中国公路学报

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吕文志,俞建霖,刘超,龚晓南,荆子菁

中国公路学报. 2009, 22(6): 1-9.

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引进“典型单元体”与“虚土桩”模型,将柔性基础-垫层-复合地基-下卧层土体视为上下部共同作用的系统,考虑桩土界面之间允许有相对滑移并假设同高度处桩间土沉降不等,改造了Alamgir型桩间土位移模式,得到了柔性基础下复合地基系统的弹性力学微分方程组及其解;通过工程实例验证并评估了该解析解的合理性与精度;最后基于标准算例,通过所得解析解对系统的等沉面高度、中性点位置、桩身轴向应力、桩土应力比等展开了研究。结果表明:该解析解能较准确地反映柔性基础下复合地基的工作性状,沉降计算精度较复合模量法高;系统各因素对荷载传递规律都有不同程度的影响,必须重视系统上下部共同作用的深入研究。

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发泡颗粒混合轻量土三轴应力-应变-孔压特性试验

侯天顺,徐光黎

中国公路学报. 2009, 22(6): 10-17.

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通过三轴试验对淤泥发泡颗粒混合轻量土进行研究,揭示了不同配比、围压对轻量土应力-应变-孔压特性的影响本质,以及变形模量的变化规律;并结合前人成果,对应力-应变关系进行了模型概化与曲线拟合;基于发泡颗粒混合轻量土的物质结构组成特性,提出了一个反映其物理力学性质的广义本构模型。分析结果表明:配比决定试样的胶结结构强度,围压决定试样的应力状态,围压大于胶结结构强度时,试样剪缩,应变硬化,孔压不断上升,反之,试样剪胀,应变软化,孔压上升后下降,甚至出现负值;变形模量随水泥掺入比的增大而线性增大,随EPS颗粒掺入比的增大而非线性减小,与围压关系不大;概化模型有应变硬化型、应变软化型及理想弹塑型3种;Ducan-Chang双曲线模型与Prevost软化模型的拟合效果较好,但软化模型很难对应变大于15%的曲线进行拟合。

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陕西地区黄土路堑高边坡可靠度研究

李萍,王秉纲,李同录,徐平,李文

中国公路学报. 2009, 22(6): 18-25.

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以极限状态坡作为输入坡型,将陕西黄土地区公路勘察中实测的粘聚力和内摩擦角作为主要随机变量参考值,采用Monte-Carlo法抽样,简化Bishop法公式作为控制方程,对陕西地区3个地段的黄土高边坡进行了可靠度模拟,获得黄土高边坡的失效概率与可靠指标。经过对参数变异性与失效概率关系的系统分析,并考虑陕西地区黄土强度参数变异系数的分布特点和工程可接受水平,提出了陕西地区黄土路堑高边坡可靠度设计标准。结果表明:对于高速公路和一级公路,设计失效概率为7%~10%,相应可靠指标为1.28~1.48;对于二级及二级以下公路,设计失效概率为14%~16%,相应可靠指标为0.99~1.08。

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回填砂土重力式挡土墙地震动土压力研究

王丽艳,刘汉龙

中国公路学报. 2009, 22(6): 26-33.

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引用液化度概念定义超静孔隙水压力比发展水平,考虑液化度的时程特征,将土压力视为随着液化度的增加由固体土的动土压力逐渐过渡到粘性流体的动水压力,采用拟动力法推导了动土压力大小、作用点位置以及动土压力分布形式的理论计算方法。结果表明:与Mononobe-Okabe拟静力法和Coulomb静力理论计算结果相比,拟动力法可计算出安全经济的动土压力系数与破坏楔角;动土压力为不规则的非线性分布,液化度较小时呈上抛物线形,液化度较大时呈下抛物线形,且高液化度下,内摩擦角、墙背摩擦角以及地震波放大效应对动土压力的影响减弱。

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动载作用下沥青路面的剪切破坏机理

马新,郭忠印,李志强,杨群

中国公路学报. 2009, 22(6): 34-39.

