中国公路学报

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张玲,赵明华,马缤辉,雷勇,邓岳保

中国公路学报. 2013, 26(6): 1-8.

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为分析不同地基对其加固后的路基竖向承载力和竖向变形的影响,设计并完成了单纯软基、土工格室加筋地基、碎石桩复合地基和土工格室-碎石桩复合地基4组大比例室内模型试验,分析了经格室加筋垫层、碎石桩和土工格室-碎石桩加固后的路基竖向承载力和竖向变形变化规律。结果表明:经土工格室-碎石桩双向增强复合地基处治后的路基承载力大于单一碎石桩复合地基和单一土工格室加筋地基;土工格室加筋垫层具有良好的筏板和应力均化作用,从而使碎石桩桩顶沉降量明显减小,加筋垫层对路堤荷载下桩端沉降的影响不大;路堤荷载下,碎石桩桩顶沉降量小于同平面桩间土沉降量,大于桩端沉降量,以致路堤荷载下复合地基中桩间土先于桩体发生破坏。

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季节性冻土路基防冻胀技术研究

房建宏,李东庆,周家作,张坤

中国公路学报. 2013, 26(6): 9-14.

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为了研究季节性冻土地区的防冻胀措施及其效果,在G109国道青海省橡皮山段铺设了垫层不同的2个断面,即参照断面和试验断面,并对温度、含水量及路面变形数据进行了分析。结果表明:试验断面下的最大季节冻结深度小于1 m,小于天然地面下的季节冻结深度;在冷季期间,两试验段在冻结深度范围内的含水量较低,低于起始冻胀含水量;参照断面的变形比较稳定,路面有微小上升,而试验断面路面没有上升现象;在季节性冻土地区采用碎石路面垫层加隔水土工膜能有效减少季节冻深,并减小道路冻胀变形。

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低应力条件下不同密度的南宁膨胀土抗剪强度试验

肖杰,杨和平,李晗峰,唐咸远

中国公路学报. 2013, 26(6): 15-21.

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为获取浅层坍滑膨胀土边坡滑面的真实抗剪强度,设置不同干密度和低应力条件,用常规直剪仪对南宁膨胀土开展饱和快剪、固结快剪、慢剪和残余剪试验,并对干密度1.7 g·cm^-3的土样进行干湿循环饱和慢剪试验,系统研究了干密度、试验条件及方法对抗剪强度的影响。结果表明:干密度和应力条件对饱和快剪、固结快剪、慢剪的强度影响显著;低应力下饱和慢剪强度最小;3种抗剪强度线均呈非线性变化,宜用乘幂函数拟合;残余剪与干湿循环慢剪强度值较为接近;与规范法直线回归的残余强度值相比,低应力下的实测值仍小很多。根据该结果提出分析膨胀土坡浅层破坏时,选取土体抗剪强度参数的建议。

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黄土三轴试验的颗粒流数值模拟

李识博,王常明,王念秦,王钢城,姚康

中国公路学报. 2013, 26(6): 22-29.

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采用三维颗粒流软件(PFC^3D)对陇西地区相同含水率、不同围压和相同围压、不同含水率条件下(含水率为20%时,围压分别为0,50,150,300 kPa;围压为100 kPa时,含水率分别为2%,6.5%,13%)的黄土三轴固结不排水剪切试验进行了数值模拟,并与室内试验结果进行对比,得到了宏观的应力-应变曲线、应变能-轴向应变曲线以及微观的颗粒间应力场、位移场的变化规律。研究结果表明:法向刚度控制宏观变形模量,法向刚度与切向刚度之比控制泊松比,摩擦因数控制峰值强度,粘结强度控制不同含水率下抗剪强度中粘聚力大小;研究结果较全面地描述了黄土三轴试验从宏观到微观的全过程。

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阻燃剂对沥青与沥青混合料性能的影响

魏建国,谢成,付其林

中国公路学报. 2013, 26(6): 30-37.

