中国公路学报

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曹文贵,罗宏,张竣淞,王江营,张超

中国公路学报. 2013, 26(5): 1-8.

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为了建立公路路基压实度检测新方法,首先在深入研究静力贯入路基变形力学机理基础上,将静力贯入荷载引起的路基土体应力分为各向等压应力和轴向偏应力两部分,并考虑到路基土体变形的非线性特征,引进分级加载和地基沉降分层总和分析的思想,采用增量广义虎克定律和增量Duncan-Chang模型,建立以路基土体初始孔隙率、泊松比、粘聚力和内摩擦角等为参数的路基贯入荷载-位移分析模型;然后基于上述静力贯入位移分析模型,引进自适应遗传模拟退火优化反演分析方法,利用实测路基静力贯入荷载-位移曲线,建立基于静力贯入试验的路基压实度检测方法,并通过工程实例计算与现有方法进行对比分析。研究结果表明:该方法不仅可以检测路基压实度,还可以测定路基土体其他物理力学参数;由于静力贯入试验可移置到专用汽车以实现快速移动和检测,因此,该方法具有检测速度快和效率高的特点;该方法具有较强的合理性与可行性。

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考虑土体超固结特性及拉压模量的球孔扩张解答

饶平平,刘颖,宋忠强

中国公路学报. 2013, 26(5): 9-14.

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为了研究土体超固结特性、拉压模量及拉压泊松比差异等因素对球孔扩张的影响,将球孔扩张周围的土体分为弹性区和塑性区,在弹性区采用小变形理论,在塑性区采用大变形理论和修正剑桥模型,推导出考虑以上因素的塑性区半径、临塑扩孔压力以及极限扩孔压力的理论解答。研究结果表明:塑性区半径随着超固结比β的增大而逐渐减小,临界扩孔压力以及极限扩孔压力随超固结比β的增大而呈非线性增大;拉压泊松比v^-/v⁺越小,临界扩孔压力越大,塑性区开展半径越小;临界扩孔压力随着拉压模量比E^-/E⁺的增大而不断减小,塑性区半径随E^-/E⁺的增大而不断增大;考虑以上因素能更加经济、合理地指导工程设计。

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季节性冻土地区公路路基动应力测试

石峰,刘建坤,房建宏,田亚护,徐安花

中国公路学报. 2013, 26(5): 15-20.

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针对超载及冻土性质引起的路基冻胀翻浆问题,通过现场实测,对G109公路在重型交通车辆作用下,对不同深度、不同载重、不同车速的路基动态响应规律进行了研究,并对公路沿线的路基动态响应状态数据进行了长期观测,以便为室内试验和理论分析提供依据。研究结果表明:同一测点路基动应力极值在竖向上随深度的增加呈明显衰减趋势;车辆超载现象导致路基动应力增长趋势较为明显, 对于载重车辆而言,后轮下的动应力响应比前轮增长更为明显;随着车速增加,路基动应力有所变化,其与路面状况相关,应综合考虑车辆冲量和实际路基平整度2个方面;通过对现场车辆的土动应力实测数据统计分析,得到该路段公路路基土动应力取值范围为0~100 kPa。

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重载水泥混凝土路面极限轴载计算方法

王选仓,于伟,冯治安,胡朝州

中国公路学报. 2013, 26(5): 21-27.

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为了改进重载水泥混凝土路面设计方法,针对重载作用下水泥混凝土路面能承担的极限轴载问题,综合考虑最大温度梯度、可靠度系数、应力折减系数、综合系数及荷载作用位置等因素的影响,推导了重载作用下水泥混凝土路面极限轴载计算方法。通过改进的气温与路表温度转化关系式,重新计算确定了合理的最大温度梯度值;对现有规范各系数取值中存在的问题进行分析,确定了系数的合理取值;同时将荷载作用位置的影响纳入极限轴载计算分析中,得到了考虑荷载作用位置的极限轴载计算改进公式。研究结果表明:改进的最大温度梯度计算方法,其结果低于现行规范且更加合理;考虑轴载作用位置的极限轴载计算方法既符合工程实际,又能有效提高路面结构极限轴载承载能力。

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SMA温拌再生沥青混合料性能试验

季节,索智,许鹰,徐世法

中国公路学报. 2013, 26(5): 28-33.

