中国公路学报

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徐世烺,黄婷婷,宋世德

中国公路学报. 2012, 25(5): 1-5.

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为了实现融雪化冰系统的智能控制,通过四点弯曲试验研究了不同表面处理的碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土薄板的受弯性能以及纤维束电阻值的变化情况。试验结果表明:环氧树脂浸渍以及粘砂处理纤维编织网的方式可有效提高薄板的承载能力|在荷载作用下,纤维束的电阻值稳定,不同表面处理方式不会对电阻的稳定性产生影响。

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沥青混合料本构关系对路面力学响应的影响

赵延庆,刘慧,白龙,唐积民

中国公路学报. 2012, 25(5): 6-11.

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为了给沥青路面结构的分析和设计提供参考,利用三维有限元方法对典型沥青路面结构的力学响应进行了分析,分析中分别将沥青混合料当作粘弹性材料和以动态模量、抗压回弹模量表征其基本力学参数的弹性材料。分析了不同温度、行车速度及基层类型下路表弯沉、沥青面层底和半刚性基层底水平应力,并对结果进行了比较。结果表明:基于动态模量的分析和粘弹性分析结果比较接近,尤其是路表弯沉峰值和半刚性基层底水平应力峰值的平均相对误差在2％以内|而采用抗压回弹模量分析的结果则差别较大,尤其是沥青面层底拉应力峰值只有粘弹性分析结果的1/3左右|在弹性分析范畴内,应该用动态模量取代抗压回弹模量,以提高路面力学响应分析结果的精度并综合考虑温度、行车速度等因素的影响。

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考虑冻融损伤效应的水泥混凝土路面设计方法

洪锦祥,缪昌文,黄卫,刘加平,万赟

中国公路学报. 2012, 25(5): 12-17.

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为了在水泥混凝土路面设计方法中合理考虑冻融损伤对路面使用寿命的影响,基于疲劳损耗等效原理,提出通过引入冻融损伤系数k_d来考虑冻融损伤对路面使用寿命影响的方法,分析了抗冻等级、年平均交通增长率、区划参数以及最大温度梯度标准值、材料参数和面层厚度等因素对k_d的影响。结果表明:除抗冻等级外,其他因素对k_d的影响不大|当冻融介质为水溶液时,k_d值在0.8左右变动|当冻融介质为盐溶液时,k_d值在0.7左右变动。研究成果为在水泥混凝土路面设计中考虑冻融损伤效应提供了一种方法。

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考虑横观各向同性特性的沥青路面动力学分析

董泽蛟,刘美丽,郑好,龚湘兵

中国公路学报. 2012, 25(5): 18-23.

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考虑到沥青混合料、粒状类基层和土质路基等材料各向异性特性对沥青路面动力学的影响,基于对各国研究现状的综合分析,采用有限元数值分析方法,在弹性假设下引入横观各向同性系数,建立沥青路面三维有限元模型|采用ABAQUS进行DLOAD子程序二次开发,实现非均布竖向移动荷载的数值模拟|并给出移动荷载作用形式、边界条件和材料参数|而后对比分析了移动荷载作用下各向同性和不同横观各向同性特性条件下三向应变场的差异。结果表明:当考虑横观各向同性特性时,目前采用的设计标准偏于危险,基于各向同性特性的路面设计低估了与永久变形和疲劳裂缝相关的应变。

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连续配筋混凝土路面路用性能预测与评价方法

王斌,黄卫,杨军,张磊

中国公路学报. 2012, 25(5): 24-30.

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为了给连续配筋混凝土路面的材料设计与裂缝控制研究提供理论依据与参考,并探讨道路早期行为与路用性能之间的因果关系,建立了基于有限元的早期行为预测及评价路面路用性能的计算模型。该模型考虑了混凝土材料性质的时间效应、蠕变特性以及钢筋与混凝土的界面效应等,重点分析了混凝土骨料、抗拉强度变异系数、纵向配筋率、钢筋层位置、钢筋与混凝土粘结-滑移关系以及基层类型等对裂缝宽度、裂缝间距与冲断破坏行为规律的影响。结果表明:选用低膨胀率、低干缩、低弹性模量的混凝土材料,保证混凝土抗拉强度的均匀,采用摩阻系数低的基层材料等都有利于获得良好的路用性能|利用非线性钢筋混凝土界面粘结-滑移模型或考虑极限滑移关系,预测发生冲断破坏的可能性较低。

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基于现场钻芯取样的沥青结构层抗车辙性能评价方法

张争奇,尚同羊,孔慧,王新刚

中国公路学报. 2012, 25(5): 31-37.