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为了揭示阻燃剂种类和掺量对沥青与沥青混合料性能的影响规律,合理选择阻燃剂种类和掺量,首先采用极限氧指数和动态剪切试验分析了阻燃剂种类和掺量对沥青性能的影响;然后采用锥形量热仪试验,研究了阻燃剂对沥青混合料阻燃性能与路用性能的影响。结果表明:4种阻燃剂均提高了沥青车辙因子,降低了其延度,提高了抗老化性能,且降低了老化后软化点和延度降幅,DBDPO溴类、DPDPE溴类和APP膨胀类阻燃沥青极限氧指数较高;阻燃沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,提高了引燃指数,降低了烟释放量,其中DBDPO溴类、DPDPE溴类和APP膨胀类阻燃剂阻燃效果较好,ATH无机类阻燃剂抑烟效果较好;阻燃剂提高了沥青及沥青混合料高温性能,降低了其低温性能。

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基于散体力学的沥青混合料剪切模量预估

蔡旭,王端宜,黎侃,万成

中国公路学报. 2013, 26(6): 38-46.

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为研究沥青混合料的骨架特征与其剪切模量的关系,基于数字图像技术实现粗集料接触特性分析,提出以平均半径r作为混合料粗细集料分界点的动态划分方法,确定以最小计算粒径的23%作为接触阈值,结合散体力学理论与数字图像技术实现剪切模量预估模型的修正。结果表明:基于散体力学理论的均匀应变模型与静力学模型均能准确估算材料的剪切模量;剪切模量G^′较抗剪强度τ_D更能反映沥青混合料的抗车辙性能;单元面积内接触点数量S₁可作为衡量集料空间特性的指标;沥青性能决定了集料切向弹性刚度k_s与量纲一的刚度比值λ,同种沥青的混合料λ值基本相同。

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考虑环境因素的沥青路面疲劳开裂预估模型

周亮,凌建明,林小平

中国公路学报. 2013, 26(6): 47-52.

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为了延长沥青路面使用寿命,针对不同荷载环境与自然环境作用下的沥青路面疲劳开裂病害,依据疲劳开裂准则,得到了沥青路面结构层状况参数及荷载-轴型参数等预估变量,构建了考虑环境因素的沥青路面疲劳开裂预估模型。推荐采用“超限疲劳寿命折减率”作为沥青路面结构疲劳寿命折减评价指标,提出了沥青路面疲劳寿命折减评价步骤。结合上海地区7条道路,对不同荷载作用下路面结构疲劳寿命进行了计算。结果表明:当车辆荷载超限25%时,各条道路疲劳寿命折减了45%～50%;当荷载超限100%时,疲劳寿命折减了85%～88%。

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重载交通区连续下坡坡度危险度分级研究

雷斌,许金良,辛田,雷剑

中国公路学报. 2013, 26(6): 53-58.

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为了给重载交通区连续下坡路段设置安全保障措施提供理论指导,对此类路段的车辆运行特性及制动鼓温度变化特性等影响因素进行了研究。采用实地调研与理论分析相结合的方法,界定了连续下坡的属性,确定了重载交通区的典型车型,运用运行速度预测仿真软件和制动鼓温度预测模型,分析确定了一定限速条件下,对应不同纵坡坡度,制动鼓温度达到某一限值时车辆行驶的最小距离。研究结果表明:在重载交通区连续下坡路段,可将坡度危险度划分为4个等级,不同危险度等级对应不同坡长,并应采取相应的安全保障措施。

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组合荷载下单桩承载特性现场试验

赵春风,王卫中,赵程,邱志雄

中国公路学报. 2013, 26(6): 59-64.

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为了研究单桩在组合荷载作用下的承载特性,设计和加工了现场试验组合荷载加载装置,该装置可方便施加竖向荷载并保证桩顶水平位移不受限制。通过现场试验,研究组合荷载不同加载顺序下单桩的承载力、弯矩以及竖向荷载和水平荷载对单桩承载特性的相互影响。研究结果表明:预先施加水平荷载对单桩的竖向极限承载力影响较小,但相同竖向荷载下,单桩的沉降较大;水平荷载引起单桩上部侧阻力的减小,导致桩顶沉降增加;在水平荷载偏心距较小以及桩身自由段较小时,竖向荷载的预先施加减小了单桩的水平位移,提高了单桩的承载力;竖向荷载越大,桩身最大弯矩越小,竖向荷载有利于单桩水平承载性能的发挥。

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混凝土箱梁桥拓宽拼接后收缩和徐变引起的横向效应

方志,常红航,阳先全,袁怡

中国公路学报. 2013, 26(6): 65-72.