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为了评价SMA温拌再生沥青混合料的性能,利用京沈高速公路(北京段)铣刨下来的废旧沥青混合料(RAP),按照厂拌热再生设计方法分别配制不同RAP掺量(质量分数分别为0,20%,30%,45%)下的SMA热拌及温拌再生沥青混合料;利用车辙试验、低温弯曲蠕变试验和冻融劈裂试验分别评价了混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性能;通过动态模量试验测试了其在不同频率(0.01,0.1,1,10 Hz)下的15 ℃动态模量,计算了混合料的抗车辙因子和疲劳因子,并评价了其抗车辙能力和疲劳性能。研究结果表明:温拌再生沥青混合料的高温性能和低温抗裂性能优于热拌再生沥青混合料,但其抗疲劳性能低于热拌再生沥青混合料,水稳定性能与热拌再生沥青混合料基本保持一致。

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低碳多功能电气石改性沥青制备及性能研究

王朝辉,李彦伟,李蕊,赵永祯,王鹏

中国公路学报. 2013, 26(5): 34-41.

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为改善沥青的低碳环保功能,选择压、热电材料电气石对沥青改性,制备电气石改性沥青,并采用电性能试验研究电气石改性沥青的压、热电性能,借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验分析其作用机理,采用动态剪切流变试验(DSR)、弯曲梁流变试验(BBR)和Brookfield旋转粘度试验,系统分析电气石掺量及类型对电气石改性沥青高温性能、低温性能和粘温特性的影响规律,在此基础上,对电气石改性沥青的低碳功能进行全面研究。结果表明:电气石添加到沥青后,其压、热电性能的发挥不受影响;电气石能明显改善沥青的高温流变性能,随掺量增加,电气石改性沥青的动态剪切流变性能逐渐升高, 电气石负离子粉(5 000 ions)改性沥青的高温性能最佳;电气石改性沥青低温性能良好,其粘度随电气石掺量的增加而增大,随负离子释放量的增大而降低;电气石改性沥青具有热拌减排、阻燃抑烟及净化空气等功能。

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流体加热道路融雪系统温-湿耦合融雪模型

徐慧宁,谭忆秋,SPITLERJD,周纯秀

中国公路学报. 2013, 26(5): 42-53.

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为准确分析流体加热道路融雪系统融雪特性,综合考虑融化雪水在道路结构中的传递对道路材料热物理性质的影响,建立了流体加热道路融雪系统温-湿耦合融雪模型;基于试验数据验证了融雪模型的准确性,揭示了融化雪水在道路结构中的传递对融雪过程的影响;在此基础上,采用仿真分析的方法建立了系统融雪过程运行控制图,并提出了融雪系统运行策略,为流体加热道路融雪系统的运行过程控制提供参考。研究结果表明:建立的温-湿耦合融雪模型可准确模拟实际融雪的各个环节;温-湿耦合融雪模型与温度场单场模型对融雪过程预测精度的差别主要体现于融雪时间及融后过程路表温度变化2个方面;融化雪水在道路结构中的传递显著改善了路表附近道路材料的热量传递能力;等效降雪速率和单位面积输入热负荷是影响融雪特性的最主要因素。

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基于演化谱理论的桥梁风致响应非平稳性分析

丁幼亮,周广东,李万恒,王晓晶,闫昕

中国公路学报. 2013, 26(5): 54-61.

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基于Priestley演化谱理论,并结合小波变换原理,在理论上推导了非平稳随机过程演化谱估计的小波时域函数加权和法,从小波时域函数的角度建立了演化谱估计时域方法,弥补了传统演化谱估计方法需要小波频域函数这一不足。在此基础上,对实测台风“麦莎”全过程以及润扬大桥悬索桥在台风“麦莎”作用下的抖振响应进行了演化谱估计,分析了台风全过程及其风致响应的时频特性。研究结果表明:小波时域函数加权和法是一种估计非平稳随机过程演化谱的有效方法;台风“麦莎”全过程表现为强度强非平稳、频率弱非平稳,脉动风的脉动能量在整个台风过程中变化较大但主要频率成分变化较小;润扬大桥悬索桥主梁的风致抖振响应表现为强度非平稳、频率平稳,振动能量变化剧烈但频率成分基本不变。

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基于有效惯性矩的钢纤维高强混凝土梁刚度计算方法

高丹盈,张明

中国公路学报. 2013, 26(5): 62-68.

