中国公路学报

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刘松玉,易耀林,杜延军,经绯,宫能和

中国公路学报. 2012, 25(2): 1-8.

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为了经济、有效地处理软土层位于中间的成层软弱地基,提出了变径搅拌桩加固方法,在高压缩性土层中采用较高的桩体面积置换率,在中等压缩性土层中采用较低的桩体面积置换率,从而形成桩体面积置换率随土层性质变化的成层复合地基。在同一场地建立了变径搅拌桩和常规搅拌桩处理区,通过现场试验对比分析了路堤荷载作用下变径搅拌桩和常规搅拌桩复合地基的工作性状,包括桩土应力、超静孔隙水压力、地表沉降和坡脚深层水平位移。现场试验结果表明:在处理区面积和填土高度相近的情况下,变径搅拌桩处理区比常规搅拌桩处理区节省了14.6％的水泥用量,并取得了与常规搅拌桩处理区相同的加固效果,具有更好的经济效益。

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软土中无筋刚性桩复合地基支承路堤的整体稳定实用计算方法

郑刚,李帅,刁钰

中国公路学报. 2012, 25(2): 9-19.

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为了合理评估无筋刚性桩复合地基支承路堤的稳定性,基于已进行的软土地基上刚性桩复合地基支承路堤的破坏机理研究,提出了刚性桩复合地基的整体稳定性简化分析方法,结合3个典型算例,与基于桩身抗剪强度的传统复合地基稳定方法进行了对比分析。结果表明:基于传统的复合地基稳定计算方法,采用桩身抗剪强度将显著高估路堤稳定性,桩身等效抗剪强度法可更好地反映刚性桩复合地基的破坏机理;采用等效荷载法、等效砂桩法和等效抗剪强度法计算得到的路堤稳定安全系数很接近;采用英国BS 8006规范方法、等效荷载法、摩擦接触法计算得到的路堤稳定安全系数显著依赖于桩土应力比。建议对无筋刚性桩复合地基支承路堤采用多种简化分析方法进行分析,保证设计的冗余度。

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强风化千枚岩填筑路基改良技术研究

毛雪松,周雷刚,马骉,郑小忠,赵文义

中国公路学报. 2012, 25(2): 20-26.

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在山区高速公路穿越的大量强风化千枚岩分布区域,为解决路堤填料缺乏,弃土占用农田的问题,同时为了节省投资和保护环境,应用强风化千枚岩作为路基填料。在强风化千枚岩原岩基本物理力学试验及填料的工程特性试验基础上,对加州承载比(CBR)不满足高速公路路基填筑力学性能的填料采用水泥进行改良,分析了不同水泥剂量填料的击实性能、级配特性及工程特性,并在十堰至天水高速公路K22+720~K22+920段现场铺筑试验路,论证强风化千枚岩改良技术的可行性。研究结果表明:采用水泥剂量(质量分数)3%,4%,5%,6%改良后,强风化千枚岩填筑的路基力学性能随着水泥剂量的增加而增加,CBR值和回弹模量都能够满足高速公路路基填筑要求。

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PAN基碳纤维导电沥青混凝土的制备及性能

冯新军,查旭东,程景

中国公路学报. 2012, 25(2): 27-32.

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为制备能够融冰化雪的导电沥青混凝土,对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维导电沥青混凝土的制备及性能进行了研究。通过沥青混合料马歇尔试件的电阻率测试试验,确定了碳纤维的短切长度。通过沥青混合料拌和试验和马歇尔击实试验,提出了导电沥青混合料的拌和工艺。采用马歇尔试验配合比设计方法,根据导电沥青混合料的结构特征调整了技术标准,确定了导电沥青混合料的最佳油石比。通过电阻率试验、车辙试验、小梁低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,分析了导电沥青混合料的导电性能和路用性能随碳纤维掺量的变化规律。结果表明:当PAN基碳纤维掺量(质量分数)取0.1%时,导电沥青混凝土既可以获得优良的导电性能,也可以获得优良的路用性能。

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路面纤维混凝土韧性试验研究

刘贺,付智,刘奕含

中国公路学报. 2012, 25(2): 33-39.

