中国公路学报

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郑健龙

中国公路学报. 2012, 25(4): 1-9.

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为了建立沥青路面设计新标准,针对沥青路面结构破坏特征,提出了沥青路面破坏状态的判别准则,通过多省区多路段广泛的交通量调查和路表弯沉检测,建立了容许弯沉与累计交通量的幂函数关系,揭示了沥青路面相对弯沉变化规律,据此提出了以设计弯沉为指标的沥青路面设计新标准,建立了沥青路面状态设计法。系统分析了现行沥青路面设计规范所推荐的弯沉综合修正系数计算公式的本质特征,指出了其存在的概念性错误,并给出了相应的改进方法。研究结果表明:状态设计法厘清了设计状态与破坏状态的概念以及二者的相互关系,从原理上统一了设计指标与材料参数的工作状态,对于结构失效界限不明显的沥青路面具有良好的适用性;弯沉综合修正系数是理论弯沉与实测弯沉相对偏差的定量描述,直接用理论弯沉或实测弯沉表示最为客观。

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考虑触变性的沥青疲劳过程分析

单丽岩,谭忆秋

中国公路学报. 2012, 25(4): 10-15.

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为了深入研究沥青的疲劳机理,解决现有沥青疲劳机理中没有考虑触变性的影响这一关键问题,对4种沥青进行了稳态剪切试验、疲劳试验和愈合试验。根据试验结果建立了沥青的触变模型,分析了触变性对沥青疲劳过程的影响,并将触变性的影响从沥青的疲劳过程中分离出来。试验结果表明:指数触变模型可以较好地拟合稳态剪切试验下沥青粘度与剪切时间的关系;沥青抗剪切能力随着间歇时间的增加逐渐恢复;沥青的动态模量-相位角关系曲线可以较好地反映触变性对沥青疲劳过程的影响;触变性影响分离前后,沥青的疲劳曲线存在明显差别,因此仅依据损伤机理研究沥青的疲劳是不合理的,应综合考虑损伤和触变性在沥青疲劳过程中发挥的作用。

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沥青混合料动态模量数值预测方法

万成,张肖宁,贺玲凤,王绍怀,段跃华

中国公路学报. 2012, 25(4): 16-21.

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为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell 模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。

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基于CPXT法的橡胶沥青路面噪音频谱分析

郭朝阳,沈国辉,王喜燕,李丽民

中国公路学报. 2012, 25(4): 22-28.

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按照国际标准组织推荐的拖车式近距离现场测试(CPXT)法,利用交通运输部公路科学研究院研制的配重式轮胎-路面噪音检测拖车,分别对橡胶沥青路面和SBS改性沥青玛蹄脂碎石路面进行轮胎-路面噪音检测。同时,利用Superpave 简单性能试验机测量了2种类型路面材料在不同温度和荷载作用频率下的动态模量和相位角。结果表明:橡胶沥青路面与SBS改性沥青玛蹄脂碎石路面相比,噪音频谱的峰值集中范围由1 000~6 000 Hz向低频方向800~5 000 Hz移动;橡胶沥青混凝土优良的弹性性能是降低轮胎-路面噪音的主要原因。研究结论可为橡胶沥青路面的降噪机理研究、轮胎-路面噪音评价提供有益借鉴和参考。

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改性沥青应力吸收层混合料低温抗裂性能评价

李祖仲,陈拴发,廖卫东,陈华鑫

中国公路学报. 2012, 25(4): 29-35.

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为了评价应力吸收层复合改性沥青混合料的低温抗裂性能,设计试验夹具和制作试件,确定试验参数并进行圆盘拉伸破坏试验,采用拉伸劲度、拉伸破坏强度、断裂能评价其低温抗裂性,分析矿料级配、试验温度、沥青结合料类型、油石比对混合料低温抗裂性能的影响。结果表明:断裂能是评价应力吸收层混合料低温抗裂性能的综合指标,矿料级配对其抗裂性能影响较敏感,贴近级配中值混合料抗裂性能并非最优;低温抗裂试验比较合理的温度为0 ℃;普通SBS改性沥青难以满足应力吸收层混合料低温抗裂性要求。

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抗滑降噪型隧道沥青混合料设计

丛卓红,王莎,郑南翔,孙国庆,吴喜荣

中国公路学报. 2012, 25(4): 36-41.