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在13根钢纤维高强混凝土梁等幅疲劳试验基础上,探讨了等效应力比、钢纤维类型、钢纤维体积率、钢纤维掺入范围和混凝土强度对钢纤维高强混凝土梁挠度和刚度的影响,建立了基于有效惯性矩的钢纤维高强混凝土梁刚度计算模型及公式。结果表明:在高强混凝土梁中掺入钢纤维提高了梁的截面刚度,使疲劳荷载作用下高强混凝土梁跨中挠度减小15%~61%;基于有效惯性矩的钢纤维高强混凝土梁挠度和刚度计算结果与试验结果吻合较好。

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大跨度桥梁位移响应多目标等效静力风荷载计算方法

董锐,葛耀君,杨詠昕

中国公路学报. 2013, 26(5): 69-75.

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为把风荷载作用下的复杂结构动力计算转化为静力计算,根据大跨度桥梁结构的自身特点,以结构非约束节点的位移响应为等效目标,基于随机振动理论和结构动力学基本原理,采用耦合抖振分析方法,分别将竖向、水平和扭转方向的位移等效静力风荷载表达为结构振型矩阵、位移响应影响线矩阵、气动频响传递函数矩阵、抖振力功率谱密度矩阵和峰值因子的乘积。结果表明:根据荷载-响应之间的关系,采用该方法计算得到的等效静力风荷载为基于结构位移响应的大跨度桥梁多目标等效静力风荷载,且具有明确的物理意义;以主跨300 m的理想薄平板断面简支梁桥为例,验证了该方法的正确性和有效性。

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设置中央扣悬索桥的扭转自振分析

彭旺虎,邵旭东

中国公路学报. 2013, 26(5): 76-87.

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采用连续模型研究了设置中央扣悬索桥的扭转自振特性,建立了考虑跨中位移的分段主缆相容方程,以及跨中断面主缆纵向位移和中央扣、加劲梁变形的协调关系;应用哈密顿原理推导了扭转振动微分方程,求得振动频率方程和振型表达式,提取了决定自振特征的量纲一化参数,并作了参数分析;最后用里兹法推导了扭转基频的估算公式。研究结果表明:在反对称扭转振动时,主缆在中央扣前、后会产生反对称的附加缆力,从而提高该振型的频率;主缆弹性刚度与主缆重力刚度、加劲梁刚度之和的比值是悬索桥扭转特征的主导参数,决定了第1阶对称和反对称扭转振型的形态和排列次序;中央扣自身变形,以及加劲梁的侧向挠曲变形和扭翘变形都会减弱中央扣对主缆纵向位移的约束,在缆梁体系总体参数不变的前提下,中央扣刚度和跨中缆梁间距是影响反对称扭转基频大小的主要因素;2座属性各异的悬索桥基频计算结果验证了频率方程解、估算公式值与有限元结果吻合良好。

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考虑剪力滞和滑移效应的钢-混凝土连续组合箱梁自振特性

周旺保,蒋丽忠,余志武,黄志

中国公路学报. 2013, 26(5): 88-94.

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为了研究钢-混凝土连续组合箱梁自振特性,以哈密顿原理为基础,综合考虑连续组合箱梁剪力滞、滑移、剪切变形和转动惯量等多重因素的影响,推导出连续组合箱梁的控制微分方程及自然边界条件,提出一种能对工程中常用连续组合箱梁自振特性进行分析的计算方法。研究结果表明:构造的位移函数是正确和可靠的,所得计算公式比以往连续组合梁自振特性的计算理论有一定发展;界面滑移刚度对钢-混凝土连续组合箱梁自振频率影响很大,不能忽略;在剪力滞效应的作用下,连续组合箱梁的自振频率普遍减小,且剪力滞效应对连续组合箱梁自振频率的作用随频率阶次的升高而变大,随滑移刚度的增加而增大, 当阶次较高且滑移刚度较大时,剪力滞效应的影响超过5.5%,不可忽视。

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CFRP索股粘结型锚具锚固机理试验

侯苏伟,龙佩恒,诸葛萍,刘明虎

中国公路学报. 2013, 26(5): 95-101.