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为获取纤维混凝土的荷载-挠度曲线,研究纤维对纤维混凝土韧度的影响,配制8组混杂纤维混凝土试件进行韧度试验,利用独立于试验机的数据采集装置获取试件的荷载-挠度曲线,分析不同纤维种类和掺量对纤维混凝土韧度指数的影响,并研究了韧度指数同弯拉强度的关系。结果表明:钢纤维对弯拉强度的贡献较大;铣削型钢纤维与仿钢丝聚丙烯纤维的组合对韧度的贡献最大,针状钢纤维混凝土的韧度随着纤维掺量的增加而增大;韧度指数随着纤维体积率和纤维根数的增加而增加;韧度指数高的试件弯拉强度不一定大,弯拉强度为6.7 MPa对应着韧度指数的最低值。

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正交异性钢板-薄层RPC组合桥面基本性能研究

邵旭东,曹君辉,易笃韬,陈斌,黄政宇

中国公路学报. 2012, 25(2): 40-45.

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为了解决正交异性钢桥面铺装层破损及钢桥面结构疲劳开裂2类病害问题,提出了一种新型正交异性钢板-薄层超高性能活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立有限元模型,并对比计算了纯钢梁和组合桥面结构中桥梁主缆索力和桥面系应力状态;同时,开展了足尺条带模型静载试验。研究结果表明:采用新型钢-RPC组合桥面结构后,钢面板及纵肋中应力明显降低且最大降幅超过70％,而主缆索力几乎不增加;RPC层开裂前的拉应力可达42.7 MPa,远高于其在实桥荷载作用下10.08 MPa的拉应力;该新型钢-RPC组合桥面结构可提高桥面系的刚度,降低钢桥面结构中的应力,从而能够基本消除钢桥面疲劳开裂的风险。

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波折开孔板连接件基本力学性能试验

苏庆田,汪瑞,王巍

中国公路学报. 2012, 25(2): 46-52.

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为了研究和开发钢与混凝土组合结构中的新型连接件,提出了一种新型连接件——波折开孔板连接件。进行了3个波折开孔板连接件推出试验和3个普通开孔板连接件推出试验,测试了这2种连接件的基本力学性能,对试验结果进行了比较和分析,得到了波折开孔板连接件的荷载-滑移关系,并拟合出在正常使用状态和极限承载力状态下的相对刚度表达式。试验结果表明:波折开孔板连接件具有优越的力学性能,其抗剪强度比普通开孔板连接件提高24%,其抗剪刚度比开孔板连接件也有较大提高,达到极限荷载时其延性为普通开孔板连接件的1.9倍。

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钢管混凝土拱桥地震破坏评估研究

谢开仲,吕文高,覃乐勤,蒙方成

中国公路学报. 2012, 25(2): 53-59.

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为了研究钢管混凝土拱桥的地震破坏程度,基于变形或内力和能量的双重破坏准则确定钢管混凝土拱桥各部分杆件的破坏指数,建立整桥的破坏评估模型,提出钢管混凝土拱桥的地震破坏评估方法。采用数值模拟方法对钢管混凝土拱桥在恒载和地震荷载作用下的内力、变形和累积能量进行分析,对钢管混凝土拱桥进行地震破坏评估,最后以南宁市永和大桥为例进行了分析。结果表明:对于抗震设防烈度为7度的钢管混凝土拱桥,在8度地震作用下全桥处于完好状态,9度地震作用下处于轻微破坏状态,满足抗震设防要求,说明该评估方法能够对地震破坏给出较准确的评估结果。

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考虑随机车载-风载联合作用的斜拉桥拉索疲劳可靠性分析

李岩,吕大刚,盛洪飞

中国公路学报. 2012, 25(2): 60-66.