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针对隧道路面噪音大、抗滑性能差、发生火灾时易引起沥青产生浓烟等缺陷,设计了抗滑降噪型沥青混合料,采用大空隙沥青混合料结构降低隧道路面噪音、提高抗滑性能,并采用阻燃剂降低隧道火灾危险性。对抗滑降噪型沥青混合料的降噪性能、抗剪性能、水稳定性能、渗水性能、抗滑性能等综合性能与空隙率的关系进行研究,确定合理空隙率,并铺筑试验路进行验证。结果表明:抗滑降噪型隧道沥青路面比普通隧道沥青路面噪音降低约6 dB,抗滑性能提高20%;混合料的目标空隙率宜控制在19%,施工现场路面空隙率宜控制在16%~21%。在隧道中采用该混合料可有效提高隧道路面的使用性能,改善隧道运营环境。

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基于因素敏感性的边坡稳定可靠度分析

陈鹏,徐博侯

中国公路学报. 2012, 25(4): 42-48.

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为了评估因素敏感性对边坡稳定可靠度的影响,针对岩石边坡中最为常见的平面剪切型边坡,在定值法计算边坡稳定安全系数的基础上,用单因素分析法、极差分析法和方差分析法对边坡几何、计算物理力学参数的敏感性进行了对比分析,然后采用Rosenblueth法对不同随机变量的组合进行了边坡稳定可靠度分析。研究结果表明:单因素分析、极差分析和方差分析得到了一致的参数敏感度排序,方差分析结果离散程度最大、分析效果最优;在假定参数变异性相同条件下,当随机变量取敏感性较大的因素时,可靠度分析的破坏概率也较大;对于敏感性较大的因素,不管是强度参数或者几何参数,若存在一定的变异性,在可靠度分析中都不应忽视,否则将对结果产生重大影响;在边坡可靠度分析前先确定各个稳定影响因素的敏感性排序,再根据实际参数的变异性选取随机变量,分析结果往往更加合理。

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城市群连接道路横断面设计研究

韩跃杰,许金良,杨宏志,赵文义,李芳

中国公路学报. 2012, 25(4): 49-56.

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为研究城市群连接道路规划与设计方法,从城市群连接道路的功能出发,对城市群道路进行功能分级,确定了设计控制指标,提出了适合城市群交通特征的规划方法。基于城市群道路功能分级和区域交通时空特性,借助VISSIM仿真模型,分析了城市群连接道路横断面设计参数及设置形式。研究结果表明:按照道路功能分级,城市群连接道路可划分为城市群高速公路、Ⅰ级连接道路、Ⅱ级连接道路、Ⅲ级连接道路、地方道路;在满足车辆行驶的横向宽度条件下,交通组成对路段平均车速和通行能力的影响较大。

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预应力碳纤维条带加固混凝土圆墩抗震性能试验

周长东,田腾,吕西林,白晓彬,李慧

中国公路学报. 2012, 25(4): 57-66.

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针对地震灾害中桥墩柱的破坏形态,考虑轴压比变化、预应力大小、纤维布层数和加载顺序等因素的影响,对9根采用与未采用预应力碳纤维条带加固的钢筋混凝土圆形墩柱进行了低周反复荷载试验研究。通过各试件主要破坏形态和滞回曲线的对比,分析了各因素对承载力、延性性能、滞回特性、耗能能力等重要抗震性能指标的影响。结果表明:采用预应力碳纤维条带加固后,柱的承载力、延性性能、耗能能力均有较大幅度提升;预应力碳纤维条带提供的主动横向约束力能有效抑制斜向剪切裂缝的开展,将圆墩柱的破坏形态由剪切破坏转变为延性较好的弯曲破坏;先施加轴力后进行预应力碳纤维条带加固所得的加固承载力低于后施加轴力的试件。

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加筋高性能砂浆加固RC梁抗弯性能及承载力计算

潘元,黄华,刘伯权,付国

中国公路学报. 2012, 25(4): 67-74.