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通过分析传统内锥式碳纤维增强塑料(CFRP)索股粘结型锚具的锚固机理,提出锚固区CFRP索股内外层丝轴向拉应力分布不均匀,以及受荷端附近CFRP丝受到弯折及挤压应力过大等不利因素导致锚具锚固性能较差,据此提出改进措施是在受荷端锚筒内部预留一定长度不浇筑粘结剂或对锚具预紧。通过轴向静力拉伸试验,分别对传统及改进后锚具的锚固性能及影响因素进行研究,试验索股采用19根Ф5的CFRP丝。结果表明:预紧力对提高锚固性能作用很大;丝间距越小锚固效率系数越高;试件长于1.6 m时,长度对锚固性能的影响不大;受荷端锚筒内部预留一定长度不浇筑粘结剂,能解决受荷端附近CFRP丝受到弯折的问题;改进后锚具极限承载力为857.2 kN,对应的锚固效率系数提高到101.1%,比传统锚具提高了近20%。

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波形钢腹板组合箱梁振动频率分析与试验

冀伟,刘世忠,蔺鹏臻

中国公路学报. 2013, 26(5): 102-107.

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为了获得波形钢腹板混凝土组合箱梁弯曲振动频率的解析公式,运用能量变分法与Hamilton原理建立了该类型箱梁弯曲振动的控制微分方程和自然边界条件。利用控制微分方程,得到了3个广义位移函数W(x),φ(x),ξ(x)的表达式,并代入到相应的自然边界条件中,得到了波形钢腹板混凝土组合箱梁在简支体系下弯曲振动频率的解析公式。对解析公式分析可知,箱梁剪力滞效应、波形钢腹板的剪切效应以及两者的耦合效应是影响其弯曲振动频率的3个重要因素。采用有限元方法和室内模型试验验证了所得解析公式的正确性。研究结果表明:剪力滞效应与耦合效应对该类型箱梁弯曲振动频率的影响较小,而波形钢腹板的剪切效应对该类型箱梁弯曲振动频率的影响显著。

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PC箱梁桥三维徐变效应精细化分析

黄海东,向中富,郑皆连

中国公路学报. 2013, 26(5): 108-114.

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为实现大跨PC箱梁桥空间状态下的徐变分析,以初应变法的显式徐变理论为基础,利用有限元软件ADINA的材料二次开发平台建立混凝土徐变子程序,进而建立一种徐变度数值拟合的简化算法,以实现现有混凝土徐变预测模型与三维徐变分析的有机融合。以重庆江津长江大桥为例,通过实体模型与杆系模型的对比分析,研究箱梁剪力滞徐变耦合效应。结果表明:箱梁剪力滞效应对短期弹性变形影响较小(相差2.9％),但对长期徐变变形影响显著,较梁单元模型增大了24.5％。

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山区高墩T梁桥桥墩价值工程研究

罗晓瑜,陈艾荣,吴怀义,常成

中国公路学报. 2013, 26(5): 115-120.

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为实现山区高墩T梁桥桥墩的优化设计,引入价值工程理论,采用多元优化法及参数化建模手段对20~100 m高度的多种桥墩进行承载能力分析与优化研究,得到了满足二类稳定要求的墩型合理截面尺寸,并进行相应的桥墩抗推刚度规律及经济性能规律分析。在此基础上,以桥墩抗推刚度标准差为性能指标,桥墩总造价为经济指标进行组合,实现厦蓉线贵州境内多座桥梁的桥墩价值评估。研究结果表明:对于分幅的山区高墩T梁桥,桥墩高度为20~40 m范围采用双柱实心墩,桥墩高度为40~70 m随高度变化采用单柱实心墩或单柱空心墩,桥墩高度为70~100 m范围采用单柱空心墩时桥梁结构性能表现最优、经济性能最好,桥墩价值达到最大化。

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基于铰缝刚度的板梁桥铰缝损伤评价方法

周正茂,袁桂芳,田清勇

中国公路学报. 2013, 26(5): 121-130.