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以某大跨斜拉桥为工程背景,对随机车载与风载联合作用下的斜拉索疲劳可靠性进行了分析。首先,依据交通调查数据,建立随机交通荷载模型,基于桥位处多年风速统计资料,建立大桥风载概率模型;然后,采用自编的风-车-桥动力响应分析程序,实现随机车载与风载联合作用下的拉索应力谱计算分析;最后,基于累积损伤理论和Monte-Carlo法开展拉索的疲劳可靠度和疲劳寿命分析。研究结果表明:风载对斜拉索疲劳可靠度影响显著,且该影响由短索到长索呈不断增大的趋势;考虑车载-风载联合作用的拉索疲劳寿命较仅考虑车载的情况下降2%~63%,平均达50%。

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多跨悬索桥中塔纵向刚度研究

柴生波,肖汝诚,张学义,谢亚洲

中国公路学报. 2012, 25(2): 67-71.

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为了研究多跨悬索桥中塔纵桥向刚度,将主缆对桥塔的约束等效为弹簧,选定主缆及加劲梁的位移模式,通过虚功原理推导了主缆对中塔纵向弹簧约束刚度的表达式,建立有限元模型对公式进行验证,并与已有公式进行了对比。研究结果表明:弹簧刚度仅与主缆垂跨比及单位长度桥重有关,且与单位长度桥重呈线性关系,而受垂跨比影响较大;垂跨比减小时,主缆弹簧刚度迅速增大;推导得出的公式精度高,可以为初步设计阶段各参数的合理取值提供理论依据。

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成层土中基于虚土桩模型的桩基纵向振动响应

吴文兵,王奎华,杨冬英,马少俊,马伯宁

中国公路学报. 2012, 25(2): 72-80.

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基于虚土桩模型,对成层广义Voigt地基中桩基纵向振动响应进行研究。将桩截面面积范围内有限层桩端土模拟为与桩完全接触的虚土桩,桩侧土采用广义Voigt模型,结合Laplace变换求得了瞬态半正弦脉冲荷载作用下桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解;同时采用参数研究方法讨论了单层桩端土和双层桩端土情况下,土层参数对桩顶振动响应的影响,并将虚土桩模型与其他桩端土支承模型进行了对比;最后将理论结果与实际工程桩实测曲线进行了拟合对比。结果表明:该虚土桩模型较为合理,能够较真实地反映桩土相互作用机理。

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基于混合设计的高性能钢梁抗弯性能及延性试验

王春生,段兰,王继明,郑丽

中国公路学报. 2012, 25(2): 81-89.

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基于混合设计的理念,采用中国产高性能钢HPS 485W和普通结构钢Q235,加工制造了6片混合设计工字形钢梁,在跨中单点加载,研究试验梁的抗弯承载能力、变形特征及最终的破坏形态。试验结果表明:腹板屈曲强度和试验梁侧向支撑刚度对试验梁的极限承载力、延性和失效形式有显著影响;试验梁的抗弯承载力主要由翼缘提供,但抗弯延性主要受腹板控制,承载力下降阶段受腹板屈曲强度影响显著;采用厚实截面设计的高性能钢梁可以达到全截面塑性,在有效的侧向限位下高性能钢梁具有很好的延性。试验结果与理论计算结果的对比表明,塑性弯矩理论计算结果与试验值吻合较好。

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山岭隧道塌方风险的集对分析方法

曹文贵,翟友成,王江营,张永杰

中国公路学报. 2012, 25(2): 90-99.

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为了改进传统的隧道塌方风险分析方法,首先在深入研究山岭隧道塌方风险影响因素基础上确定出主要影响因素,并建立了隧道塌方风险的二级综合评价模型;然后针对各评价指标确定与不确定性信息并存的特点,引入集对分析理论,建立联系度评价矩阵,从同一、差异和对立3个方面全面刻画被评价指标与各风险等级的同一、对立程度;最后,考虑到各评价指标重要程度的不确定性、专家认知的局限性以及专家评价结果可信度的差异性,基于群组决策不确定型层次分析方法确定权重,进而建立山岭隧道塌方风险的集对分析方法。工程实例分析和计算表明:所建立的山岭隧道塌方风险集对分析方法可行、合理。

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基于微分进化算法的经济圈公路网双层优化模型

胡启洲,吴娟,袁长伟

中国公路学报. 2012, 25(2): 100-105.

