中国公路学报

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中国公路学报. 2014, 27(12): 0-0.

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水泥土搅拌桩复合地基固结机理室内模型试验

章定文, 范礼彬, 刘松玉, 范连成, 邓永锋

中国公路学报. 2014, 27(12): 1-9.

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为了揭示水泥土搅拌桩复合地基的固结特性,进行了端承型水泥土搅拌桩复合地基和悬浮型水泥土搅拌桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测荷载作用下复合地基桩顶和桩间土沉降、桩顶和桩间土应力及软土中不同位置处的超静孔隙水压力,分析了2种复合地基的桩土应力比、桩体荷载分担比、超静孔隙水压力消散等变化规律的差异性。研究结果表明:端承型搅拌桩较悬浮型搅拌桩可以明显减少复合地基的总沉降量与工后沉降;由于桩土刚度差异导致的桩土差异沉降引起了桩间土承担的荷载向桩体转移,桩间土承担的附加应力减少,桩土应力比增大,桩体荷载分担比增加,进而加速搅拌桩复合地基的固结;端承型水泥土搅拌桩复合地基较悬浮型水泥土搅拌桩复合地基的桩土差异沉降大,桩间土荷载转移现象更加显著,固结速率也更快;水泥土桩在复合地基中的排水通道作用并不显著,但因其模量较桩间土大,因此可以在一定程度上加速复合地基固结。

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极限荷载下X形桩和圆形桩破坏形式对比模型试验

曹兆虎, 孔纲强, 周航, 王成青, 张笑彬

中国公路学报. 2014, 27(12): 10-15.

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为了推广一种新型横截面异形桩(X形桩)在高速公路等软基处理工程中的应用,对其极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式进行研究。首先基于透明土材料和粒子图像测速(PIV)技术,对等混凝土用量的X形桩和圆形桩竖向极限承载力特性进行了对比模型试验研究,分析了桩顶荷载-沉降规律、各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律,以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式;在此基础上分析了不同桩长下各类型桩的承载力与沉降特性。研究结果表明:X形桩的极限承载力约为等体积圆形桩的1.5倍;极限荷载作用下X形桩和圆形桩的桩端和桩侧土体破坏形式存在一定差异。

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温度作用下HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层防止反射裂缝性能

洪海, 程培峰

中国公路学报. 2014, 27(12): 16-22.

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为了降低沥青路面反射裂缝的产生和发展,对HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层、AC-16中粒式沥青混凝土面层、6%水泥稳定砂砾3种单独试件及其组合结构试件进行了不同温度下的冻融试验。通过温度收缩系数判断温度产生的应力大小及反射裂缝情况,并充分考虑温度下降过程中路面结构所处的应力松弛状态,进行了温度作用下防止反射裂缝的性能研究。试验结果表明:HDPE-橡胶粉改性沥青层作为应力吸收层具有极好的抗反射裂缝能力,能有效延缓沥青路面反射裂缝的发生,并验证了采用其作为应力吸收层铺设的沥青路面室内试验结果。

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基于1 mm精度路面三维图像的裂缝种子自动识别算法

彭博, WANG K C P, 陈成, 蒋阳升

中国公路学报. 2014, 27(12): 23-32.

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为了准确地检测路面裂缝,给路面养护管理、路面性能评价与预测、路面结构和材料设计提供参考,基于1 mm·像素^-1的路面三维图像对裂缝自动识别进行研究。首先,将源图像划分为8像素×8像素的子块以降低图像维度;其次,根据深度验证和对称性检测将8像素×8像素的图像子块识别为裂缝子块(即裂缝种子)或非裂缝子块;然后,根据深度和方向相似性连接裂缝片段;最后,设计去噪算法消除孤立噪声,获得裂缝图像。结果表明:所提出的算法具有较高的准确率(均值92.75%)、召回率(均值58.93%)和运行速度(平均2~3 s·张^-1),以71.15%的F值优于Otsu分割,Canny边缘检测和另一种子识别算法。

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钢锚箱栓钉剪力连接件群钉效应及抗剪承载力计算方法

周绪红, 逯文茹, 狄谨, 秦凤江, 赵敏

中国公路学报. 2014, 27(12): 33-45.

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为了深入研究钢锚箱栓钉群钉剪力连接件的受力特性,对其群钉效应及主要影响因素进行了有限元分析,进而考虑由群钉效应所引起的单钉平均抗剪承载力降低现象,给出了计入承载力折减系数的群钉连接件抗剪承载力计算公式。研究结果表明:群钉效应将导致栓钉连接件单钉平均抗剪承载力和抗剪刚度显著降低及栓钉传力不均匀现象,同时也将造成栓钉轴向应力的变化,但对栓钉剪应力和弯曲应力水平及其分布形式无明显影响;随着栓钉层数的增加,栓钉单钉平均抗剪承载力及抗剪刚度逐渐减小;当栓钉层间距由2.3倍栓钉直径增加至13.6倍栓钉直径时,栓钉单钉平均抗剪承载力先增大后减小,单钉平均抗剪刚度逐渐降低;当连接件的破坏形态为栓钉的弯剪破坏时,混凝土强度等级的提高对群钉连接件抗剪承载力影响较小,但可提高其抗剪刚度;提出的栓钉群钉连接件抗剪承载力计算公式可为钢锚箱栓钉群的合理布置提供理论依据。

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基于健康监测的桥梁结构损伤预后和安全预后研究进展及挑战

宗周红, 钟儒勉, 郑沛娟, 秦中远, 刘琦齐

中国公路学报. 2014, 27(12): 46-57.

