中国公路学报

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张中琼,吴青柏,温智,刘永智,陆子建

中国公路学报. 2013, 26(2): 1-6.

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为研究多年冻土地区沥青路面下部水分的累积情况,在青藏高原北麓河地区的沥青路面和砂砾路面下部进行不同深度和位置的原位水分监测。建立液态水分随时间变化的数据序列,计算2种路面不同位置的水分累积情况。结果表明:沥青路面路基中心、右路肩、右路肩与路基中心中间3个位置均在0.5~2.5 m深度范围内和多年冻土顶板附近有明显的水分累积现象;受垂向和水平向渗流与水分迁移的影响,右路肩和路基中心位置水分汇集相对较多;随着沥青路面的使用,路基中心的水分将会不断增加;与砂砾路面相比,沥青路面对地面相对性质的改变减少了土体水分与大气交换的途径,加剧了土体中水分的累积,影响路基稳定性。

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季节性冰冻地区冬季路面温度分布规律

徐慧宁,张锐,谭忆秋,边鑫

中国公路学报. 2013, 26(2): 7-14.

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为准确掌握冬季沥青路面温度场的分布特点和变化规律,基于自行研发的季节性冰冻地区典型道路模型试验台,以试验台近4年的路面温度跟踪观测数据为基础,开展了季节性冰冻地区冬季沥青路面温度场分布规律的研究。基于观测数据,运用统计分析法,建立了观测点所在区域路面温度场预估模型,并对实测值与预测值进行了对比。结果表明:在冬季,随着深度的增加,路面温度逐渐升高,温差变化逐渐减小,且在距路表30 cm深度处存在日恒温点;气温骤变时,较大的温度梯度变化主要发生在沥青面层内;哈尔滨冬季最大冻结深度约为180 cm;提出的预估模型具有较好的精确性与实用性。

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拉-压交变荷载下沥青混合料的疲劳性能

董忠红,张扬,吕彭民

中国公路学报. 2013, 26(2): 15-19.

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为了研究交变力学状态下沥青混合料的疲劳性能,开发专用加载设备,选择AC-25F和AC-16C两种材料作为研究对象,进行不同荷载级别和不同应力比下的疲劳试验,分析荷载级别和压应变对沥青混合料疲劳行为的影响,并建立考虑压应力影响的疲劳预估模型。结果表明:各种应力比下,沥青混合料疲劳寿命与拉应力呈对数线性关系,但压应力显著延长了材料的疲劳寿命。对于AC-25F,其在应力比为-0.5,-0.3,-0.1时的疲劳寿命分别为应力比0.1时的2.52倍、1.53倍和1.03倍;对于AC-16C,相应的疲劳寿命则分别为应力比0.1时的4.90倍、3.31倍和2.30倍;所建立的考虑压应力影响的疲劳预估模型可有效弥补现有模型仅考虑拉应力作用的缺陷,为路面结构设计和疲劳预估提供参考。

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环氧沥青混合料疲劳衰变特性试验

罗桑,钱振东,HARVEYJ

中国公路学报. 2013, 26(2): 20-25.

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为获取钢桥面铺装环氧沥青混合料的疲劳衰变特性,首先基于正交异性桥面板-铺装层组成的复合结构模型,计算出标准胎压、超载50%以及超载100%胎压作用下铺装层的最大拉应变,作为疲劳试验应变水平的选取标准;然后,采用小梁四点弯曲疲劳试验对3组不同温度和不同应变条件下的环氧沥青混合料疲劳性能进行测试;最后,利用威布尔公式对不同温度与应变条件下的环氧沥青混合料疲劳寿命与疲劳裂纹扩展时的作用次数进行预测。结果表明:环氧沥青混合料初始模量大小仅与温度相关,与应变水平无关;在10 ℃和20 ℃时,1.38 MPa以下胎压以及30 ℃时0.7 MPa胎压作用500万次均不发生疲劳破坏;30 ℃时,1.1 MPa和1.38 MPa胎压分别作用66 833次和35 480次出现疲劳损坏现象;相同应变作用下,试验温度越低,小梁疲劳破坏越快;环氧沥青混合料疲劳曲线可明显分为试验设备稳定、疲劳裂缝启裂、疲劳裂缝扩展3个阶段。研究结果可为环氧沥青混合料铺装疲劳寿命预估以及预防性养护提供理论依据。

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饱和非饱和土的位移土压力及非极限力学指标研究

李顺群,高凌霞,柴寿喜,李珊珊

中国公路学报. 2013, 26(2): 26-33.

