的耐火试验。采用横向偏位加载实现弯扭耦合作用效应,制作了板式橡胶支座以研究火灾过程中支座性能的退化。通过试验获取了双室钢箱梁的截面温度分布特征、高温变形规律、钢梁屈曲模式以及裂缝开展过程,探析了火灾后钢材与橡胶支座的性能;然后建立了数值分析模型进行验证,结合模型计算剖析了其内力重分布规律与破坏过程,分析了负弯矩区功能失效路径,并开展了参数对比分析,揭示了连续钢箱梁抗火性能演变机理。研究结果表明:火灾下双室钢箱梁中腹板与边腹板的最大温差超过160 ℃,截面温度梯度分布受火灾强度的影响较大;单跨受火时受火跨持续下挠,而非受火跨先上拱后下挠,中支点受火时仅在末期出现位移激增,弯扭-高温耦合作用下双室钢箱梁出现随受火时间明显增长的横向扭转变形,破坏时截面两侧的挠度差值达到94 mm;连续钢箱梁在受火前期会发生剧烈的内力重分布,负弯矩区急剧扩大,中支座反力骤增至常温时的2倍以上;单跨受火时钢箱梁破坏状态表现出随着中支点附近的塑性扩展最终发展至受火跨的垮塌,而中支点受火时钢箱梁破坏状态则呈现出支点处钢梁的突然压溃,同一升温条件下中支点受火的钢箱梁破坏要远早于单跨受火,耐火极限缩短约40%;试验梁经历最高温933 ℃和825 ℃后,底板取样钢材的剩余强度分别约为67%和78%,钢梁的强度损失取决于其所经历的最高温度;橡胶支座具有良好的高温隔热性能,但外层橡胶在火灾下达到燃点后会导致橡胶燃烧碳化,进而使支座丧失承压能力,造成塌陷和支承功能失效,应对橡胶支座外部予以防火保护。该研究可为钢桥的抗火性能理论分析与结构性能提升方法提供指导依据。
  • 大型桥梁结构阻尼特性与识别方法专栏
    夏烨, 龚丰宗, 尚志强, 孙利民
    中国公路学报. 2023, 36(7): 90-101. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.007
    运营环境下桥梁受到的车辆荷载是非平稳的,不满足一般运营模态分析方法的基本假定,在桥梁阻尼比识别过程中可能引入较大误差。为了提升基于非平稳监测数据的桥梁阻尼比识别准确性,探究其变化规律,提出了一种基于衰减响应模式提取的桥梁阻尼比识别方法,从大量的识别结果中分析阻尼比在运营期间的统计特征及规律。该方法利用U-net卷积网络从桥梁的监测数据中提取出衰减响应数据,进而利用希尔伯特变换方法识别桥梁阻尼比。分析了一座独塔斜拉桥2年的监测数据,并识别了桥梁前2阶竖弯模态的阻尼比,统计了其在不同时段概率密度分布,分析了温度和交通荷载对阻尼比的影响规律。研究结果表明:所提方法可以从海量监测数据中有效提取出监测数据中的衰减响应;桥梁阻尼比分别与环境温度及交通荷载存在弱负相关和强正相关关系;桥梁阻尼比受车辆荷载影响显著,主要来源于摩擦耗能与车桥耦合效应,前2阶阻尼比平均值在车辆较少时分别为0.72%和0.58%,白天车流量较大时阻尼比平均值分别为1.05%和0.79%。
  • 高性能混凝土桥梁绿色低碳发展新路径专栏
    武芳文, 刘一帆, 何岚清, 程文浩, 李滋润, 杨飞
    中国公路学报. 2023, 36(9): 106-118. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.09.009
    磷酸镁水泥混凝土可应用于桥梁抢建工程中的受弯构件,为研究钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁的受弯性能,对5片不同钢纤维掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)的磷酸镁水泥混凝土梁进行了四点弯曲加载试验,分析了钢纤维掺量对磷酸镁水泥混凝土梁破坏形态、裂缝分布、受弯承载力以及延性等受弯性能的影响。试验结果表明:试验梁的破坏模式均为典型的弯曲破坏;在同等荷载作用下,掺有钢纤维的试验梁裂缝数量更多,但裂缝宽度更小且分布更加密集,改善了梁体开裂状况;随着钢纤维掺量的增加,试验梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载以及延性系数均得到提高,其中延性系数的提高尤为显著。基于ABAQUS有限元分析,与试验结果进行对比,并以钢纤维掺量和纵筋配筋率为参数进行了有限元参数化分析,结果表明:纵筋配筋率增加可以显著提高磷酸镁水泥混凝土梁受弯承载力,但会降低梁的延性,而提高钢纤维掺量则能显著改善梁的延性。最后,通过探究钢纤维在混凝土中的作用机理,提出了钢纤维在载荷方向上贡献的抗拉强度,建立了钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁的受弯承载力计算公式,且计算结果与试验结果吻合良好。
  • 大型桥梁结构阻尼特性与识别方法专栏
    陶天友, 金早, 王浩, 石棚
    中国公路学报. 2023, 36(7): 138-146. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.011
    为表征雷暴风对大跨度斜拉桥的作用,以苏通大桥监测数据为基础,开展了飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究。首先,基于短时平稳假设,分析了飑线风的实测风场特性,探究了桥梁抖振响应与风速的相关性,并刻画了其在风速突增与下降过程中的差异;然后,计算了不同时段内主梁实测竖向、侧向和扭转加速度的功率谱密度,并分析了飑线风对主梁振动频谱的影响;最后,采用随机减量法,开展了飑线风作用全过程大跨度斜拉桥的模态参数识别,获得了桥梁的模态频率与阻尼比,从而研究了飑线风对大跨度斜拉桥模态参数的影响。研究结果表明:主梁抖振响应均方根与风速呈非线性正相关,飑线风前端与后端风场对桥梁抖振响应的影响总体类似;在飑线风作用时段内,大跨度斜拉桥各阶模态对应的振动能量相较其他时段更为显著;多阶竖弯、侧弯和扭转模态的频率随风速的增加而增加;阻尼比受风速影响较大,各阶模态的影响规律不尽相同;主梁1阶竖弯和1阶侧弯模态的阻尼比随风速的增加而增加,而1阶扭转模态的阻尼比随着风速的增加而减小。