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为定量评价板梁桥铰缝损伤程度,假设铰缝间相对位移和铰缝剪力与铰缝刚度呈线性关系,而铰缝刚度又与铰缝损伤相关,提出了考虑铰缝刚度的铰缝损伤评价模型。该模型考虑了静载试验中常见的桥面布置多个荷载以及荷载偏心的情况;给出了铰缝剪力和板上荷载作用下铰缝处板位移以及铰缝剪力和铰缝刚度的表达式;对多组试验情况给出了最佳刚度估计值;提出了铰缝刚度、铰缝传力能力和铰缝刚度比3个指标用以评价铰缝的损伤程度。研究结果表明:铰缝刚度比λ_i作为评价损伤的指标最为理想,λ_i越大,铰缝越接近于完好;一般情况下,可以认为λ_i≥20时,铰缝为完好;λ_i≤10时,铰缝已破坏,应重做;10<λ_i<20时,铰缝发生损坏,可不必重做,但应进行维修;实桥静载试验应用表明该模型、指标和评价方法是合理的。

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寒区隧道不同类型冻土段隔热(保温)层铺设厚度计算方法

夏才初,范东方,韩常领

中国公路学报. 2013, 26(5): 131-139.

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为了给寒区隧道工程中隔热(保温)层的设计提供参考,采用理论分析、温度场数值模拟计算等手段,对不同类型冻土段隔热(保温)层厚度的初步计算方法进行研究。结果表明:洞口浅埋季节活动层段的保温层无法阻止围岩的冻融循环,在进行保温层设计计算时可不予考虑;多年冻土段隔热层厚度的计算应综合考虑围岩的初始地温、施工期间二衬混凝土水化热以及施工期间的洞内气温等因素,以保证计算结果的合理性;洞口年平均气温大于0 ℃和小于0 ℃两种情况下,非冻土段保温层厚度的计算方法也不同,应根据工程实际情况选择相应的计算方法。

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基于行人专用相位的交叉口信号控制优化模型

钱大琳,陈小红

中国公路学报. 2013, 26(5): 140-147.

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为解决未饱和状态下绿灯末期机动车与慢行交通之间的冲突,针对道路等级相差较大的两相位信号控制交叉口,在机动车信号灯兼控行人方案的基础上,对行人专用相位进行修改,提出了一种新的交叉口信号控制方案,并给出了该方案下行人过街延误计算模型以及信号配时参数优化模型,最后运用VISSIM仿真软件对北京市东直门外大街与三里屯路交叉口进行了模拟分析。结果表明:当次干道行人进口道慢行交通流量较大时,车均延误与慢行交通平均延误分别比实测数据降低约15.6%与4%,方案可行有效。

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面向出行者的城市出租汽车服务水平评价体系及指标计算

张绍阳,焦红红,赵文义,崔建明,梁月圆

中国公路学报. 2013, 26(5): 148-157.

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在分析国内外出租汽车服务评价的基础上,基于马斯洛需求理论,从出行者角度出发,提出构建包含快速乘车、安全乘车、舒适乘车和满意乘车4个层次的城市出租汽车服务水平指标体系,并建立各层次对应的表征指标,分别为平均等待时间、出租汽车安全系数、舒适乘车服务等级比率和满意乘车服务等级比率,给出了指标的定义和基于指标的服务水平分级方法;利用交通运输部推行的“城市出租汽车服务管理信息系统”中的数据,采用随机服务系统理论,将出租汽车服务过程抽象为排队模型,实现了平均等待时间指标的自动推算,并进行了实例验证。结果表明:提出的出租汽车服务水平评价方法及计算指标能够为城市的出租汽车定量管理提供有效参考。

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基于公交IC卡数据的公交客流统计方法

徐文远,邓春瑶,刘宝义

中国公路学报. 2013, 26(5): 158-163.