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为了客观评估非极限平衡条件下,土力学强度参数的发展变化规律,基于摩擦定律、土压力与位移的双曲线模型、饱和非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则、非极限平衡土力学参数同步发挥的假设,采用应力路径分析方法,研究了非极限平衡条件下饱和非饱和土的位移土压力对应的应力状态,并给出了位移土压力依赖于非极限内摩擦角、粘聚力和吸力内摩擦角等参数的理论计算公式。研究结果表明:当挡土结构由K₀状态发生向着土体的正向位移时,基于位移的土力学参数先随着位移的增大而减小,在减小至0后又随着位移的增大而逐步增大,直至被动极限平衡状态;当挡土结构由K₀状态发生背向土体的负向位移时,基于位移的土力学参数随着位移的增大而逐步增大,直至主动极限平衡状态;该方法为进一步研究挡土结构的力学性能、工作状态、安全储备提供了理论基础。

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土钉墙地震动力分析及抗震设计方法

董建华,马巍,朱彦鹏

中国公路学报. 2013, 26(2): 34-41.

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为了深入了解地震作用下土钉墙动力特性,并为其提供实用的动力分析方法,基于动力Winkler地基模型,建立了考虑面板、坡后土体及土钉协同工作的土钉墙动力分析模型,并进行了求解。该模型将面板处理为弹性地基梁,将土钉处理为一个弹簧和阻尼来替代。基于建立的计算模型和震害模式给出了其抗震设计方法,并结合具体工程实例进行了地震作用动力分析及抗震设计,最后与动力离心试验进行了验证。结果表明:土钉墙延性大,具有良好的抗震性能;土钉的峰值轴力连线与静力作用下相似;提出的分析方法对土质较均匀的边坡是可行的,为土钉墙的地震分析及抗震设计提供了一种新的途径。

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基于SVM的高速公路路基病害自动检测算法

周辉林,姜玉玲,徐立红,梁国卿

中国公路学报. 2013, 26(2): 42-47.

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针对当前探地雷达(GPR)数据解释主要依赖专家经验存在的解释结果主观性强和数据解释周期长等问题,利用高速公路路基病害将导致其厚度和层界面反射信号的幅度发生改变等客观信息,结合探地雷达杂波抑制、层界面检测和平滑、感兴趣区域(ROI)提取、特征提取和模式识别技术,提出了一种新颖的高速公路路基病害自动检测算法,并利用该算法对江西省昌九高速公路南昌段采集的GPR数据进行了分析。研究结果表明:该算法的检测结果与结合专家经验和钻孔取芯样本构建的Ground Truth数据库的吻合度高达92.7%,且具有自动、快速等优越性,可为指导制定合适的养护策略及合理分配养护资金提供科学依据。

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软基桥头路基填筑对桥台桩的影响

郑健龙,张军辉,李雪峰

中国公路学报. 2013, 26(2): 48-55.

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为考察台后路堤荷载导致的地基软弱下卧层压缩和水平移动作用下的桥台桩基受力性状,建立了桥台桩基的三维有限元模型,验证了其合理性,并通过设置桩-土接触单元分析了桥头路基填筑对桥台桩基受力性状的影响。结果表明:由于桩的“遮拦效应”,前排桩桩-土“绕流”现象较后排桩更为明显;同时,桩的阻拦作用使桩周土体位移值较自由土场预测值偏小;桩-土相对位移较大时桩平均侧向压力与桩-土相对位移呈非线性关系;每级荷载下最大桩侧土压力约为路堤荷载的74%;路堤荷载大小与桩身最大弯矩值的关系与基桩所处位置有关,并非简单的双折线关系;在影响桩身弯矩因素中,软土层力学性质对桩身弯矩影响较桩身模量更为明显;桩在受轴向力和侧向力耦合作用下,桩基础的承载力会有所提高,但不明显。

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山区高陡横坡段桥梁桩基承载机理模型试验

龚先兵,杨明辉,赵明华,尹平保,张小威

中国公路学报. 2013, 26(2): 56-62.

