中国公路学报

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董忠红,徐全亮,吕彭民

中国公路学报. 2011, 24(2): 1-5.

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为了了解移动车辆荷载作用下半刚性基层沥青路面结构动力响应规律,修筑足尺试验场,采用置入式应变传感器,检测加速加载设备在车轮荷载作用下的面层底部动力响应,研究了面层底部横向分布以及轴重和温度对路面结构动力响应的影响。结果表明:移动车轮荷载下,面层底部纵向弯拉应变呈拉压应变交变状态,荷载位置仅影响其数值大小;横向弯拉应变比较复杂,胎冠下部呈现拉应变状态,2个轮胎之间及轮胎外侧呈现压应变状态,胎肩位置呈现拉压应变交变状态;面层底部弯拉应变无法充分反映超载车辆对路面的破坏作用;温度对路面结构的动力响应影响显著,30 ℃、40 ℃和50 ℃下沥青路面动力响应分别为常温状态下的3倍、8.9倍和13.3倍。

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沥青稳定碎石基层抗反射裂缝能力评价方法

冯新军,郝培文,查旭东

中国公路学报. 2011, 24(2): 6-11.

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通过模拟沥青稳定碎石基层实际受力情况,开发了简单易行的沥青稳定碎石基层抗反射裂缝能力试验方法;对6种沥青稳定碎石基层混合料进行抗反射裂缝试验研究,提出采用终裂寿命作为沥青稳定碎石基层混合料抗反射裂缝能力的评价指标。结果表明:沥青稳定碎石基层混合料的油石比越大或温度变形越小,则抗反射裂缝能力越好;6种沥青稳定碎石基层混合料的抗反射裂缝能力从优到劣依次为ATB30、BLF30、SUP30、CAVF30、SACPB30、ATPB30;沥青稳定碎石基层混合料的抗反射裂缝能力与其抗弯拉强度和空隙率有较好的相关关系。

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相变控温水泥混凝土路面板设计及模型试验

高英力,胡柏学,贺敬,杨文剑

中国公路学报. 2011, 24(2): 12-16.

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引入相变储能材料及梯度功能材料设计方法,对传统水泥混凝土路面板结构进行防冻、耐磨功能设计,开展路面板模型试验研究。采取步冷试验方法,将优选出的复合相变储能材料封装入高强度无缝钢管中,制成500 mm×400 mm×80 mm的水泥混凝土路面板模型,进行模型的防冻性能和耐磨性能试验。结果表明:优选的相变材料体系相变温度点可控制在5 ℃左右,并产生液-固相变过程,放出热量,起到了较好的融冰效果,延缓或控制了路面板模型表面的低温冰冻现象;表面层材料耐磨性优良,28 d磨耗率仅为标准限值的51.9％;相变功能层中钢管的加筋作用可防止主体层和表面层材料之间体积变形的非一致性,强化了界面的稳定性。

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湿陷性黄土拓宽路基变形特性及强夯法处治效应模型试验

翁效林,王玮,刘保健

中国公路学报. 2011, 24(2): 17-22.

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为揭示湿陷性黄土地区过湿拓宽路基变形破坏机理及强夯法处治效应,研制了离心场土工构造物变形测试系统,升级传感器电测手段,以浸水入渗条件下高速公路拓宽工程为研究载体,建立与实际应力相符的离心试验模型,通过试验得出了浸水增湿后拓宽路基的沉降变形特征和拓宽地基强夯处治效果。结果表明:拓宽路基坡脚处高含水量对拓宽黄土路基稳定性有显著影响,新路基坡脚水分聚集或地基内部水位上升导致黄土地基发生湿陷的条件成熟,在上部拓宽路基荷载的作用下,整个地基会发生整体或局部湿陷,进而引发整个拓宽新老路基脱节滑移;强夯法能很好地改善黄土地基的湿陷性,保证拓宽路基的整体稳定性。

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渗流作用下被动桩桩后土体的破坏机理

向先超,蒋国盛,张华

中国公路学报. 2011, 24(2): 23-28.