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为统一中国对加筋高性能砂浆加固RC梁抗弯性能的认识,以中国学者所做95根加筋高性能砂浆加固的钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究为基础,分析加固梁的受力性能和破坏机理,在此基础上考虑一次受力、二次受力、持载程度、加固筋类型、加固筋数量、混凝土强度等级等因素影响,建立加固梁抗弯承载力计算公式、刚度计算公式和裂缝宽度计算公式,并与试验数据进行了对比。结果表明:该加固技术采用高强钢绞线、钢筋网、钢丝网作为受力材料,虽然三者受力性能存在显著差异,但加固构件力学性能和破坏机理相似,可按统一计算公式进行承载力设计;公式计算值与试验结果符合良好,可用于实际工程计算。

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平板断面风致振动的流场驱动机理分析

刘祖军,贾明晓,杨詠昕

中国公路学报. 2012, 25(4): 75-82.

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应用粒子图像测速技术分析了平板断面颤振过程中尾部旋涡变化过程,采用相位平均的方法研究模型周期性振动与旋涡规律性演化之间的关系。当风速低于颤振临界风速时模型尾部旋涡尺度较小,结构振动幅度较小,当风速接近颤振临界风速时尾部旋涡经历了能量从小涡向大涡的传递过程后由能量较大的旋涡控制结构振动,结构振幅明显增加,直到模型振动发散。结合计算流体动力学的数值模拟方法获得颤振时刻模型表面的压力场,采用本征正交分解技术分析模型表面压力的模态特征函数,并根据分析结果对模型表面进行合理分区,利用分块分析的思想研究颤振过程中气流能量输入特点。结果表明:在颤振过程中模型表面波动压力的主控成分向迎风端风嘴漂移;主控波动压力的漂移造成模型通过迎风端风嘴从气流中吸收大量的能量,在一个完整振动周期内,气流输入到振动系统的能量不断增加,而造成结构稳定性的丧失。

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大跨钢桁拱钢-混组合桥面板极限承载力试验

卢彭真,赵人达,任剑

中国公路学报. 2012, 25(4): 83-89.

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为评估钢-混组合桥面板结构在公路荷载作用下的极限承载力,对其进行极限承载力性能试验研究。根据圣维南原理,选取正负双向弯矩受力的立柱区部分桥面板作为实桥的有限元分析模型,并试验制作了2个等尺模型试件A和B,用于考察钢-混组合桥面板正负双向弯矩区的极限承载力性能。试验结果表明:模型A混凝土板被拉坏,工字钢上下翼缘板、腹板以及纵向钢筋始终未屈服,PBL、钢底板以及横向钢筋均在破坏之前屈服,模型A的破坏荷载为1 750 kN;模型B混凝土板被压坏,PBL在破坏之前屈服,模型B的破坏荷载为2 200 kN。研究结果可为钢-混组合桥面板极限承载能力设计计算提供参考。

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高强混凝土加芯柱恢复力特性研究

董三升,赵均海,雷自学,晏兴威

中国公路学报. 2012, 25(4): 90-96.

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基于6根试验柱在既定轴力下的低周往复加载试验数据、滞回曲线及各阶段的柱顶水平荷载和位移,以峰值荷载点为基准,将试件的骨架曲线拟合为三线段,确定了试件屈服点、极限点与峰值点的关系,根据荷载达峰值时的柱顶水平位移及截面平衡条件推导出了峰值荷载的计算公式;对试验结果进行分析,得到了极限位移、峰值荷载对应位移与核心区纵筋配筋率、核心区面积比及配箍特征值的线性公式;结合试件的滞回规律构建了高强混凝土加芯柱的恢复力模型,并将计算滞回曲线与试验值进行了对比。结果表明:拟合的骨架曲线特征点的计算方法具有较高的精度,构建的恢复力模型与高强混凝土加芯柱的试验滞回曲线吻合较好。

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基于力学与造价的CFRP-钢组合拉索斜拉桥设计理论

熊文,肖汝诚,CAICS,叶见曙

中国公路学报. 2012, 25(4): 97-106.