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以现场工程为原型,设计了45°,60°,75°三种不同陡坡下高陡横坡段桥梁桩基的室内模型承载试验。通过对承载过程中桩顶位移、桩身内力及桩侧土压力等的全程测量,对竖向及水平向荷载作用下桩基的荷载传递规律、内力分布规律及桩侧土压力分布规律进行了研究。结果表明:竖向荷载下高陡横坡段桥梁桩基承载力由桩侧摩阻力与桩端阻力组成,但由于临空面存在,靠边坡一侧桩侧摩阻力传递深度更大,且该效应随边坡坡度的增加而增大;水平向荷载作用下,桩基桩顶水平位移随边坡坡度增加而增大,而内力分布规律与平地桩基类似,即存在最大弯矩及反弯点,但最大弯矩随边坡坡度的增加明显增大,反弯点位置则随坡度增加而有所下移;不同荷载及坡度情况下,后桩桩侧压力随深度均呈现先增大后减小的基本规律,而前桩桩前土抗力则随深度逐渐衰减。

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横向加固空心板梁桥荷载横向分布计算方法与试验研究

项贻强,邢骋,邵林海,邢渊,赵铁勇

中国公路学报. 2013, 26(2): 63-68.

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为简化横向预应力加固后小铰缝空心板梁桥荷载横向分布系数的计算,针对其加固特点,将加固后的空心板梁桥比拟为正交异性板,并通过纵、横向刚度计算的假设,提出修正的G-M法预测并分析此类加固后桥梁的荷载横向分布;同时分别以2座典型空心板桥为背景,利用所提出的修正G-M法和有限元数值法分别进行分析,并与静载试验数据相对比。结果表明:所提出的修正G-M法计算的荷载横向分布系数与有限元法所得结果平均相对误差在6%以内,与试验值相符;对边梁的计算结果,修正G-M法较试验值大3.9%,有一定安全储备;所提出的修正G-M法合理、可行,可作为计算该类桥梁加固后荷载横向分布的一种简化方法。

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正交异性钢桥面板足尺疲劳试验

王春生,付炳宁,张芹,冯亚成

中国公路学报. 2013, 26(2): 69-76.

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以某大跨径斜拉桥采用的正交异性钢桥面板为工程背景,进行钢桥面板疲劳性能试验研究,足尺疲劳试验循环次数累积达到1 020万次。试验结果表明:加劲肋与盖板连接部位出现了纵向疲劳裂纹;加劲肋与横隔板连接的焊缝端部出现了在焊趾处萌生并沿加劲肋腹板扩展的疲劳裂纹;受焊接残余应力影响,处于疲劳荷载压应力区的腹板与横隔板连接焊缝端部也萌生了疲劳裂纹;横隔板挖孔部位无疲劳裂纹;若以测点应力发生变化为疲劳失效判据,则加劲肋与横隔板连接端部的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的63类细节等级,加劲肋与盖板连接的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的71类细节等级;若以出现疲劳裂纹为疲劳失效判据,则其疲劳细节高于AASHTO规范中D类和Eurocode的80类细节等级。

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侵蚀性环境下桥梁CFRP/BFRP加固后的长期性能试验

孙晓燕,董伟伟,王海龙,何世钦

中国公路学报. 2013, 26(2): 77-84.

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为了研究侵蚀性环境下服役桥梁构件采用纤维材料加固后的长期性能,对11根具有初始锈蚀损伤的钢筋混凝土梁式构件采用碳纤维布(CFRP)和玄武岩纤维布(BFRP)加固后继续退化的承载力及服役性能进行试验。通过对加固后构件进行电化学加速锈蚀和盐液浸润干湿循环模拟不同程度的后续服役性能退化,研究侵蚀性环境对CFRP和BFRP加固构件在不同后续服役期的承载力、刚度等性能影响规律,同时对比了2种加固材料的耐久性能和成本效益。结果表明:侵蚀性环境下加固后的桥梁构件承载能力评估需综合考虑钢筋锈蚀引起的承载力降低和侵蚀性环境对纤维利用效率的降低;CFRP对刚度提高显著,而BFRP加固具有更好的延性;考虑加固后长期服役性能,CFRP加固后具有较好的耐久性,而BFRP具有较高的成本效益。

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基于强迫振动装置的拉索和水线气动力试验

李寿英,孙文峰,陈政清

中国公路学报. 2013, 26(2): 85-93.

