中国公路学报

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崔新壮

中国公路学报. 2009, 22(4): 1-8.

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基于黄茂松提出的上海软粘土不排水累积变形模型和累积孔压模型,借助静态和动态有限差分法,对上海软粘土地基的累积沉降进行了计算分析。结果表明:累积沉降包含不排水累积变形和累积孔压消散引起的变形2个部分,但前者是主要的;累积沉降随时间先急剧增大,然后逐渐变缓;当路堤高度小于1.5 m时,随着路堤高度的减小,地基累积沉降增加很快;车载越大,累积沉降增大速度越快,超载0.2倍,累积沉降将增大44%,因此限制超载是减小累积沉降的关键;提出的软粘土地基累积沉降预测公式能很好地反映路堤高度和车载的影响。

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路基固结性状的非保守大变形有限元分析

丁洲祥,袁大军,赵成刚,李涛,谢永利

中国公路学报. 2009, 22(4): 9-14.

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针对传统方法存在保守荷载假设的局限性,考虑路基固结过程中实际体力的非保守特点,提出了路基平面应变固结性状分析的非保守大变形有限元法;并利用该方法对填土分级堆载作用下软土路基固结性状进行了算例分析。结果表明:当忽略体力的非保守性质时,非保守方法可以退化为传统方法;传统方法预测的路基平面应变固结沉降量、侧向位移值和超静孔压等一般均大于非保守方法的分析结果;非保守大变形有限元法可以有效提高路基平面应变固结变形的预测精度,尤其对于路基变形较大的情况更是如此。

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公路黄土地基流变模型研究

颜斌,倪万魁,刘海松

中国公路学报. 2009, 22(4): 15-19.

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为了研究公路黄土地基在上部荷载作用下的蠕变规律、工后沉降以及相应处理措施,通过原位静力荷载试验,对其流变曲线进行粘弹粘塑性分析,并应用附加应力原理,求取一定高度路堤下地基土体的最终沉降变形公式。结果表明:流变曲线主要分初始蠕变和稳定蠕变2个阶段,流变模型包含了粘性、弹性、塑性3个部分,当时间趋于无穷大时,其荷载与应变呈幂函数关系;当路堤高度H≤3 m时,可采用一般压实机械处理地基;当3 m<H≤6 m时,可采用中等压实机械处理地基;当H>6 m时,应采用重型压实机械处理地基。

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应变软化土体扩孔问题的大变形解析

邹金锋,罗恒,彭建国,安爱军,张进华

中国公路学报. 2009, 22(4): 20-27.

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将圆孔周围土体变形区分为弹性区、软化区和流动区,在弹性区中采用小变形理论,在软化区和流动区中采用大变形理论和非相关联流动准则,假定土体服从统一强度准则,根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体剪胀和中主应力等影响因素的应力和应变场分布规律、区域半径和极限扩孔压力的理论解答;并将极限扩孔压力理论的计算结果与传统Vesic扩孔理论计算结果进行对比。结果表明:扩孔压力和软化区半径受土体剪胀的影响比受参数b的影响大,而且球孔比柱孔更加显著;极限扩孔压力理论计算结果与Vesic结果非常接近。

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天然粗颗粒盐渍土多次冻融循环盐胀试验

张莎莎,杨晓华,戴志仁

中国公路学报. 2009, 22(4): 28-32.

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为了给在粗颗粒盐渍土地区修筑高等级公路提供技术参考,通过对312国道主干线嘉峪关至安西段一级公路沿线的天然粗颗粒盐渍土进行室内基本工程性质分析,选取有代表性的天然粗颗粒盐渍土,分别进行室内模拟季节交替和昼夜温差变化的多次冻融循环试验及有无附加荷载时的单次降温盐胀试验研究,从不同角度对天然粗颗粒盐渍土进行盐胀规律分析。结果表明:天然粗颗粒氯化物硫酸盐渍土在多次冻融循环时具有明显的体缩现象;上覆附加荷载对粗颗粒氯化物硫酸盐渍土盐胀的抑制作用可以达到80%以上;多次冻融循环后的水分、盐分在土柱剖面中的迁移呈现出不完全对应的关系。

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密级配沥青稳定碎石基层混合料级配设计方法

冯新军,郝培文

中国公路学报. 2009, 22(4): 33-38.