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为研究新、旧结构的混凝土收缩、徐变对混凝土桥梁横向拼接的影响,考虑上、下部结构共同工作,对不同加宽方案的预应力混凝土箱梁桥因收缩徐变引起的结构横向效应进行了分析。研究结果表明:是否考虑结构上、下部共同工作对拓宽桥梁结构的横向受力状态影响显著,且拼接后既有主梁内的横向和轴向效应远大于竖向效应;拼接后旧桥上、下部结构的承载力发生改变,实桥拼接后旧桥受力最不利墩柱的抗压承载力仅为拼接前的51%,箱梁跨中截面的抗弯承载力为拼接前的98%~108%,支座截面的抗弯承载力为拼接前的87%~96%;新旧结构上、下部结构共同工作效应及旧桥上、下部结构承载力的改变在这类桥梁加宽改造设计时应当考虑。

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箍筋锈蚀的配斜筋混凝土梁抗剪试验

张建仁,刘彬,王磊,马亚飞,张旭辉

中国公路学报. 2013, 26(6): 73-79.

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为研究箍筋锈蚀对配斜筋混凝土梁抗剪性能的影响,通过外加恒电流法加速钢筋锈蚀,进行了6根锈蚀梁和1根无锈蚀梁的抗剪试验,分析了相同剪跨比下箍筋锈蚀对其破坏形态、斜裂缝开展、挠度、钢筋受力及抗剪承载力等方面的影响。试验结果表明:在剪跨比为1.75的情况下,箍筋锈蚀和斜筋的存在对试验梁破坏形态影响较小,但随着锈蚀率的增加,弯剪斜裂缝数量减少,延伸长度变短;箍筋锈蚀引起的混凝土截面损伤对斜裂缝宽度开展、挠度及斜向开裂荷载均有显著影响;箍筋锈蚀对斜筋受力有较大影响,随着锈蚀程度的增加,斜筋承担的剪力相应提高;当箍筋锈蚀率小于7％时,试验梁抗剪承载力略有提高;在箍筋锈蚀率大于11％以后,配斜筋梁抗剪承载力下降幅度明显小于无斜筋梁;锈蚀梁的抗剪承载力有限元数值模拟结果与试验结果较为吻合。

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大直径变径桩横向承载特性模型试验

刘新荣,方焘,耿大新,吴泽军,纪孝团

中国公路学报. 2013, 26(6): 80-86.

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为研究变截面单桩在横向静载荷作用下的变形及承载特性,选取4根不同变径位置的模型桩,设计了可以在同一介质中同时完成4根桩的模型箱和模型加载设备,开展了变截面单桩横向静载荷作用下变形及承载特性模型试验研究。运用EVD,DPL等方法对桩周介质材料和填筑参数进行了测试与评价,测试分析了4种不同变截面位置的阶梯型变截面桩桩身拉、压应变曲线、桩顶水平荷载位移曲线。研究结果表明:变截面桩横向受力比直桩合理;变截面桩变径段长度占整个桩长40%~50%时效率最高,变径段长度超过桩长50%时,对提高桩横向承载力作用有限;桩顶荷载-位移曲线呈现典型的非线性特征。

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高斯过程动态响应面法及其在悬索桥结构可靠度分析中的应用

苏国韶,赵伟,燕柳斌,肖义龙,罗月静

中国公路学报. 2013, 26(6): 87-95.