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为了快速检测与评价所铺筑沥青路面结构的抗车辙性能,提高沥青路面施工质量水平,首先设计了圆柱形试件车辙试验所需的试验模具,采用ANSYS软件模拟圆柱形试件和板式试件的车辙试验,分析了圆柱形芯样车辙试验的可行性|其次采用2种基质沥青、1种改性沥青、5种级配的5组沥青混合料,在不同厚度和温度条件下进行圆柱形芯样车辙试验,分析确定了圆柱形芯样车辙试验的条件|最后结合现行规范要求,根据板式试件车辙试验和圆柱形试件车辙试验的相关性,建立了基于现场钻芯取样的沥青路面抗车辙性能检测标准。研究结果表明:可采用70 ℃下路面圆柱形芯样的车辙试验评价沥青路面高温抗车辙能力,并要求高温性能质量标准下的车辙动稳定度大于2 450 次·mm^-1|该法可实现对现场沥青路面抗车辙性能的快速检测与评价,有利于提高混合料设计水平与路面施工质量。

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框架预应力锚杆边坡支护结构抗震简化设计方法

董建华,朱彦鹏,马巍,李忠

中国公路学报. 2012, 25(5): 38-46.

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为了能够准确地进行框架预应力锚杆边坡支护结构动力分析及抗震设计,通过对该类结构进行震害分析,推导出地震作用下动土压力计算公式,建立了框架预应力锚杆支护结构的动力计算模型,并采用力法进行了求解。基于建立的动力分析模型和震害模式,给出了其抗震设计方法。考虑了地震响应沿坡高放大效应,根据极限平衡理论和破坏模式建立了框架预应力锚杆边坡支护结构的动力稳定性验算模型。将提出的方法应用于工程实例,并用有限元法进行了对比分析。结果表明:提出的分析模型具有较高的精度,是一种简单、实用的分析与设计方法|地震作用下最危险截面发生在边坡中偏上部位|梁柱截面尺寸是延性设计和发生斜压破坏的主要控制因素。

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考虑弯道几何要素和交通量影响的汽车行驶速度预测模型

徐进,罗庆,毛嘉川,赵军,吴国雄

中国公路学报. 2012, 25(5): 47-57.

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为了实现对弯道半径、转角、路宽等多个几何线形要素的协同控制,选取了14个有代表性的运行速度模型,使用回归方法建立了侧向容许加速度模型,用其可以计算出半径为R的弯道速度|提出了等效半径的概念,即车辆在曲中位置的实际轨迹半径R_e,通过对R_e观测数据的回归分析,分别获得了曲线转角影响模型和通道宽度影响模型|最后分析了不同半径条件下交通量对行驶速度的影响,通过求出平均行驶速度与运行速度之间的差值ΔV,建立了ΔV与R和交通量之间的关系模型,并对3条公路运行速度进行了仿真。结果表明:应用该模型得到的运行速度曲线能够同时反映出弯道半径、转角、通道宽度的影响,能够帮助设计者实现对这3个要素的协同控制|根据速度曲线还可以获得不同交通量水平下的旅行时间,进而预测出所设计公路的服务水平。

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考虑初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力统一解

赵均海,李艳,梁文彪,朱倩

中国公路学报. 2012, 25(5): 58-66.

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为了研究钢管初应力对钢管混凝土拱肋极限承载力的影响,针对实际工程中普遍采用的哑铃型钢管混凝土拱肋,考虑中间主应力、材料拉压比、初应力、初始缺陷、矢跨比和长细比等因素的影响,采用统一强度理论和修正的等效梁柱法,推导出一个新的初应力影响系数的计算公式,并建立其极限承载力的统一解。应用提出的计算公式分别对有、无初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力进行计算,并将无初应力拱肋的计算结果与相关文献的试验结果及计算结果进行对比。分析结果表明:所提出的计算公式具有较好的精确度,验证了该计算方法的可行性|研究结果可为工程应用提供参考。

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水泥混凝土桥梁长寿命桥面铺装层复合结构疲劳特性

钱振东,王江洋,王亚奇

中国公路学报. 2012, 25(5): 67-73.