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为了研究斜拉索风雨激振中拉索和水线上的气动力,制作了直径为350 mm的拉索模型,采用强迫振动装置,对粘贴水线的二维拉索进行了5种工况下的测压风洞试验。系统研究了水线的存在、模型竖向和扭转振动对拉索和水线的平均风压系数、脉动风压系数、平均气动力系数、脉动升力系数功率谱等的影响,并对准定常理论在风雨激振理论分析中的适用性进行了验证。结果表明:准定常理论能反映拉索和水线气动力的主要特征;拉索竖向振动和水线周向摆动基本不影响拉索和水线的平均气动力系数,拉索平均升力系数在60°风攻角处发生突降;水线的周向摆动对脉动气动力的影响很大,远大于拉索竖向振动的影响;水线的存在不仅使水线附近的风压系数发生突变,而且还降低了旋涡脱落频率。

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基于长期监测数据的润扬大桥扁平钢箱梁温度分布特性

丁幼亮,王高新,周广东,李爱群

中国公路学报. 2013, 26(2): 94-101.

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以润扬大桥悬索桥和斜拉桥的扁平钢箱梁为研究对象,采用假设检验方法对扁平钢箱梁长期温度监测结果进行了温度分布特性分析,重点研究了扁平钢箱梁的横向温差和竖向温差分布特征,在此基础上采用极值分析方法计算了扁平钢箱梁的温差标准值,建立了钢箱梁温差计算模型,并针对悬索桥和斜拉桥的温度分布模式建立了6种最不利横向温差计算模型。研究结果表明:润扬大桥悬索桥和斜拉桥底板的横向温差可忽略;悬索桥和斜拉桥钢箱梁对称轴位置受相同的竖向温差作用;悬索桥和斜拉桥顶板的横向温度分布差异较大。

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高强钢绞线网加固RC梁抗剪剥离承载力计算

黄华,刘伯权,贺拴海,吴涛

中国公路学报. 2013, 26(2): 102-109.

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为研究高强钢绞线网加固的RC梁抗剪剥离承载力,对9根抗剪加固梁进行试验测试,并进行数值分析,研究了加固方式、原梁配箍率、混凝土强度、剪跨比、钢绞线用量、二次受力等因素对剥离破坏承载力的影响,并建立了抗剪加固剥离承载力计算公式。研究结果表明:持载加固构件的剥离承载力不一定低于完整加固构件,但持载程度增加,剥离承载力降低;随混凝土强度和原梁配箍率提高,剥离承载力提高,但提高幅度有限;不同加固方式的加固构件,其剥离承载力均随钢绞线直径的增大而提高,且提高幅度逐渐降低;随剪跨比增大,剥离承载力降低;所建抗剪加固剥离承载力公式计算值与试验值之比的平均值为1.006,计算结果与试验结果符合良好,公式可用于快速评估抗剪加固梁剥离承载力。

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带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁承载能力试验

王皓磊,邵旭东,刘春

中国公路学报. 2013, 26(2): 110-118.

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为了给带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁这一新型桥梁结构形式的设计和施工提供参考,对其进行了承载能力的模型试验研究,分析了该结构的变形特征、破坏模式、承载能力和极限状态。根据弯矩-剪力相关方程推导了组合蜂窝梁的承载能力计算公式,并将分析结果与试验结果进行了对比;最后建立组合蜂窝梁的有限元计算模型,对主要参数进行了数值分析。结果表明:承载能力计算值与试验值吻合良好;开孔截面加劲前,组合蜂窝梁由于孔洞边缘局部屈曲而丧失承载能力;开孔截面加劲后,其破坏形态为弯曲破坏。

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大跨悬索桥颤振主动控制面理论研究

郭增伟,杨詠昕,葛耀君

中国公路学报. 2013, 26(2): 119-126.