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为了研究移动荷载作用下沥青路面结构中剪应力场的分布规律,揭示沥青路面在动载作用下的剪切破坏机理,以便指导结构设计与养护对策的制定,建立了移动荷载作用下半刚性基层沥青路面动态响应三维有限元分析模型,系统分析了汽车在正常行驶与制动状态下结构层竖向位移及剪应力的动态响应规律,并将动载下计算结果与静载下计算结果进行了对比。结果表明:在汽车匀速行驶状态下,结构层最大竖向位移、最大竖向剪应力及最大水平剪应力均有所降低;在汽车制动状态下,结构层最大竖向位移、最大竖向剪应力增加不显著,但最大水平剪应力增加显著,且随水平力系数及轴载的增大而增大,此时如果仍按照静力模式来设计混合料的抗剪强度,可能会导致抗剪强度不足而使路面出现车辙、拥包及推挤等早期损坏现象。

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交通荷载作用下路面结构的微地震试验

佘艳华,苏华友,肖正学

中国公路学报. 2009, 22(6): 40-46.

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首次运用微地震监测系统对交通荷载作用下的路面微振动响应进行了研究与探索。通过微地震监测系统采集荷载作用下试验路段路面的波形数据,并对试验数据进行波形分析,研究路面结构中振动加速度和振动位移的衰减规律,分析不同荷载对路面结构振动响应的影响,探讨微地震监测系统在路面结构损伤评价中的应用。结果表明:微地震监测系统能够对路面结构的振动响应进行监测分析,为进一步研究路面振动响应提供了有价值的参考。

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蜡制养护剂的隔离机理与效果研究

姚佳良,袁剑波,张起森,吴羡,晁德志

中国公路学报. 2009, 22(6): 47-52.

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通过现场摆式摩擦因数试验、层间剪切试验、扭力试验、拉拔力试验,探讨了贫混凝土基层上铺筑水泥混凝土面层时采用蜡制养护剂新材料作隔离层的作用机理、隔离效果等;同时依据蜡制养护剂养护隔离要求,参照各国有关标准、文献和所进行的有关试验,提出了蜡制养护剂作养护隔离时的材料要求。结果表明:在一定条件下,贫混凝土基层与混凝土面层间喷洒蜡制养护剂可有效降低层间粘结作用和减少层间摩擦力,采用蜡制养护剂隔离是一种比较经济、技术可行的隔离方法。

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中央稳定板提高桁架梁悬索桥颤振稳定性的气动机理

陈政清,欧阳克俭,牛华伟,华旭刚

中国公路学报. 2009, 22(6): 53-59.

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为了研究中央稳定板的气动作用机理,首先采用三自由度耦合振动时域识别的强迫振动法,一次识别出桁架断面在有无中央稳定板时的18个气动导数,然后以识别的气动导数作为输入参数,利用自主研发的NACS软件对矮寨大桥进行了颤振分析;最后通过能量原理对中央稳定板的作用机理进行了证明。结果表明:中央稳定板对气动性能的影响主要体现在气动导数A^*₂降低了气动负阻尼;中央稳定板的作用机理是提高了颤振发生时竖弯自由度的参与程度和扭弯耦合程度,使得颤振形态由单自由度扭转振动向弯扭耦合振动转移,从而降低了颤振频率,提高了颤振临界风速。

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带中央扣的超大跨度悬索桥多尺度有限元模拟方法

王浩,李爱群,郭彤

中国公路学报. 2009, 22(6): 60-66.

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以主跨1 490 m的润扬悬索桥为研究对象,提出了面向结构健康监测及安全性评价的超大跨度悬索桥多尺度有限元模拟方法。基于ANSYS建立了该桥多尺度的三维有限元整体模型;针对不同的研究需要专门建立了重点分析构件的精细有限元模型,并基于子模型法实现了不同尺度模型之间的衔接;以钢箱梁和中央扣结构为例,开展了超大跨度悬索桥多尺度有限元模拟方法及其验证研究。结果表明:计算与现场测试结果吻合良好,多尺度有限元模拟方法是有效的,且其结果具有可靠性。研究结果为大桥进行安全性评价和实时健康监测奠定了基础。

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随机车流作用下双曲拱桥车-桥耦合振动研究

王达,刘扬,黄平明

中国公路学报. 2009, 22(6): 67-73.