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为解决复杂桥结构可靠度分析时存在的功能函数不能显式表达的问题,提出一种基于二次二阶矩法的的高斯过程动态响应面方法。该方法利用有限元分析程序构造少量训练样本,利用训练后的高斯过程回归模型构建响应面,实现小样本条件下功能函数及其导数的显式表达,通过构造合理的迭代方式,利用各迭代步的验算点信息不断修正响应面的拟合误差,动态提升响应面对失效概率贡献较大区域的重构精度,进而结合二次二阶矩法快速推求结构的可靠指标。利用数值算例与结构算例验证了该方法的有效性,在此基础上对鱼嘴长江大桥的静力可靠度进行了研究。研究结果表明:与传统响应面法相比较,该方法具有较高的计算精度与计算效率,且易与既有的有限元软件相结合。

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钢-混组合结构PBL剪力键疲劳寿命试验

卫星,肖林,邵柯夫,姜苏

中国公路学报. 2013, 26(6): 96-102.

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为研究反复荷载作用下钢-混组合结构PBL剪力键的疲劳性能,根据国内外钢-混组合结构中PBL剪力键构造特点,以开孔直径、钢板厚度和贯穿钢筋直径为影响参数,设计了6组24个PBL剪力键推出试验模型,进行三因素二水平的正交试验。以静载试验测得的极限承载力为标准,测试得到每组试件在不同荷载反复作用下各试件能承受的荷载循环次数,建立了残余滑移量与荷载作用次数关系曲线,确定了PBL剪力键疲劳损伤的3个阶段及与之对应的破坏形态。研究结果表明:可以用残余滑移量来描述PBL剪力键损伤的发展,并用以度量各种加载条件下的PBL剪力键的疲劳损伤和疲劳寿命。

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桥梁自激力脉冲响应函数及颤振时域分析

郭增伟,葛耀君

中国公路学报. 2013, 26(6): 103-109.

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为探讨基于自激力脉冲响应函数卷积积分列式的颤振时域分析中存在的问题,使用颤振导数的有理函数近似式推导出了自激力脉冲响应函数的具体形式,建立了基于自激力脉冲响应函数的桥梁颤振运动方程并给出了2种时域求解方案,通过讨论自激力脉冲响应函数的性质解决了颤振时域分析中结构初始响应失真以及积分时间步长如何设定的问题。通过对具有理想平板断面的简支梁的颤振分析发现:结构初始响应失真的现象是自激力中非线性卷积积分项的初始条件未知造成的,通过限定与自激力非定常特性相关的气动系数的下限可以有效解决该问题;时间积分步长会影响到基于自激力递推列式的颤振分析结果的精度,可以根据自激力时域模型中气动力系数及桥梁结构颤振形态估算所需的时步。

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橡胶支座对非规则连续梁桥地震反应的影响

魏标,崔睿博,戴公连,于向东

中国公路学报. 2013, 26(6): 110-117.

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为减小不等墩高的非规则连续梁桥的低墩地震损伤集中,研究橡胶支座布置对它的影响趋势,以5座非规则连续梁桥为研究对象,通过橡胶支座布置,使得不同墩高的桥墩刚度接近或相同,然后通过建立有限元模型,分析了桥梁的弹塑性地震反应,并进行了理论分析比较。研究结果表明:低墩采用柔性橡胶支座时,在低墩屈服之前,可以有效改善非规则连续梁桥的地震反应,减小低墩的地震损伤;在低墩屈服以后,改善效果明显降低,低墩仍然存在地震损伤集中;对于一座具体的非规则连续梁桥,首先需要根据设计地震输入,选择高、低墩的合理损伤状态组合,然后合理布置不同刚度的橡胶支座。

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悬索桥大型沉井排水下沉控制的关键问题分析

穆保岗,朱建民,龚维明,欧阳祖亮

中国公路学报. 2013, 26(6): 118-127.

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为了给悬索桥大型沉井的顺利排水下沉提供参考,针对大型沉井特点,分析了其与中小型沉井下沉控制方式的异同, 结合南京长江第四大桥和马鞍山长江大桥2个大型沉井的工程实践,探讨了首次下沉高度、下沉可行性指标以及开挖方式等关键问题对大型沉井下沉的影响。结果表明:大型沉井的首次接高高度受地基承载力和沉井自重应力水平的双重制约, 采用荷载板试验结果来评估接高期的变形过于保守;由于荷载模式和参数取值的偏差,使传统的下沉可行性指标适用程度降低;排水下沉初期为受力最不利阶段,沉井排水下沉的开挖方式必须考虑沉井结构的抗弯刚度。

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预应力混凝土薄壁高墩刚构桥梁极限承载力分析

李海青,杨万里,高璇

中国公路学报. 2013, 26(6): 128-134.