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为了构建疲劳性能优异的水泥混凝土桥梁长寿命铺装结构,借鉴长寿命沥青路面设计的基本思路,选取3种铺装复合结构方案,采用应变控制的四点弯曲疲劳试验,并基于Weibull分布理论对复合结构的疲劳特性进行分析,建立长寿命桥面铺装复合结构双对数疲劳预估方程。研究结果表明:3种铺装复合结构的疲劳寿命均服从双参数Weibull分布|在失效概率为0.1时,复合结构上面层同为AC,下面层采用环氧沥青混合料(EAM)代替SMA后,其疲劳性能得到提高,复合结构下面层同为EAM,上面层采用SMA代替AC后,疲劳性能得到再次提高|“EAM+SMA”的组合具有较好的抗疲劳性能,同时满足长寿命桥面铺装的结构最优设计特点,为今后长寿命桥面铺装相关研究提供了基础。

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钢箱组合梁混凝土裂缝特征试验

苏庆田,杨国涛,吴冲

中国公路学报. 2012, 25(5): 74-81.

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为了解斜腹板钢箱组合连续梁负弯矩区混凝土裂缝的特征,选取2根斜腹板钢箱组合梁进行负弯矩受力性能试验,考察负弯矩荷载作用下组合梁混凝土板裂缝的出现、发展过程和裂缝宽度变化,以及钢筋和混凝土板上缘的应变分布。结果表明:组合梁混凝土在荷载较低时就产生开裂,混凝土板中的裂缝分布特性与配筋率有关|当配筋率较小时混凝土开裂引起其附近的钢筋应变突然增加,钢筋屈服后随着荷载的增加裂缝宽度也增长较快|当配筋率合理时,混凝土产生的0.2 mm宽裂缝对应荷载为初始开裂荷载的3倍以上|裂缝间距与混凝土板中横向配筋间距和剪力钉间距有一定关系。

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多球面滑动摩擦隔震支座计算模型及其试验确认

韩强,刘卫刚,杜修力,亓路宽

中国公路学报. 2012, 25(5): 82-88.

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为了满足近海高烈度区隔震桥梁支座大吨位、大位移和耐久性需求,开发出多球面滑动摩擦隔震支座,阐明了这种隔震支座的构造特点、工作机理和滑动机制,建立了其力-位移关系非线性恢复力模型,进而给出了各滑动面摩擦因数相等时支座的力-位移关系式,并对该支座的力学性能进行了试验研究,对其各摩擦面的滑动顺序机制和非线性恢复力模型进行了试验确认。结果表明:理论分析的支座滑动先后顺序与试验过程中观察到的完全一致,支座试验所得力-位移滞回曲线和理论分析结果十分吻合|此多球面滑动摩擦隔震支座具有良好的耗能能力和足够的水平位移,而且在不同强度的外部激励下表现出刚度和阻尼的自适应性能,适用于多水准地震动下基于性能的隔震桥梁抗震设计。

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沿海混凝土桥氯离子扩散修正模型及其应用

郭冬梅,项贻强,程坤,林士旭,李威

中国公路学报. 2012, 25(5): 89-94.

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为了给沿海地区在役混凝土桥梁的耐久性研究提供更加可靠的理论依据,针对影响沿海地区混凝土桥梁耐久性的主要因素——氯离子侵蚀引起钢筋的锈蚀,从氯离子扩散的角度出发,综合各国氯离子扩散的相关数学模型,提出考虑荷载影响因子和氯离子结合能力这2种因素的混凝土氯离子扩散修正模型,并借助于各国相关的试验数据对氯离子扩散修正模型进行了验证和分析。研究结果表明:与传统的仅考虑单一影响因素的氯离子扩散模型相比,所提出的氯离子扩散修正模型更加合理,可以更准确地预测沿海地区在役混凝土桥梁的剩余使用寿命。

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基于健康监测系统的大跨度连续刚构桥移动荷载识别

夏樟华,宗周红,李嘉维,孙建林

中国公路学报. 2012, 25(5): 95-104.