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在界定经济圈内涵的基础上,利用微分进化算法对经济圈公路网优化问题进行了研究。在探讨经济圈公路网优化目标、优化原则和优化意义的基础上,以经济圈交通效率、运营成本、能源消耗、环境保护和出行时间等为优化目标函数,建立了经济圈公路网优化的双层模型,并采用微分进化算法求解。经济圈公路网双层优化模型是利用生成的初始路径点集,经过提炼处理来提高经济圈公路网交通效率,并得到最佳优化路网,相对于传统的优化模型更能结合经济圈交通系统与经济特性,结论更加符合经济圈实际情况。研究结果表明:优化模型不仅能够满足经济圈交通需求,而且能够满足经济圈交通系统的环境保护目标、促进经济圈交通系统可持续发展。

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攻击性驾驶行为选择模型及影响因素敏感度分析

冯忠祥,刘静,李阳阳,张卫华

中国公路学报. 2012, 25(2): 106-112.

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基于行为学理论和非集计方法,以160名驾驶人为研究对象,确定了影响驾驶人攻击性驾驶行为选择的影响因素变量及取值方法,建立了攻击性驾驶行为选择模型(多项Logit模型)。运用弹性值理论进行各变量对攻击性驾驶选择行为的影响程度与过程敏感度分析;最后选取58名驾驶人的驾驶行为数据进行计算,验证模型的有效性。结果表明:驾驶人人格和其他车辆违法情况2个因素对驾驶人攻击性驾驶行为影响较大,起决定性作用;该模型计算值与量表判定值相对误差在10%左右,模型精度可满足实际使用要求。

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供需不确定条件下的预算-超额用户平衡模型

吕彪,蒲云,刘海旭

中国公路学报. 2012, 25(2): 113-120.

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为更加全面、准确反映随机路网中出行者规避风险的择路行为,以预算-超额行程时间作为出行者选择路径的依据,提出了一种供应及需求不确定条件下同时考虑可靠性和不可靠性的交通分配模型——预算-超额用户平衡模型,推导了需求服从Gamma分布、路段通行能力服从均匀分布条件下预算-超额行程时间的解析表达式,并以此为基础建立起用等价变分不等式表示的平衡模型。利用一个小型测试网络比较了用户平衡模型、基于可靠性的用户平衡模型以及预算-超额用户平衡模型的性能。研究结果表明:提出的模型是有效、可行的;其平衡流量模式不同于用户平衡模型和基于可靠性的用户平衡模型;随着需求水平、可靠度以及路段通行能力退化程度的增加,预算-超额行程时间随之增加。

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居民全日出行方式选择动态模型研究

万霞,王炜,陈峻

中国公路学报. 2012, 25(2): 121-126.

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为改进现有交通方式选择模型,提高交通方式预测模型精度,基于出行链建立了居民全日出行方式选择动态模型。从居民出行方式选择机理分析入手,确立出行方式选择动态影响因素,在多项Logit模型(MNL模型)的基础上建立了方式选择动态模型。模型中增加了2类动态影响因素,即先前出行方式选择结果对后面出行方式选择的影响和主链的出行方式选择结果对子链出行方式选择的影响。最后以安徽省淮北市为例对模型进行了实例分析。结果表明:所建立的动态模型的优度比和预测准确率较基于单次出行效用的MNL模型有较大提高,变量在模型中的意义符合中国国情,模型可服务于城市交通规划和交通政策制定。

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车头时距服从M3分布下的支路通行能力仿真方法

王志美,林柏梁,杨富社

中国公路学报. 2012, 25(2): 127-133.

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为得出是以交通量还是以时长为控制条件所生成的支路通行能力仿真值更接近理论值,在假定车头时距服从M3分布规律下,以间隙可接受理论为基础,建立了上述2种控制条件的环形交叉口支路通行能力仿真模型;在VC++ 6.0平台上进行仿真试验,计算出支路通行能力、时长和交通量的仿真值,并与理论值进行对比。分析结果表明:以交通量为判断条件的仿真方法所产生的仿真时长与理论时长的平均相对误差小于以时长为判断条件时的平均相对误差,前者仿真产生的支路通行能力也较后者更贴近理论值;以交通量为判断条件的仿真方法的仿真效果明显优于以时长为判断条件的方法。

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汽车发动机机油泵的综合性能评价

吴伟蔚,马富银

中国公路学报. 2012, 25(2): 134-141.