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基于离散元的颗粒流方法和计算流体动力学的Navier-Stokes方程,建立了渗流作用下的被动桩桩后土体变形分析模型;分别用墙和圆形颗粒模拟桩和土体固相颗粒,用Navier-Stokes方程描述土体渗流,研究了渗流作用下桩后土体的变形破坏过程、影响因素和防治措施。结果表明:桩后土体在渗流作用下形成土拱效应,但随着土拱附近颗粒“楔紧”,局部水力梯度增大,土拱从拱脚开始破坏;渗透压力对桩后土体能够提供的最大阻滑力影响较大;增大桩表面粗糙度或者在桩后侧端部增加过滤墙结构能够提高被动桩对桩后土体提供的最大阻滑力。研究结果揭示了渗流作用下桩后土体的变形破坏规律,可为渗流条件下被动桩工程的优化设计提供依据。

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空心板铰缝协同工作性能影响因素分析

卫军,李沛,徐岳,董荣珍,余志武

中国公路学报. 2011, 24(2): 29-33.

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为了研究空心板铰缝协同工作性能,基于前期的铰缝耐久性试验及静载试验,运用因素分析法,提出了表征空心板铰缝协同工作性能的参数及其计算公式。结合常用的空心板铰缝形式,讨论了各因素对值变化的影响,分析了值对各因素的敏感性。结果表明:铰缝配筋率、铰缝形式、铰缝混凝土强度比以及铰缝材料劣化都会影响空心板铰缝的协同工作性能;深铰缝协同工作性能优于浅、中2种铰缝形式。

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地震作用下钢筋混凝土桥墩塑性铰区抗剪强度试验

王东升,司炳君,孙治国,李晓莉,艾庆华

中国公路学报. 2011, 24(2): 34-41.

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针对地震作用下钢筋混凝土桥墩塑性铰区剪切破坏模式,研究了抗剪强度计算问题。进行了12根钢筋混凝土短柱桥墩拟静力试验,在试验基础上比较了各国主要桥梁抗震设计规范中的桥墩抗剪强度计算公式。辅以太平洋地震工程研究中心(PEER)钢筋混凝土柱拟静力试验数据库,对地震作用下塑性铰区混凝土抗剪强度影响因素进行了统计分析,最后参考相关规范及研究成果提出了桥墩塑性铰区抗剪强度计算公式。结果表明:满足中国现行桥梁抗震设计规范最低配箍要求的钢筋混凝土短柱桥墩仍有很大可能发生塑性铰区的剪切破坏,宜引起足够重视。

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圆柱形桥墩周围局部冲刷的三维数值模拟

祝志文,刘震卿

中国公路学报. 2011, 24(2): 42-48.

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为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和发展,基于计算流体动力学和泥沙运动理论开展了桥墩周围局部冲刷的三维数值模拟。首先使用雷诺时均Navier-Stokes方程和标准K-ε湍流模型对圆柱形桥墩周围三维复杂流场进行数值模拟,将床面瞬时切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出床底泥沙的单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;再采用边界自适应网格技术修改动边界计算域网格,计算得到圆柱形桥墩周围局部冲刷坑的演化过程。结果表明:桥墩周围局部冲刷三维数值模拟结果与试验结果基本一致,数值模拟方法能用来预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷情况。

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超高车辆-桥梁上部结构撞击力的工程计算方法

陆新征,卢啸,张炎圣,何水涛

中国公路学报. 2011, 24(2): 49-55.

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为了弥补中国在超高车辆撞击桥梁上部结构领域研究的不足,完善其工程设计方法,在超高车辆撞击桥梁上部结构的事故案例调查和精细化有限元分析的基础上,提出了超高车辆-桥梁上部结构撞击的简化计算模型,建立了简化模型的微分方程组,利用数值试验的方法确定了简化模型中的部分参数,从而得出简化计算模型的撞击荷载;为了满足工程设计的需要,在简化模型的基础上提出了形式简单的撞击力设计公式,以表格的形式给出了设计公式中基本参数的主要取值,并将简化模型和设计公式的计算结果与有限元结果进行了比较。结果表明:根据简化模型和设计公式计算得到的撞击荷载与精细有限元模型的计算结果吻合较好,且偏于安全,可为工程设计提供参考。

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孔壁粗糙度对深嵌岩桩承载特性的影响

龚成中,龚维明,何春林,戴国亮

中国公路学报. 2011, 24(2): 56-61.