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分别采用现行规范推荐法、Superpave法、主骨架空隙体积填充(CAVF)法和贝雷法设计了4种密级配沥青稳定碎石基层混合料,然后采用力学指标设计法确定了所设计的4种级配沥青稳定碎石基层混合料的最佳油石比,并对最佳油石比下的沥青稳定碎石基层混合料进行了抗永久变形性能和抗疲劳性能等路用性能的研究;根据设计过程和设计结果对4种级配设计方法进行了比较评价,在此基础上提出了新的密级配沥青稳定碎石基层混合料的级配设计方法——五控制点级配设计方法。结果表明:采用五控制点级配设计方法设计的级配与贝雷法、CAVF法的设计级配非常接近,并且总体上位于贝雷法设计级配和CAVF法设计级配之间。

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公路纵坡设计关键参数研究

庄传仪,赵一飞,潘兵宏,张驰

中国公路学报. 2009, 22(4): 39-44.

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为了确定用于纵坡设计的主导车型,选择了几段典型纵坡路段进行了实地速度观测,通过分析轻型客车和货车在纵坡坡度i>3%和i≤3%的上坡路段车辆运行特性,由汽车在坡道上的运动方程推导出功率质量比计算模型,并提出了一套汽车功率质量比计算的试验方法。在实地观测数据的基础上,计算出该路段的功率质量比值,由15%位货车功率质量比得出公路纵坡设计主导车型的功率质量比。结果表明:纵坡坡度对轻型客车上坡行驶车速影响不大;小于3%的纵坡坡度对货车上坡行驶的速度影响很小;陡坡对货车车速影响显著,在临近坡顶处,货车处于一种稳定、匀速的行驶状态;试验路段地区高速公路纵坡设计主导车型的功率质量比为8.0~8.33 kW·t^-1;根据汽车功率质量比计算模型和试验方法,确定不同地区、不同公路等级货车功率质量比,由此可以建立最大纵坡坡度、不同纵坡的最大坡长等几何线形设计参数。

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路面影像破损加权评定方法

李清泉,刘向龙

中国公路学报. 2009, 22(4): 45-49.

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为了解决经典的基于影像分块的统一破损指数评定方法(UCI方法)评定结果不合理的问题,提出了一种新的基于加权策略的路面影像破损评定方法。该方法首先对影像分割后的二值影像进行分块;然后统计各子块中潜在破损像素在子块中的比重,并将其作为该子块的破损程度值;最后通过对子块化后的矩阵加权统计得到影像的破损指数。试验结果对比表明:该方法比UCI方法能更准确地反映出路面破损的程度。

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基于车轮-桥面接触耦合特性的铺装层受力分析方法

张磊,张占军,黄卫,钱振东,伍石生

中国公路学报. 2009, 22(4): 50-56.

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为了解决传统桥面铺装设计方法不能准确反映车轮-桥面接触条件下铺装应力响应的问题,提出了一种基于车轮-桥面耦合作用的分析方法。该方法首先建立精细化轮胎及桥面铺装有限元仿真模型,然后将轮胎和桥面铺装的接触耦合转化为时变的边界条件,并形成每一荷载步的整体有限元控制方程,进一步采用Lagrange乘子法和解耦分析技术得到求解接触压应力的迭代方法。以某大跨径长江大桥为例,分析了不同荷位下接触压应力的分布规律,对比了均布荷载和轮胎荷载2种方式对铺装受力状态的影响。结果表明:轮胎荷载作用下铺装的最大纵向、横向拉应力较均布荷载作用更不利,采用轮胎模型可克服现行桥面铺装设计方法中采用均布荷载偏不安全的缺点。

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盐冻条件下混凝土结构表面的损伤规律研究

张云清,余红发,王甲春

中国公路学报. 2009, 22(4): 57-63.

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为了探索混凝土结构在除冰盐作用下的表面冻融损伤规律,采用快冻法进行了普通混凝土(OPC)、引气混凝土(APC)和高性能混凝土(HPC)试验梁在3.5%(质量分数,后同)NaCl溶液中的盐冻试验,用超声平测方法测定了混凝土结构的表面损伤层厚度,并提出了盐冻损伤度这一新的评价指标。讨论了中国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)中除冰盐环境下混凝土结构的最小保护层厚度问题,认为部分规定可能偏于不安全。结果表明:OPC的盐冻损伤度随着冻融循环次数的增加而急剧线性增大,添加引气剂可以有效减小混凝土的盐冻损伤度,提高其抗盐冻能力;矿物掺合料的种类和掺量对于引气HPC的抗盐冻能力具有很大影响;掺加10％硅灰、20％粉煤灰或者50％矿渣时,引气HPC表现出卓越的抗盐冻能力,其典型特征是盐冻损伤度降低、后期增长速度非常缓慢。

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基于地震输入能量的刚度退化单自由度体系非弹性变形简化计算方法

江辉,朱晞,倪永军

中国公路学报. 2009, 22(4): 64-71.