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针对1 400~2 800 m主跨斜拉桥整体刚度不足的问题,提出一种新型结构方案——碳纤维增强塑料(CFRP)-钢组合拉索斜拉桥。该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,组合2种材料高强轻质及弹性模量高的优点,以达到提高斜拉桥整体刚度的设计目的。通过基于力学与造价的参数分析提出该组合拉索斜拉桥的3种设计原则:等安全系数等效刚度最优、等安全系数等效刚度性价比最优、等造价等效刚度最优,并分别给出详细的设计步骤及设计用图。最后,进行了多种方案1 400 m主跨斜拉桥试设计。结果表明:CFRP-钢组合拉索斜拉桥在力学与经济性方面均具有一定优势,其工程应用具有可行性,是主跨为1 400~2 800 m斜拉桥的优选方案之一。

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公路隧道洞口结构因素对废气窜流的影响

杨玉容,何川,曾艳华,方勇

中国公路学报. 2012, 25(4): 107-112.

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为了给减弱公路隧道洞口废气窜流提供洞口土建结构设计方案,对洞口废气窜流影响的显著性因素进行了探讨,从洞口纵向错开不同距离、洞外设置不同位置及高度的挡壁等结构因素出发,借助计算流体动力学技术,进行了多因素异水平混合型数值模拟正交试验,探讨了不利自然风条件下洞外不同组合结构因素对洞口废气窜流的影响规律。结果表明:不同结构因素组合对废气窜流改善效果明显不同,洞口纵向错开改善窜流效果最为明显;在隧道出口侧设置有挡壁的所有组合结构均能较好地改善出口废气窜流,其中最有效的是同时在出口侧、中侧、入口侧设置与洞口等高的挡壁;仅在洞外中侧设置中间挡壁,其高度约为洞口高度的2倍时,可以有效改善废气窜流,其他情况下采用高挡壁结构的改善效果不佳;若同时在两隧道中侧与入口隧道侧设置挡壁则废气窜流改善效果差;若仅在入口隧道侧设置长挡壁,则加剧废气窜流。

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基于线形与交通状态的山区高速公路追尾事故预测

孟祥海,张晓明,郑来

中国公路学报. 2012, 25(4): 113-118.

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为了进行山区高速公路追尾事故预测并识别追尾事故突出诱导因素,在对两车追尾事故进行类别划分并确定出典型两车追尾事故的基础上,分析了典型两车追尾事故的事故率与线形指标、车速差、大型车混入率、交通量等单一因素间的相关关系。鉴于单一因素与追尾事故率间的关系不能准确描述追尾事故发生规律的缺陷,建立了线形与交通状态组合条件下的追尾事故次数负二项分布预测模型,并给出了模型变量弹性系数计算方法,用以确定追尾事故的突出诱导因素。研究结果表明:基于线形与交通状态的追尾事故负二项分布预测模型能够对追尾事故进行准确预测,利用弹性系数计算方法确定出车速差、年平均日交通量(AADT)以及竖曲线半径为典型两车追尾事故的突出诱导因素。

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公交人文覆盖率及其计算方法研究

韩彪,杨云峰,李叶平,聂伟

中国公路学报. 2012, 25(4): 119-125.

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为克服现行评价城市公交覆盖水平的核心指标只基于供给角度,忽略公交服务效率和不同区域民众出行需求各异的局限性,从公交供给和居民出行需求角度出发,兼顾公交服务的普遍性与效率性,提出并构建了公交人文覆盖率指标,探索通过选取不同人文因子以计算公交人文覆盖率的方法。研究结果表明:公交人文覆盖率指标比现行的公交覆盖率指标更能体现公交服务水平,将公交人文覆盖率指标纳入城市公交覆盖水平的评价体系有助于抑制“为覆盖率而覆盖”的盲目行为,对提高公交资源的利用率有积极意义。

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弹性需求下高速公路超限补偿费率优化模型

张欢,史峰,卢毅,雷定猷,朱东铁

中国公路学报. 2012, 25(4): 126-132.