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为解决实体单元模型在大型复杂结构极限承载力分析时计算不收敛的问题,将预应力钢绞线和钢筋作为单元中的块,利用实体退化的板单元建模模拟混凝土材料,用Ohtani-Chen多重强化模型考虑混凝土的材料非线性,采用理想弹塑性模型考虑钢筋的材料非线性,用安全拉格朗日法考虑结构的几何非线性,对混凝土裂缝采用正交模型处理。模拟计算了一简支空心板梁的加载破坏过程,与实体梁加载试验结果具有良好的一致性,对一5跨连续预应力高墩刚构桥梁的极限承载力进行了计算,并与相同工程背景下采用通用ABAQUS有限元程序的分析结果进行比较。结果表明:所提方法能有效克服混凝土裂缝引起的计算不收敛现象,得到结构最终的破坏形态。

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城市道路环境中驾驶人应激响应时间特性

郭应时,王畅,付锐,袁伟,于鹏程

中国公路学报. 2013, 26(6): 135-142.

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针对城市道路环境中典型的应激场景,开发了虚拟仿真驾驶平台,对28名驾驶人的应激响应感知时间、判断决策时间和操作时间进行了分析,并以驾驶经验、年龄以及车速为自变量,分别建立了驾驶人感知时间、判断决策时间和操作时间预测模型。分析结果表明:驾驶人感知时间与车速呈指数函数关系,且熟练驾驶人的感知时间短于非熟练驾驶人,中青年组驾驶人的平均感知时间最短;驾驶人判断决策时间与车速之间关系不密切,但熟练驾驶人的判断决策时间长于非熟练驾驶人,青年驾驶人的平均判断决策时间最短;驾驶人操作时间与车速呈对数函数关系,且熟练驾驶人应激操作时间长于非熟练驾驶人,青年组驾驶人的平均操作时间最短。所建立的预测模型能够准确预测驾驶人的应激响应时间,总预测准确率达95%。

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基于多维联系数的城市路网交通拥堵态势监控模型

胡启洲,孙煦

中国公路学报. 2013, 26(6): 143-149.

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为了及时发现和动态预警城市路网交通拥堵态势,研究了城市交通拥堵态势的动态跟踪问题。针对城市路网交通拥堵问题,利用多维联系数理论进行了研究。在对交通拥堵的相关属性、变化规律、空间分布以及判别方式等进行综合分析的基础上,探讨了城市交通拥堵在路网上的形成机理;并根据城市路网交通拥堵特性和影响因素,建立了城市路网交通拥堵监控指标体系,然后利用多维联系数理论,在确定评估等级的基础上,建立了基于多维联系数理论的城市路网交通拥堵态势监控模型,最后进行了实例分析。结果表明:该方法具有较好的可操作性,能够为城市交通拥堵疏导决策支持系统的实际开发提供理论基础。

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高速公路施工区层级限速问题研究

于仁杰,马荣国,王俊凌,邓亚娟

中国公路学报. 2013, 26(6): 150-156.

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为确定高速公路施工区层级限速值,基于VISSIM仿真软件建立了双向四车道高速公路施工区多种限速仿真方案,在不同交通量、固定的大车混入率以及二并一的道路封闭形式条件下,分别对施工控制区中的警告区和上游过渡区的限速降幅值与安全性关系进行了对比研究。结果表明:2个控制区在相同交通量和限速方案条件下,车速降幅值与冲突率的关系不同;同一控制区内,相同交通量、不同限速方案条件下,车速降幅值与冲突率关系存在相似性,且每个交通量条件下都分别存在冲突率较低的车速降幅值,即控制区限速降幅的安全范围;不同控制区内,交通量条件不同,车速降幅值的安全范围亦不同;在警告区和上游过渡区内设定限速值时,应根据交通量合理选择。

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城市路网交通控制子区动态划分策略

别一鸣,王琳虹,王殿海,宋现敏

中国公路学报. 2013, 26(6): 157-168.