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为了明确孔壁粗糙度对深嵌岩桩承载特性的影响,采用室内模型试验方法,通过室内5组嵌岩桩的试验结果,分析了深嵌岩桩在桩端存在沉渣和密实2种情况下孔壁粗糙度因子对桩顶极限承载力、桩侧摩阻力和桩端阻力的影响。结果表明:粗糙孔壁对提高桩基的极限承载力是非常有利的,且桩端存在沉渣时,提高效果更为明显;在软岩地区,孔壁粗糙度对极限承载力的贡献并不是无限增长的,特别是在桩端存在沉渣的情况下,随着孔壁粗糙度的增大,极限承载力还有可能出现下降的趋势;孔壁粗糙度对桩端阻力也有一定影响,孔壁粗糙度大的桩,其桩端阻力发挥作用所需要的位移相对较小。

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钢筋混凝土柱低周疲劳损伤后的静力性能试验

韩冰,钟铭,王元丰

中国公路学报. 2011, 24(2): 62-69.

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针对当前公路混凝土桥梁中普遍采用的柱式桥墩的典型情况和地震作用形式,设计了试验模型和试验方法。首先进行了低周疲劳试验,低周循环分为4个阶段,分别为弹性开裂阶段、屈服阶段和2类屈服后阶段。然后在循环完成后分别进行静力推倒和轴心受压破坏试验,研究了柱式桥墩模型在反复荷载作用下的损伤发展以及循环完成后的承载能力和变形能力,并分析了剪跨比、轴压比和纵筋配筋率等对钢筋混凝土柱损伤发展的影响。结果表明:水平低周疲劳效应对钢筋混凝土柱水平承载力的降低影响较大,对轴压承载力影响较小。研究结论可为震后桥梁性能评估、加固提供理论支持。

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桥墩形式对连续刚构桥动力特性的影响

李子春

中国公路学报. 2011, 24(2): 70-76.

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以西禹高速公路杏沟连续刚构桥为研究对象,采用ANSYS有限元程序,并考虑边跨支座处的弹性约束作用,建立了该连续刚构桥动力计算的整体空间有限元计算模型,探讨了连续刚构桥采用钢筋混凝土四柱式桥墩、双薄壁空心墩、单薄壁空心墩及独柱实心墩时的动力性能。计算结果表明:4类桥梁自振频率依次增大,四柱式桥墩和双薄壁空心墩的桥梁振动以桥墩弯曲为主,单薄壁空心墩和独柱实心墩的桥梁振动以桥面弯曲为主;在不同地震波作用下,由于地震波的卓越周期以及结构自振特性等不尽相同,4类结构的动力反应也不尽相同。

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基于分布式传感光纤的隧道二次衬砌全寿命应力监测方法

毛江鸿,何勇,金伟良

中国公路学报. 2011, 24(2): 77-82.

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应用气吹灌浆铺设技术将分布式光纤传感器埋入二次衬砌混凝土内部,并将光纤传感器时变应力场监测结果与施工初期埋入的传统传感器初始应力场叠加,得到隧道二次衬砌的长期真实应力水平;通过对采用气吹灌浆铺设的光纤传感器进行标定试验,对二次衬砌长期应力场的监测断面进行应力水平分析,提出将时间序列分析方法应用于所有监测断面健康状态评估。结果表明:所提出的方法能够实现对隧道二次衬砌的全寿命健康诊断与评估。

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中国城市群交通系统发展特征研究

董治,吴兵,王艳丽,李林波

中国公路学报. 2011, 24(2): 83-88.

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针对中国城市化进程不断加速的趋势,面向“十二五”期间中国城市群发展对交通发展的影响和要求,运用系统分析、交通规划、城市规划、需求分析以及适应性的理论和方法,从城市群交通需求特征、网络结构以及交通模式3个方面全面分析中国城市群交通系统发展特征,提出了适应中国城市群交通发展的总体思路和发展对策。研究结果表明:中国城市群交通系统仍需不断完善,应重点关注城市群城际通道优化、城市出入口衔接、综合枢纽建设以及一体化管理体制的推进。研究结果能够为科学制定中国城市群交通发展规划及相关政策奠定基础。

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基于蚁群优化算法与出租车GPS数据的公众出行路径优化

唐炉亮,常晓猛,李清泉,SHAWSL

中国公路学报. 2011, 24(2): 89-95.

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以出租车GPS采集的浮动车数据为依据,研究出租车驾驶员路径选择的认知及类蚂蚁的行为特征。根据城市道路功能等级与出租车的通行频率等信息素,建立出租车驾驶员路径选择信息素等级路网,并以此作为路网初始信息素,综合考虑路径通行时间、通行距离、路径信息素等级等多个因素,提出了基于蚁群优化算法的公众出行路径规划优化算法。以武汉市路网和浮动车为试验数据,将模型规划的道路与浮动车数据库中的轨迹进行了比较。结果表明:基于蚁群优化算法与出租车GPS数据的公众出行路径同出租车驾驶员选择的出行路径相似度很高,能为公众出行提供出租车驾驶员选择的行车路径。

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导航路网数据改进模型及其组织方法

郑年波,陆锋

中国公路学报. 2011, 24(2): 96-102.