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为了得到桥梁实际运营的车辆荷载,通过建立由健康监测系统测得的应变响应与移动荷载的线性回归方程,提出了一种能有效应用于大跨度连续刚构桥的移动荷载识别方法。首先利用小波变换的方法进行应变信号消噪处理|然后利用应变响应特征估算移动车辆过桥的时间和速度|最后建立移动荷载车重力与应变响应的二次线性回归方程。计算结果表明:该方法得到的计算车重力与实测车重力相比,误差率基本小于17%|结合标准车辆模型,可以得到车辆的轴重分布。

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挤压流动性隧道底臌机理及控制技术

于远祥,牟志杰,白永彪

中国公路学报. 2012, 25(5): 105-112.

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为了从根本上防治隧道底臌和仰拱破裂,针对挤压流动条件下隧道底板变形破坏规律研究的不足,通过建立隧道侧墙岩体在支承压力作用下的力学模型,分析了侧墙岩体和顶、底板界面应力以及岩体轴力的基本分布规律,推导了侧墙岩体水平收敛位移及其极限平衡区宽度的理论计算公式。在此基础上,进一步分析了隧道底板岩体在侧墙岩体的挤压下产生塑性流动时的最大剪切破坏深度及其与相应侧墙的距离。最后以云岭隧道底臌为工程实例,对隧道侧墙和底板的初期支护参数进行了优化设计。分析结果表明:底板最大破坏深度及其与隧道侧墙的距离取决于侧墙岩体的极限平衡区宽度和底板岩体的内摩擦角|对于挤压流动性底臌,在加强地下水封堵和提高仰拱抗变形能力的同时,更应注重对隧道侧墙和底板岩体的锚注联合初期支护,为后续挤压流动性隧道底臌灾害的有效防治提供参考。

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C20喷射混凝土冻融力学试验

罗彦斌,陈建勋,段献良

中国公路学报. 2012, 25(5): 113-119.

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采用喷大板法制做C20喷射混凝土试件,使用压力试验机对经历不同冻融循环次数的试件进行了抗压和抗拉强度测试,分析冻融循环作用下其变化规律,采用共振法和超声波法对经历不同冻融循环次数的喷射混凝土进行动弹性模量测试,分析其抗冻耐久性,并对经历不同冻融循环次数下的试件外观进行了描述。研究结果表明:冻融对喷射混凝土的抗拉和抗压强度影响较大,随着冻融循环次数的增加,抗拉和抗压强度衰减程度增大,相对动弹性模量也逐渐衰减,呈线性降低趋势|C20喷射混凝土的相对耐久性指数非常低,经历50次冻融循环后的耐久性指数为10.1%,与C20普通混凝土相比,其相对耐久性指数更低,抗冻耐久性更差|C20喷射混凝土经历75次冻融循环后出现严重的酥碎剥落情况,不能满足工程抗冻性要求。

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基于出租车运行信息的城市出租车运量投放计划模型

杨英俊,赵祥模

中国公路学报. 2012, 25(5): 120-125.

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为了提高出租车运量投放的科学性,基于出租车运行参数(包括出租车平均营运收入、空驶率、平均出行距离、平均行驶速度、平均工作时间以及其他城市环境估计参数)提出了出租车运量投放计划模型,并使用出租车营运收入对模型进行了约束。利用该模型,基于某市2010年的出租车运行数据,对该市2015年的出租车运量投放进行预测。结果表明:到2015年该市需要逐步增加5 000 veh左右的出租车|2010年底该市增加的1 000 veh出租车缓解了部分出行压力,空驶率由0.177增加到0.198|出租车运量增加后营运收入仍略有上升,验证了模型的有效性。

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基于交通预测的多态交通流信号控制

丁恒,张卫华,郑小燕,陈无畏,李阳阳

中国公路学报. 2012, 25(5): 126-133.