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为了准确刻画超限需求弹性对补偿费率的影响,从用户和系统的角度分别对超限运输的收益和成本进行分析和建模,构造超限运输弹性需求函数,反映超限运输需求量与其运输效益之间的变化关系,将超限运输业者运输行为的选择归结为弹性需求下的用户均衡配流问题,进而利用高速公路管理者与超限运输业者之间的Stackelberg博弈关系,建立了基于弹性需求的高速公路超限补偿费率的双层规划优化模型,并设计了基于模拟退火算法求解的优化算法。结果表明:模型能较好地优化超限补偿费率,使之对超限运输业者进行合理补偿收费和适度惩罚,有效遏制超限运输,从而产生更大的社会与经济效益。

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基于交叉巢式Logit的多用户多模式随机用户均衡模型

胡文君,周溪召

中国公路学报. 2012, 25(4): 133-140.

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为了完善现有城市交通分配模型,建立了一个基于交叉巢式Logit的多用户多模式随机用户网络均衡模型。该网络具有以下特征:网络中存在多类用户,不同类别用户的出行时间价值不同;用户可使用多种交通模式,不同模式相互干扰,且模式间路段阻抗影响满足对称条件。路径的选择采用克服多项式Logit模型的不相关备选方案独立属性的交叉巢式Logit模型来表示,并建立了一个等价数学规划公式来表示这一多用户多模式混合均衡状态,同时使用一个简单算例对基于交叉巢式Logit和基于传统的多项式Logit的模型进行了比较。结果表明:数学规划公式与基于交叉巢式Logit的随机用户均衡条件具有等价性,证明了模型最优解的存在性和唯一性;相比传统的离散选择模型,所提出的模型能更好地在混合状态下进行路径选择。

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燃用小桐子油柴油机的高压油管燃油压力测试分析

罗福强,崔慧峰,王子玉

中国公路学报. 2012, 25(4): 141-146.

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在燃料供给系统增加预热装置的ZH1115单缸直喷式柴油机上,分别燃用柴油、小桐子油及预热小桐子油,测量并分析了柴油机平均有效压力、转速、供油提前角及燃油温度对高压油管内小桐子油压力波特性的影响规律,并与燃用柴油时高压油管内的压力波特性进行了对比。分析结果表明:与柴油相比,在相同工况下,小桐子油的高压油管燃油压力升高曲线较陡,而且压力峰值较高,对应的相位比燃用柴油时提前,供油持续期较长;平均有效压力增加时油管峰值压力增大;供油提前角增加时油管燃油压力相位提前但波形几乎不变;燃油温度对油管燃油压力影响较小。

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汽车爆胎特性建模与主动制动控制策略

郑宏宇,宗长富,刘海贞

中国公路学报. 2012, 25(4): 147-152.

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为了提高汽车在突发爆胎事故时的稳定性,对爆胎汽车主动制动控制策略进行了研究。根据车轮爆胎时间与压力变化的关系,在UniTire模型基础上建立了爆胎模型;根据电子稳定性控制系统中横摆角速度及质心侧偏角对汽车稳定性影响的关系,基于二自由度汽车动力学模型,通过计算汽车横摆角速度及质心侧偏角实际值与理想值的偏差,并基于线性二次型调节器最优控制方法决策出最优附加横摆力矩,从而修正爆胎后汽车的运动状态。最后通过计算机仿真对所提策略的有效性进行了验证。结果表明:主动制动控制策略可以保证爆胎过程中汽车的行驶稳定性和安全性。

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基于闭环形式的车辆减振器热学特性研究

么鸣涛,龙凯,贺李平

中国公路学报. 2012, 25(4): 153-158.

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为了解决某车辆被动悬架系统中减振器由于温升过高而漏油失效的问题,提出了车辆悬架系统机械特性与其热学特性相互耦合的模型。采用MATLAB/Simulink建立闭环正反馈系统的热-机耦合模型,并通过仿真计算得到某车辆在多种工况以及不同悬架参数条件下减振器的温升特性曲线。研究结果表明:随着路面等级的下降、车速的提高、簧上质量的增大以及悬架刚度的减小,减振器的温度升高;车轮刚度对减振器温升特性影响较小;簧下质量对减振器温升特性无影响。

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2012年, 第25卷, 第4期　刊出日期：2012-07-01

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