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为提高交通控制系统自适应水平,阐述了交通控制子区划分的研究现状,从系统性、科学性、快速性3个方面对现有成果进行了剖析;从交通控制系统整体角度出发,研究了子区划分与信号配时方案优化的内在联系,明确了二者所面向的道路环境、交通流环境、信息检测环境;以饱和度为指标将交叉口状态划分为低饱和、中饱和、准饱和、过饱和4个等级,并确定了每个状态等级交叉口的控制目标;根据子区划分与信号配时优化目标一致性的原则,建立了子区划分目标集,确定了各个目标的优先级别;建立了交通控制子区划分原则,提出了关联度模型与划分算法的建立思路;最后从策略层、理论层、算法层3个层面形成了交通控制子区动态划分框架体系。研究成果可以为关联度模型以及子区划分算法的建立提供指导。

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基于灰色理论和马尔科夫模型的城市公交客运量预测方法

杨琦,杨云峰,冯忠祥,赵现伟

中国公路学报. 2013, 26(6): 169-175.

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为保证城市公交客运相关政策及运力配置的科学性,分析了影响城市公交客运量的相关因素,并应用灰色理论对2004~2009年西安市的城市公交客运量进行了分析,构建序列累加生成数列,建立预测模型并进行了模型残差检验。以-15%,-3%,0,3%为划分阈值,将灰色理论模型的相对误差划分为3个状态区间,应用马尔科夫模型对灰色理论模型的预测结果进行修正,并与实际结果进行比较。研究结果表明:应用指数平滑法,西安市2010,2011年的城市公交客运量的预测结果分别为162 278万、169 867万人,预测误差分别为-3.511 2%,-3.074 0%;应用模糊线性回归模型,预测结果分别为163 976万、171 898万人,预测误差分别为-2.500 3%,-1.914 9%;应用灰色理论,预测结果分别为164 314万、172 458万人,预测误差分别为-2.299 0%,-1.595 4%。应用提出的方法,预测结果分别为166 933万、176 349万人,预测误差分别为0.743 2%,0.621 9%。可见,提出的方法精度较高,满足实际需求。

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基于COMSOL的混合动力汽车ISG电机瞬态温度场分析

杨阳,何强,秦大同,周安健

中国公路学报. 2013, 26(6): 176-181.

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为了分析ISG电机在混合动力汽车不同工作模式下的工作状态、发热情况以及冷却风速对电机温度场的影响,建立了ISG电机整体结构三维模型,给出了ISG电机边界条件,运用COMSOL软件在电机额定状态和峰值状态下对电机三维瞬态温度场进行了仿真计算,将仿真结果与电机温度试验数据进行对比,并在电机额定状态下对不同冷却风速下电机温度场进行了仿真计算。研究结果表明:电机最高温度出现在电机定子线圈上面;仿真数据和试验数据的一致性验证了该模型及其仿真计算方法的正确性;冷却风速对ISG电机温度场分布趋势影响不大,对ISG电机最高温度影响较大。

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半挂汽车列车横摆稳定性最优重构控制

杨秀建,康南,刘明勋,周鹏,戎纪绪

中国公路学报. 2013, 26(6): 182-190.

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为了研究半挂汽车列车横摆稳定性控制问题,以牵引车和半挂车的横摆角速度为控制目标,通过牵引车和半挂车的差动制动控制来改善整车的横摆稳定性。提出了基于约束加权最小二乘优化算法的制动力控制分配方案,实时优化协调分配各车轮的制动力,综合提高整车的横向稳定性。当制动器出现失效或部分失效时,控制系统实时调整控制效率矩阵,对剩余有效的制动器进行重构控制,最大程度地保证整车横摆稳定性,提高控制系统可靠性,并基于MATLAB/Simulink与TruckSim的联合仿真进行了开环操作试验分析。研究结果表明:所提出的控制方案能够综合提高半挂汽车列车的横向稳定性,且制动器失效时能够实现制动力的重构与再分配,保证了控制系统的可靠性。

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2013年, 第26卷, 第6期　刊出日期：2013-11-01

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