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基于分离法,以车轮与桥面板接触点为界,将车-桥耦合振动系统分为车辆、桥面平整度及桥梁结构3个子体系,分别建立空间耦合振动分析模型及各自的运动方程;车辆体系与桥梁体系之间通过车轮和桥面接触处的位移协调条件、车-桥相互作用力的平衡关系相联系,采用迭代法求解系统响应,并以此为基础,借助VB语言编译了随机车流作用下车-桥耦合振动分析程序。以某双曲拱桥为对象,研究了随机车流特性、桥面平整度及桥梁结构参数变化对车-桥耦合振动的影响。结果表明:除结构自身刚度外,桥梁结构的动力响应受车流特性、桥面平整度等参数的影响明显,桥梁结构拱顶、中跨1/4处及拱脚等部位对应的冲击系数存在明显差异,结构内力与位移对应的冲击系数也不尽相同。

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钢桥塔节段局部稳定试验

王春生,王茜,俞欣,张子华,徐岳

中国公路学报. 2009, 22(6): 74-81.

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对带切角的钢桥塔节段模型进行了轴心受压局部稳定试验研究,得到了模型的局部失稳极限荷载、失稳模态、变形及应变规律。在此基础上,建立了钢桥塔节段的有限元模型,分别进行了第1类稳定计算和考虑材料、几何双重非线性及结构初始缺陷的第2类稳定计算。结果表明:第2类稳定计算得到的失稳极限荷载与实测荷载较为接近,两者相差10%;带切角矩形截面钢桥塔较矩形截面钢桥塔板件间的相关作用更加明显,对矩形截面钢桥塔进行切角,形成宽厚比较小的壁板,可以对宽厚比较大的弱板提供有效约束。

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钢管混凝土脱粘构件温度场研究

陈宝春,刘振宇

中国公路学报. 2009, 22(6): 82-89.

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为了研究钢管混凝土构件脱粘与温度变化的关系,对竖立和横放各1个钢管混凝土脱粘构件进行了日照作用下的温度场测试。在截面温度场的有限元计算中,将脱粘构件内边界视为空气与钢管及混凝土相接触的边界条件(第4类边界条件),并对比了计算结果与实测结果的吻合程度。结果表明:与无脱粘构件相比,脱粘构件钢管表面最高温度提高,最低温度降低;相反,核心混凝土最高温度降低,最低温度提高;当初始脱粘空隙在一定范围内时,这种趋势与其空隙大小成正比;脱粘空隙大小随温度的变化而变化,且变化幅度随着管径与初始脱粘空隙的增大而增大,但总体上变化幅度很小,只有在空隙较小和管径较大的情况下,才有闭合的可能。

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软岩隧道大变形力学机制与刚隙柔层支护技术

王树仁,刘招伟,屈晓红,方俊波

中国公路学报. 2009, 22(6): 90-95.

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为了解决高应力、节理化软岩隧道在初期支护时产生断面缩小、衬砌开裂、喷射混凝土层剥落、钢拱架扭曲、部分拱架出现折断的大变形破坏问题,基于现场工程地质调查与大变形力学分析,确认了该软岩隧道具有应力扩容型和结构变形型的复合型变形力学机制,提出了复合型变形力学机制向单一型转化的技术;应用有限差分程序FLAC2D进行了软岩隧道导硐式扩刷开挖与全断面开挖变形效应对比分析,在此基础上提出了刚隙柔层支护技术,并由现场试验优化了支护参数。工程实践证明:刚隙柔层支护技术成功解决了高应力、大变形软岩隧道难以支护的问题。

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基于几何线形的道路立交处机动车污染排放计算

王晓宁,孟祥海,盛洪飞,安实

中国公路学报. 2009, 22(6): 96-100.

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以机动车在匝道上的行驶速度为纽带,通过建立车速与匝道长度、机动车污染排放与车速之间的关系,推导出了机动车污染排放与匝道长度的关系,利用积分的方法对匝道变速运动段机动车污染排放进行了计算,提出了基于几何线形的道路立交处机动车污染排放计算方法,并通过算例进行了验证。结果表明:该方法能够将机动车污染排放和道路立交几何线形联系起来对机动车污染排放进行计算,根据道路立交几何线形设计文件就可以计算出立交投入使用后的机动车污染排放总量。

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智能导航系统自适应切换模式交通流编码算法

王青竹,王珂,杨兆升

中国公路学报. 2009, 22(6): 101-105.