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为改善大跨度跨海连岛工程中悬索桥在设计风速下的气动稳定性,针对单纯采用传统被动气动措施有时难以满足桥梁抗风需求的问题,探讨了主动控制面在悬索桥颤振控制中的应用。针对传统主动控制面理论模型中假定迎风侧、背风侧控制面只能同相或反相于主梁扭转运动的问题,将控制面扭转运动相位、振幅引入主动控制面理论计算模型中,以1座主跨3 000 m的悬索桥为例,分析了控制面扭转运动相位、振幅对其控制效果和鲁棒性的影响,并探讨了控制面的抑振机理。研究结果表明:迎风侧控制面只有在领先于加劲梁扭转运动超过180°后才会起到明显的控制效果;控制面扭转运动最优相位角不依赖于其扭转运动振幅,且有较好的鲁棒性;控制面通过主动调整控制面的扭转运动相位从而改变作用在其上的自激升力方向,产生反向于加劲梁上自激升力矩的力偶,最终起到颤振控制的效果。

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考虑可变速度调节的单点交叉口公交信号优先控制方法

马万经,吴明敏,韩宝新,刘好德,吴洪洋

中国公路学报. 2013, 26(2): 127-133.

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基于公交运行车速动态可变的运行环境,以公交运行状态最优为目标,提出了“最大可能优先通行”和“最优速度节能减排”2个控制原则;考虑公交车辆位置、车辆是否晚点、车辆速度、速度变化幅度、车辆到达时刻、信号控制参数变化范围等约束条件,针对需要优先通过和不需要优先通过2种情形,设计了信号控制方案和最佳速度调整规则簇,建立了运行速度与优先控制方案的协调优化方法。基于VISSIM仿真软件及其二次开发COM接口,设计了车路协同下信号优先控制的仿真平台,并对1个四相位信号控制交叉口进行了仿真分析。结果表明:与无优先和传统的感应优先相比,所提出的方法在降低公交车延误,恢复时刻表偏离,减少能源消耗,降低污染物排放和减小对于其他社会车辆影响上有显著的提高;参数敏感性分析进一步证明了不同交通量情况下该模型的适应性。

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城市道路网络可靠度及其敏感度研究

王卓,刁朋娣,董宏辉,张新媛,金茂菁

中国公路学报. 2013, 26(2): 134-139.

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针对饱和度不能全面反映交通状况的缺点,首先对路段畅通可靠度的计算公式进行了改进;然后利用图论中的最小路集法将路网简化为简单串并联网络,并结合北京市路网实时数据,构建城市路网畅通可靠度的计算方法;最后作为路网畅通可靠度计算方法的延伸,对各条路段进行了敏感度分析,确定引起路网拥堵的关键路段。研究结果表明:改进后得到的畅通可靠度能够较好地反映交通拥挤状况,基于畅通可靠度评价的敏感度分析能有效定位出解决路网拥堵的关键路段,可为道路交通管理部门提供决策及理论支持。

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高速公路半幅封闭施工区交通特性与交通冲突特性研究

孟祥海,郑来,毕海峰,关志强,徐汉清

中国公路学报. 2013, 26(2): 140-146.

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对双向四车道高速公路半幅封闭施工区的交通特性和交通冲突特性开展研究。以交通流参数调查和交通冲突调查为基础,应用统计分析方法,研究了施工区上游过渡段车辆的排队特征,标定了描述车头时距分布的爱尔朗模型;分析了施工区各组成区段的速度分布特征,确定了基于统计分布原理的各区段限速范围;总结了施工区交通冲突的种类,给出了基于距离碰撞时间的追尾冲突严重程度判别方法,建立了基于负二项分布的追尾冲突预测模型。最后,应用VISSIM软件开展了施工区交通仿真试验。结果表明:基于车辆排队特征所确定的施工区上游过渡段合理长度应在45~70 m之间;施工区各区段的限速值应根据交通量设定;在相同交通量水平下当限速值高于50 km·h^－1时,交通冲突数量会随着限速值提高而显著增加。

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高速公路夜间最高车速限制研究

程国柱,韩娟

中国公路学报. 2013, 26(2): 147-153.