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提出了一种支持高性能车辆导航的多尺度路网数据模型,该模型根据不同功能对导航数据内容与尺度的要求,将用于计算的路网拓扑数据与用于描述的路网几何数据分离,并分别在垂直方向进行分层抽象,在水平方向进行区域划分;几何数据以显式比例尺作为分层标准,通过多弧段来描述道路几何信息;拓扑数据以道路等级作为分层标准,通过节点-弧段结构来描述路网连通关系;参照动态分段思想设计了一种弧段编码体系,以描述模型上下层弧段之间、单弧段与多弧段之间的对应关系。结果表明:提出的模型能有效地支持导航应用中的多级地图显示与分层路径规划。

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基于几何线形指标的山区高速公路安全性评价

孟祥海,关志强,郑来

中国公路学报. 2011, 24(2): 103-108.

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通过分析交通事故与几何线形的相关关系,提出了基于几何线形指标的山区高速公路路段交通安全评价方法。首先应用统计分析原理,建立了事故率与平、纵线形指标的关系模型,根据该模型确定具有不同线形条件的各类路段的基础事故率;然后利用各类路段的基础事故率,提出了单一线形的事故率系数及组合线形的综合事故率系数概念,并给出了系数计算公式和取值方法;最后利用综合事故率系数并基于统计分布原理,提出了基于几何线形指标的路段交通安全评价方法,并进行了案例分析。结果表明:该方法能够从几何线形指标的角度评估山区高速公路各路段的交通安全状况。

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基于车身减速度估计的ABS路面识别方法

张彪,张俊智,刘昭度

中国公路学报. 2011, 24(2): 109-113.

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为改善制动防抱死系统(ABS)的控制效果,进行了大量实车道路试验,通过深入分析试验数据,提出了一种基于车身减速度估计的路面识别方法,从理论上证明了该方法的合理性,并结合试验数据说明了该方法的原理。将路面识别模块嵌入到ABS软件中,以捷达GTX轿车为试验车进行了干路面和雪路面工况下的实车试验。结果表明:基于车身减速度估计的路面识别方法能准确识别路面类型,ABS可根据路面识别结果采取不同的控制算法,最终改善了制动控制效果,提高了ABS对路面的适应性。

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基于LQR的重型半挂汽车列车稳定性控制策略

于志新,宗长富,何磊,黄乾生

中国公路学报. 2011, 24(2): 114-119.

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以半挂车的横摆角速度、侧向加速度、牵引车与半挂车的铰接角及铰接角速度为控制变量,建立了4自由度6轴重型半挂汽车列车的动力学参考模型,并应用ISO双移线工况对此模型进行验证。考虑到等速圆周稳态工况下行驶和地面附着系数等因素对汽车的限制,确定了控制变量横摆角速度和侧向加速度的参考值。采用基于线性二次型调节器(LQR)的最优控制策略及半挂汽车列车单侧制动方案,应用Trucksim软件对参考模型进行了鱼钩转向工况仿真分析。仿真结果表明:所提出的控制策略正确、有效,实现了提高半挂汽车列车稳定性的控制目标。

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基于半主动自适应悬架系统的整车道路友好性研究

杨建伟,李敏,孙守光

中国公路学报. 2011, 24(2): 120-126.

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为了提高车辆的道路友好性与平顺性,设计了以磁流变减振器为控制对象的整车自适应模糊控制半主动悬架系统。在试验测试和理论分析的基础上,建立了基于磁流变减振器的整车半主动悬架模型及其状态方程,并用该模型对自适应模糊控制方法进行了研究。模型的输入采用B级和C级路面谱;道路友好性评价指标采用动载荷系数和动载荷应力因子;使用MATLAB/Simulink建立基于2个自适应模块的模糊控制器控制系统,模糊控制器的输入均采用车身与车桥的相对速度和相对加速度。仿真结果表明:与被动悬架相比,在B级和C级路面、不同速度下,半主动自适应悬架动载荷系数均降低30%左右,动载荷应力因子均降低40%以上,同时也提高了车辆的运行平顺性和稳定性。

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2011年, 第24卷, 第2期　刊出日期：2011-03-01

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