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为了提高车用发动机润滑系统中的机油泵的研究和设计水平,对机油泵的主要性能指标进行了讨论,分析了不同类型机油泵的特点和发展趋势。结合作者近期生产实践和试验研究中的一些工作,分析了车用发动机机油泵试验台的架构、功能及典型试验结果。以目前各国的文献成果为依据,综合研究了排量、容积效率、压力波动等性能指标的影响因素及相互联系。通过试验台的测试实例论证了机油泵振动和噪声的测试方法和分析手段。结果表明:定排量机油泵无法满足发动机节能减排的要求,必须进行变排量泵的研发;基于完全空化模型的数值模拟方法是分析机油泵空化现象的有效手段;机油泵的振动和噪声性能受到压力波动和机械啮合的双重影响,必须综合考虑。

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纳米陶瓷添加剂在可生物降解基础油中的抗磨性能研究

李宪民

中国公路学报. 2012, 25(2): 142-146.

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以生物降解能力强且综合性能好的菜籽油作为基础油,以极压和抗磨性能较好的纳米材料作为添加剂,采用MS-800型四球磨损试验机对试验油极压特性、抗磨性能和摩擦因数进行了研究,分析不同纳米陶瓷添加量对其性能的影响;通过现有润滑油性能的对比,采用均匀设计安排试验,应用SPSS软件对纳米材料与其他添加剂的配伍性进行了回归分析。结果表明:纳米陶瓷添加剂的加入使菜籽油的摩擦性能显著提高,且加入比例得当能满足润滑油的要求;当纳米陶瓷的添加量(质量分数)为1.5%时,相应的最大无卡咬负荷P_B值最高达646.8 N,磨斑直径最小达0.59 mm,摩擦因数最大可降低27%;纳米陶瓷与其他添加剂的复配以及相互作用可提高菜籽油的极压和抗磨性能。

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多轴轮式工程机械动力学建模及制动性能仿真

高久好,陈国兵,何绍华,潘晟菡

中国公路学报. 2012, 25(2): 147-152.

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为了预先掌握多轴轮式工程机械制动性能,指导制动系统设计,以某四轴轮式工程机械为对象,考虑了地面附着条件、质心位置、制动产生的轴荷转移等因素,进行了制动性能仿真研究。通过车轮坐标系与整车坐标系映射关系,对悬挂和车轮的小变形作线性假设,建立了整机在制动稳定极限状态下的动力学模型,利用MATLAB/Simulink分析附着系数、质心相对位置、制动初速度对制动距离的影响,并将仿真结果与试验结果进行了对比。结果表明:仿真结果与试验结果吻合良好;随地面附着系数和质心距离第Ⅰ轴中心线位置的增加,整车制动距离减小;随制动初速度和质心距离地面高度的提高,整车制动距离增加;相对静止状态,制动过程中第Ⅰ轴和第Ⅳ轴轴荷变化最显著。

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混凝土泵送换向过程的变排量控制

施中秋,王安麟,胡育钦,姜涛,张戚

中国公路学报. 2012, 25(2): 153-158.

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为解决混凝土泵送换向时负载突变和活塞撞缸引起主油泵出口液压冲击的问题,提出了混凝土泵送换向过程的变排量控制方法。在周期性突变负载工况下,基于混凝土泵的开环特性,综合考虑泵送油缸结构参数和主油泵排量控制时间参数,在满足活塞不撞缸的物理约束下以泵送时间最短为评价标准,建立混凝土泵送换向过程的优化模型。以某型号的混凝土泵为例,对泵送油缸变排量控制信号点的位置参数和主油泵变排量控制的4个时间段参数进行了优化,并分别以水和混凝土为泵送对象进行了仿真和试验分析。研究结果表明:采用变排量控制方法后,主油泵出口液压冲击大约减小了67%,且没有发生活塞撞缸现象;该方法为解决周期性突变负载下混凝土泵送开环控制系统的设计问题提供了一个新的工程化途径。

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2012年, 第25卷, 第2期　刊出日期：2012-03-01

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