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以简化成单自由度(SDOF)体系结构在地震作用下的输入能量为基础,研究地震输入能量和结构最大变形之间的关系。对于刚度退化SDOF体系,引入表征能量和变形间关系的等效速度比参数,以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,采用非线性时程计算和统计分析方法,提取累积输入能量、瞬时输入能量和非弹性变形间关系的分布特征,提出了不同场地下等效速度比的分段线性化函数,并用多自由度(MDOF)桥墩算例的时程计算结果进行了对比分析。结果表明:所建议的简化计算方法是有效的,可用于基于能量的桥梁结构抗震设计与评估。

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拉索-MR阻尼器系统的半主动控制试验

禹见达,陈政清,王修勇,孙洪鑫

中国公路学报. 2009, 22(4): 72-77.

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采用将电压切换时间作为可变参数的基于位移延时反馈的改进Bang-Bang控制算法,利用dSPACE、MATLAB/Simulink、MR阻尼器和电流放大器等工具,建立了拉索-MR阻尼器系统的半主动控制试验平台。利用该试验平台对拉索系统进行了半主动控制试验,研究了MR阻尼器的输入电压及切换时间等参数对拉索减振效果的影响。结果表明:对于拉索的前3阶模态振动,半主动控制时系统的等效模态阻尼比比相应的优化电压下的被动控制有不同程度的大幅提高;电压的切换时间显著地影响MR阻尼器对拉索的减振效果。

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钢板-混凝土组合桥面板静力与疲劳性能试验

杨勇,周丕健,聂建国,谢标云

中国公路学报. 2009, 22(4): 78-83.

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为了研究钢板-混凝土组合桥面板在静力及疲劳荷载下的受力性能,对8块钢板-混凝土组合桥面板试件进行了静力加载试验,并对6块组合桥面板试件进行了等幅疲劳试验,着重研究了组合桥面板中开孔钢板连接件孔中横向贯通钢筋布置及名义加载剪跨比2个因素对组合桥面板静载下受力行为的影响,同时分析了疲劳荷载下组合桥面板中开孔钢板布置形式、疲劳荷载幅值和疲劳加载循环次数对组合桥面板疲劳刚度和疲劳强度的影响。结果表明:组合桥面板均表现为典型的弯曲破坏,且具有较高的受弯承载能力和刚度;组合桥面板疲劳破坏形态均为底部钢板疲劳断裂破坏,其疲劳强度由底部钢板疲劳应力幅值确定。

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钢管与混凝土粘结-滑移相互作用的数值模拟

胡波,王建国

中国公路学报. 2009, 22(4): 84-91.

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为了探讨钢管与混凝土之间的粘结-滑移相互作用关系,在已有推出试验研究的基础上,提出了钢管与混凝土粘结-滑移本构关系的简化模型;根据简化模型,采用有限元分析软件ANSYS中非线性弹簧单元Combination39对钢管与混凝土粘结-滑移相互作用进行了数值模拟,并对钢管混凝土梁跨中、柱中截面受拉侧、受压侧钢管与混凝土应力随加载的变化过程,以及加载结束时钢管与混凝土相对滑移沿试件长度的分布规律进行了探讨。结果表明:由简化模型计算的粘结-滑移曲线与试验曲线吻合较好,数值计算得出的钢管混凝土结构受压弯作用时的M-d、P-u曲线与试验结果基本吻合,对钢管与混凝土界面受力性能及相互滑移分布规律的探讨将有助于更好地了解钢管与混凝土之间的粘结-滑移相互作用特点。

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混合交通条件下的城市道路实用路阻函数

任刚,刘晓庆,全林花

中国公路学报. 2009, 22(4): 92-95.