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针对智能交通流数据量大、无固定模式、精度要求不同的特点,提出了一种根据具体数据格式自适应切换压缩模式的编码算法。对于可进行有损压缩的数据,将时间序列预测思想应用于编码算法中,进行Contourlet逐级分解,直至精度达到要求;在该层应用ARMA建模,传送时只传递其ARMA参数,译码时先以ARMA模型构造Contourlet系数,然后重构原始数据;对于需进行无损压缩的数据,先分析其数据特性,结合传统算法,设计了一种等长、变长编码相结合的压缩方法,在保证数据可完全译出的前提下,达到最佳压缩率。仿真结果表明:对于无损压缩,新算法压缩率可达0.329～0.62;对于有损压缩,压缩率可达0.055～0.29,相对误差为2.34%～4.32%。

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道路交通事故肇事驾驶员特征分析

胡江碧,曹新涛

中国公路学报. 2009, 22(6): 106-110.

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为了找出易发事故驾驶员的倾向性特征,从而降低道路交通事故,对109国道某典型路段交通事故肇事驾驶员的年龄、驾龄、性别进行了统计分析;以事故次数和危害程度为评价指标,将驾驶员事故倾向性分为低、中、较高和高4个等级,利用灰色聚类法分析了驾驶员的事故倾向性。结果表明:驾驶员事故倾向性随年龄的分布呈三次曲线特征;男性驾驶员事故倾向性高于女性;驾龄3年以下的新手驾驶员事故倾向性高;年龄33岁以下、驾龄小于3年的男性驾驶员事故倾向性最高。

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基于模糊物元可拓的物流中心选址方案综合评价方法

周爱莲,李旭宏,毛海军

中国公路学报. 2009, 22(6): 111-115.

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根据物流中心选址方案评价问题的特点,在考虑物流系统管理的动态性和物流选址方案评价指标信息的模糊性特征的基础上,提出了一种基于模糊物元可拓的物流中心选址方案优度评价方法。在构造评价模型时,将三角模糊数引入物元特征量值,提出了一种运用三角模糊数表示物元特征量值的模糊物元,使其可以方便合理地对不确定性的模糊性指标信息和确定性的精确指标信息进行描述,从而具有更广的适用面。最后通过算例对该方法进行了验证。结果表明:该方法合理、有效,且相对其他方法具有一定的优越性。

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四轮转向车辆控制系统操纵稳定性道路试验

殷国栋,陈南

中国公路学报. 2009, 22(6): 116-120.

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为了提高四轮转向(4WS)控制技术用于改善汽车操纵稳定性时的有效性,基于硬件在环仿真技术进行4WS车辆快速开发系统的总体方案设计,从仿真计算机软硬件、接口、实际车辆硬件3个方面论述4WS车辆快速开发系统的设计过程;通过纯数字仿真、实时数字仿真、硬件在环仿真以及实车试验验证建立整个4WS车辆控制逻辑快速开发过程。实车道路试验结果表明:改装的4WS轿车的性能优于原来的前轮转向系统,具有较好的操纵稳定性。

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电机串联式电动车驱动系统变结构控制

许鹏,曹秉刚,徐刚,郭桂芳

中国公路学报. 2009, 22(6): 121-126.

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为了解决电机串联式两轮驱动电动车在高速转弯时运动不稳定的问题,同时提高控制系统的收敛速度,并避免陷入局部最优,建立了电动车动力学模型,系统分析了汽车行驶时每个驱动轮的受力情况。在电动车高速转弯时,对驱动系统采用变结构的控制方法,使2个驱动电机按并联方式连接。采用神经网络PID控制方法对2个电机单独进行控制,并在计算过程中加入动量因子,最后对蛇行试验数据与仿真数据进行了对比。结果表明:仿真值与试验值相差很小,该控制器能够有效抵消因侧倾力矩存在而引起的电动车运动的不稳定;电动车能够很好地跟踪驾驶员的指令,并能够稳定地行驶。

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2009年, 第22卷, 第6期　刊出日期：2009-11-01

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