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为了获得准确可靠的居民公交出行信息,从而为公交系统的规划和优化提供数据支持,提出了基于公交IC卡数据的公交客流统计方法。结合公交系统GPS应用,建立了基于公交IC卡数据和GPS信息的时刻匹配上车站点判断方法;利用基于站点吸引权的下车站点判断方法对下车人数进行了推算,并针对单个乘客刷卡情况对居民出行情况进行研究,给出了基于刷卡间隔与换乘阈值的关系、换乘距离及运行方向的换乘识别方法,同时明确了符合居民出行情况的换乘参数确定方法。最后利用哈尔滨市现有公交IC卡数据、GPS数据及线路站点数据,对该方法的有效性进行了验证。结果表明:所提出的利用公交IC卡数据进行公交客流统计的方法是有效的。

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汽车制造企业从生产型制造到服务型制造的转型模式

方红卫,马建,刘科强

中国公路学报. 2013, 26(5): 164-169.

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针对中国制造业的困境和全球经济向服务经济转型的大趋势,为了探索中国汽车制造业向服务型汽车制造业的转型模式,采用商业模式理论和案例研究的方式,构建了汽车制造企业从生产型到服务型的转型模式,并通过实例分析了企业的转型过程。研究结果表明:传统汽车制造企业通过从提供汽车产品转向提供综合解决方案,从提供基础的售后服务转向提供基于汽车产品的全生命周期的服务转变,将有效促进汽车制造业的商业模式创新,从而加速传统汽车制造企业的转型。

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Plug-in并联式单电机混合动力汽车能量管理优化控制策略

秦大同,杨官龙,刘永刚,林毓培

中国公路学报. 2013, 26(5): 170-176.

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为了改善并联式单电机插电式混合动力汽车的能耗经济性,提出门限值与瞬时优化方法相结合的控制策略。建立能耗经济性的目标函数,采用遗传算法优化出电量消耗(CD)模式与电量维持(CS)模式切换的电池荷电状态(SOC)目标值、CS模式下电池SOC的上限值和下限值3个关键门限值参数;采用瞬时优化算法计算出机械无级变速器的最优速比及动态转矩分配值并在MATLAB/Simulink仿真平台下建立模型进行仿真。研究结果表明:在新欧洲行驶循环、城市测功器驾驶进程和高速路燃油经济测试循环工况下,采用控制策略的能耗经济性与采用门限值控制策略得到的结果相比有较大的提高。

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基于新型横向稳定杆的自卸车侧倾性能优化

伍文广,谷正气,米承继

中国公路学报. 2013, 26(5): 177-182.

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针对电动轮自卸车前、后桥运动不协调,侧倾性能差的现象,提出了一种新型长度可变、刚度可调节的非线性横向稳定杆。采用多体动力学方法建立了自卸车整车动力学模型,并进行了运动学性能和侧倾性能分析。结果表明:使用新型横向稳定杆的自卸车前、后桥运动不协调现象得到了解决,直线行驶性能提高了61.71%,侧倾性能提高了26.32%,驾驶人座椅侧向振动减小了7.1%;采用遗传算法对自卸车侧倾性能进行了优化,使侧倾性能提高了25%。

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驱动力分配控制对车辆转向行驶稳定性的影响

胡建军,刘辉,何铮斌

中国公路学报. 2013, 26(5): 183-190.

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为提高转向工况下四轮驱动汽车的行驶稳定性,分析了轴间和轮间扭矩分配特性,建立了四轮驱动汽车动力学模型,研究了驱动力分配对车辆转向行驶稳定性的影响,提出了基于横摆力矩的驱动力矩分配控制策略,并在单移线工况下进行控制性能仿真分析。结果表明:采用提出的驱动力矩分配控制策略,能根据车辆的行驶状态主动地分配后轴左、右轮的驱动力,有效抑制车辆过多转向和不足转向趋势,提高整车的转向性能和侧向稳定性。

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2013年, 第26卷, 第5期　刊出日期：2013-09-01

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