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为了合理确定高速公路夜间最高车速限制值,保障高速公路夜间行车安全,进行了驾驶人夜间距离识别与车速感知试验研究。分析了行驶速度、平曲线半径和纵坡坡度对高速公路驾驶人夜间识别距离与感知速度的量化影响,并建立了高速公路驾驶人夜间识别距离模型与感知速度模型。基于驾驶人夜间识别距离与反应制动距离间的安全行驶判别条件及驾驶人夜间感知速度模型,给出了高速公路夜间最高理论限速值与修正限速值的确定方法,并进行实际案例分析。研究结果表明:驾驶人夜间识别距离与行驶速度呈负线性相关,与平曲线半径呈正对数相关,与公路纵坡坡度呈负指数相关;驾驶人夜间感知速度与纵坡坡度无关,与实际行驶速度呈正线性相关,与平曲线半径呈负对数相关。

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突发事件下公交车辆快速动态滞站调度算法

龙琼,胡列格,张谨帆,喻杰

中国公路学报. 2013, 26(2): 154-159.

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为解决突发事件导致公交系统服务水平下降的问题,基于均衡公交车辆车头时距的调度思想,提出了能够适应于突发事件的快速动态滞站调度算法,建立了突发事件下的单线路公交动态调度模型。通过建立滞站调度的数理基础,分析了单站车头时距的控制问题,分析了快速滞站调度策略,从而得到了全线车辆的最优滞站调度算法,并对其进行数理分析和仿真验证。结果表明:该方法能均衡全线车辆运行时间间隔,降低乘客平均候车时间,有效提高公交系统运行服务水平。

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线控汽车底盘控制技术研究进展及展望

宗长富,李刚,郑宏宇,何磊,张泽星

中国公路学报. 2013, 26(2): 160-176.

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对各国线控汽车发展现状,以及汽车线控转向系统、线控制动系统、线控驱动系统和线控悬架系统的各系统组成、工作原理和控制方法及研究现状进行了概述,总结了影响线控汽车发展的关键技术,并对信息传输、驾驶人意图与工况辨识、故障诊断与容错控制、底盘集成控制等技术的研究进展进行了综述。针对全线控汽车,给出了分层式集成控制系统框架,并对框架内容进行了分析,以期为线控汽车研究与发展提供新的视角和基础资料。

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动力模块车组的驾驶真实感研究

郭为忠,陈伟,高峰,刘仁强,齐臣坤

中国公路学报. 2013, 26(2): 177-182.

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为了使驾驶人在驾驶大型动力模块车组时获得力反馈真实感,提出基于伺服电机扭矩控制的转向盘力觉真实感系统。基于普通车辆的转向系特性,建立转弯时单个转向轮的转向力修正模型,据此利用动力模块车组同一轴线上2个悬挂转角与转向盘转角的数学关系,建立动力模块车组转向盘转向力模型,在此基础上构建伺服电机驱动的转向盘转向力模拟试验平台和虚拟车辆行驶环境。结果表明:数字转向盘的转向力矩曲线与普通车辆转向力矩特性相近,符合中国标准的规定,验证了所提方法的有效性。

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蓄能器对工程机械液压系统影响的仿真与试验

马登成,杨士敏,陈筝,丁智勇

中国公路学报. 2013, 26(2): 183-190.

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为了给蓄能器在工程机械的应用与参数设置提供参考,针对工程机械液压驱动系统压力冲击频繁问题,通过合理选择蓄能器参数,有效提高该系统的性能。建立了皮囊式蓄能器的数学模型,从理论上分析了影响蓄能器性能的参数与选择方案,并利用AMESIM仿真软件与工程机械液压底盘模拟试验台进行了仿真分析与试验验证。结果表明:蓄能器预充气压力为系统工作压力80%～90%时,既能有效吸收系统的压力冲击,又能保证系统的快速稳定性;蓄能器容积越大,系统响应速度越慢;蓄能器连接管路直径越小,系统压力冲击越明显;连接管路越长,系统压力冲击会增加,但是增加不显著;对于工作在剧烈波动载荷下的工程机械液压驱动系统,应根据系统的压力变化幅度配置不同固有频率的蓄能器组,并分段配置各蓄能器的参数来加宽吸收压力波动的频率宽度与压力冲击范围。

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2013年, 第26卷, 第2期　刊出日期：2013-03-01

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