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为解决现有信号控制方法对多态交通流交叉口适应性不足的问题,通过在交叉口设置多功能进口车道和车辆检测器、车道控制器等硬件设施,进行了短时交通流预测基础上的多态交通流条件下交叉口信号配时优化研究。根据交通量预测数据,建立信号控制延误估计模型,以交叉口总延误最小为优化目标选取多功能车道流向,根据每相位最大排队长度逐步优化绿灯时长并实施信号控制。短时交通预测以小波分析为基础,采用RBF神经网络及Markov链分别预测交通流的稳态与随机部分。使用VISSIM软件对设置多功能车道的交叉口多态流信号控制方法进行了交通仿真。分析结果表明:该方法可有效降低行车延误,提高交叉口服务水平。

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基于光纤Bragg光栅的缆索和索端锚头应力测量方法

李天星,李川,刘浩

中国公路学报. 2012, 25(5): 134-138.

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为了防止缆索护栏由于索端锚头或缆索松动而不能起到应有的保护作用,采用一种基于光纤Bragg光栅非电量测量方法对其所受应力进行测量。将光纤Bragg光栅分别布设于缆索护栏的索端锚头刻槽内和缆索钢丝表面,通过破坏性拉伸试验与压力试验,得到应力与光纤Bragg光栅中心波长移位的数学关系。结果表明:拉伸时索端锚头处光纤Bragg光栅灵敏度为2×10^-6μm·kN^-1,缆索处光纤Bragg光栅灵敏度为6×10^-6 μm·kN^-1|受压时索端锚头处光纤Bragg光栅传感器灵敏度为4×10^-6μm·kN^-1|光纤Bragg光栅传感器的测量量程和测量精度均能满足对缆索护栏监测的要求。

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汽车超声波油耗测试计算方法

付百学,胡胜海,袁纲,刘伟

中国公路学报. 2012, 25(5): 139-145.

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针对汽车油耗间接测试法和直接测试法存在的不足,基于超声波技术和单片机控制技术,根据时差法超声波流量测试原理,构建汽车油耗测试数学计算模型。超声波流量传感器基于声时和几何参数测试燃油流量,采用扩展卡尔曼滤波法计算声时|利用三维坐标法测算超声波流量传感器的几何参数,进行了几何参数计算误差分析与修正。最后,对采用有限数量声路速度信息计算得到的流量误差进行了积分修正和校准。分析结果表明:该方法可为优化油耗测试数学模型、提高汽车油耗测试精度提供理论依据。

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基于近似模型的可变后扰流器气动优化

杨易,沈夏威,谷正气,张文阁

中国公路学报. 2012, 25(5): 146-151.

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为了更好地改进车辆的气动特性,讨论了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的气动优化方法。设计了一种根据使用工况可调的汽车后扰流器,针对高速行驶和高速制动2种典型工况,对该扰流器的形状和位置进行气动优化。首先对可变后扰流器进行参数化设计,并用拉丁方法对参数化模型进行试验设计,通过CFD计算获取响应值|然后采用Kriging模型构建参数变量与气动特性之间响应关系的近似模型|最后以该模型为基础使用遗传算法对扰流器形状和位置进行优化设计。研究结果表明:优化后的可变扰流器可使整车在高速行驶工况下阻力系数减小3.3%,升力系数减小22.4%|在高速制动工况下,升力系数减小69.9%,整车的气动特性获得了较大的改善。

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新型混联式混合动力客车实时优化控制策略

林歆悠,孙冬野

中国公路学报. 2012, 25(5): 152-158.

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为提高城市循环工况下客车的燃油经济性,开展了一种新型混联式混合动力客车匹配控制策略研究。根据该混联系统的结构特点,制定了串联与并联模式间的切换条件及控制规则,通过确定电池等效燃油模型,以各时刻下客车燃油消耗率最小为优化目标,对电池和发动机功率进行实时优化控制。研究结果表明:电池荷电状态在预定的区域内保持平衡,发动机运行工作点处于高效区域内,且整车燃油经济性相对原型客车提高了32.41%,与采用规则控制策略相比提高了13.2%。

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2012年, 第25卷, 第5期　刊出日期：2012-09-01

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