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以交通混合程度最高的单幅路为研究对象,在大量实测数据基础上,采用多因素方差分析法检验了本向机动车流量、对向机动车流量、本向非机动车流量、行人横向干扰程度对车流速度产生的影响。由美国联邦公路局BPR函数模型拓展得到混合交通条件下机动车路阻函数的通用形式,基于统计学原理对实测数据进行变量筛选和参数标定,建立了综合考虑机非干扰、对向干扰和横向干扰的实用路阻函数模型。结果表明:在理论分析基础上,由试验数据标定得到的BPR改进模型优于纯粹由数据拟合得到的线性回归模型。

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时间价值分布预测的混合密度模型

俞礼军

中国公路学报. 2009, 22(4): 96-101.

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针对使用常规简单分布密度函数难以拟合复杂时间价值数据的问题,提出了基于混合分布的建模方法,采用期望最大化(EM)算法推导出了Weibull混合分布参数估计的迭代算式,并将其用于时间价值数据的拟合。为考察混合分布模型对复杂数据分布的拟合性能,进行了仿真对比研究,并将基于EM 算法的Weibull混合分布时间价值模型应用于城市客运交通方式分担率的分析和计算。结果表明:基于EM 算法的混合分布模型是最有效的;Weibull混合分布模型能够有效用于复杂时间价值数据统计分布建模和交通方式分担率预测研究。

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基于GTM算法的多维区域交通状态分析

赵志强,张毅,李力,胡坚明

中国公路学报. 2009, 22(4): 102-107.

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为了验证生成式拓扑映射(GTM)算法分析区域交通状态的有效性,对北京市某包含29个检测器的实际路网连续28 d的数据集进行研究。试验中,通过GTM算法将原始数据从58维空间平滑地映射到2维的特征平面,有效实现了高维数据可视化;同时对状态进行无监督聚类和区域交通状态分析,并找出路网异常状态。试验结果表明:GTM算法可以应用在交通状态可视化、线圈故障诊断、交通拥堵的发现、交通状态演化研究等方面。

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城市网络交通动态信号控制方法

龙建成,高自友,任华玲

中国公路学报. 2009, 22(4): 108-114.

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引入元胞传输模型研究动态网络交通流条件下的交叉口信号控制问题,以均衡交叉口各流向的能力为目标,分别建立了固定信号配时方法和动态信号配时方法。为了验证提出的信号控制方法的有效性,利用Cross-nested Logit 模型构建了动态随机路径选择模型来获得动态随机用户均衡的交通环境;以该环境为基础在Sioux Falls网络上进行了数值试验。结果表明:动态信号配时方法比固定信号配时方法对于提高网络平均行程速度以及抑制交通拥堵更为有效,特别是平衡交通环境受到扰动时,动态信号配时方法的应用效果更为明显。

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基于双自适应Kalman滤波的线控转向汽车传感器故障诊断

田承伟,宗长富,姜国彬,王祥,何磊

中国公路学报. 2009, 22(4): 115-121.

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为了解决相对于传统转向系统而言的结构改变带来的可靠性和安全性问题,对线控转向系统主要传感器的故障诊断方法进行了研究。在建立线控转向系统和整车联合动力学模型的前提下,以基于假设检验的双自适应渐消Kalman滤波技术为平台,结合根据各传感器工作状态确定的故障特征向量,构建了线控转向汽车主要传感器的残差门限故障诊断方法,并利用现有的线控转向系统试验台进行了硬件在环仿真验证。结果表明:该方法可以应用到线控转向汽车传感器的故障诊断中,达到了提高系统可靠性和安全性的目的。

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主动悬架H_∞/广义H₂静态输出反馈控制方法

刘树博,赵丁选

中国公路学报. 2009, 22(4): 122-126.

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在多目标控制框架下,提出了一种主动悬架H_∞/广义H₂静态输出反馈控制方法。选用H_∞范数作为乘坐舒适性能的指标,利用广义H₂范数来描述悬架系统时域约束要求。为求解静态输出反馈增益,采用差分进化算法(DEA)和线性矩阵不等式(LMI)相结合的算法,即用DEA来得到控制器的样本,并在满足广义H₂约束的条件下,用LMI方法最小化系统的H_∞性能指标。以悬架行程作为反馈信号,对四自由度半车主动悬架系统进行了频域分析和时域仿真。结果表明:静态输出反馈控制方法能使悬架性能得到明显改善。

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2009年, 第22卷, 第4期　刊出日期：2009-07-01

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