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为解决桥梁结构健康监测系统不易对早期损伤识别的问题,首先阐述了基于健康监测的损伤预后和安全预后的基本概念,讨论了损伤预后和安全预后的基本理论框架,包括监测系统、物理模型及预后模型3个部分;其次综述了基于模型预后技术、数据驱动预后技术等的研究进展及应用,最后提出了基于健康监测的桥梁结构损伤预后和安全预后面临的挑战。综合分析表明:基于知识发现、神经网络、统计分析、物理模型及其混合系统等是潜在的有效解决方法;基于多元混合的预后方法将是未来预后技术的主要发展方向之一,损伤及安全预后技术将是克服健康监测技术瓶颈的有效方法之一,可供桥梁结构健康监测、运营养护和维修加固参考。

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不同加载速率下钢筋与混凝土间粘结性能试验

张伟平, 罗丹羽, 陈辉, 顾祥林

中国公路学报. 2014, 27(12): 58-64.

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为探索不同加载速率下变形钢筋和混凝土之间的粘结性能,通过37个试件的偏心拉拔试验,实时采集加载过程中的粘结-滑移关系数据,分析了加载速率、保护层厚度、钢筋位置、箍筋和粘结长度等因素对破坏形态、粘结强度及相对滑移的影响。研究结果表明:随着加载速率的增大,混凝土抗拉强度提高且混凝土径向裂缝发展滞后,试件由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出破坏转变,劈裂破坏试件的粘结强度提高;在相同加载速率下,随着保护层厚度的增大,试件也会由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出破坏转变;箍筋的配置对破坏形态影响不大,但能提高粘结强度,减小峰值滑移量。

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硫酸盐作用下轻骨料混凝土受压细观裂纹扩展及演变规律

高英力, 龙杰, 张海伦, 李友云

中国公路学报. 2014, 27(12): 65-72.

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为了给轻骨料混凝土在桥梁中的拓展应用提供理论基础,利用一级粉煤灰等体积取代30%普通砂,硅灰等质量取代10%水泥,并用破碎型和圆球型页岩陶粒制备了2种轻骨料混凝土。通过强度试验、工业CT试验、硫酸盐溶液干湿循环等试验,对抗蚀性、断面CT数、裂纹演变规律、裂纹增速影响因子进行了研究,分析了轻骨料混凝土在硫酸盐腐蚀作用下,细观裂纹扩展及动态演变规律。结果表明:在质量分数为5%的Na₂SO₄溶液作用下,干湿循环50次后,破碎型和圆球型页岩陶粒轻骨料混凝土抗蚀系数分别为普通混凝土的1.12倍和1.17倍,且其破坏面主要表现为贯穿骨料破坏;试样从微裂纹产生到整体破坏大体可分为压密、裂纹萌生发展、裂纹扩展贯通和破坏4个阶段;随着干湿循环次数的增加,轻骨料混凝土裂纹增速影响因子和弹性模量损失均小于普通混凝土,且破碎型轻骨料混凝土略大于圆球型轻骨料混凝土。

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FRP加固受损RC梁受弯剥离承载力预测模型

谢建和, 孙明炜, 郭永昌, 刘毅锋, 刘江辉

中国公路学报. 2014, 27(12): 73-79.

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以纤维增强复合材料(FRP)片材加固受损钢筋混凝土(RC)梁为研究对象,探讨该类加固梁受弯中部剥离承载力的预测模型。通过建立加固梁弯曲主裂纹根部FRP-混凝土界面裂纹尖端的力学分析模型,基于断裂力学理论推导了界面裂纹能量释放率的计算公式;以界面断裂能作为剥离判据,提出了一种既考虑加固件弯剪内力的影响,又能直接计算中部界面剥离承载力的预测模型。制作了19根矩形RC梁,通过试验研究了损伤程度、剪跨比和碳纤维增强复合材料(CFRP)厚度等参量对加固梁剥离荷载的影响。结果表明:利用提出的计算模型可以较好预测CFRP加固RC梁的中部剥离破坏,预测结果偏安全;随着剪跨比的减小和CFRP厚度的增加,加固梁的抗剥离荷载明显提高,但当加固梁的剪跨比大于2.5时,其破坏模式并无明显变化;RC梁在受弯荷载作用后的既有损伤程度对CFRP加固后的抗剥离承载力影响不大。

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新型碳纤维索股锚固体系理论与试验研究

诸葛萍, 丁勇, 侯苏伟, 强士中

中国公路学报. 2014, 27(12): 80-87.

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为实现对碳纤维增强复合材料(CFRP)索股的科学锚固,促进CFRP索股在土木工程特别是桥梁工程中的应用,开发了复合式CFRP索股粘结型锚固体系,建立了复合式CFRP索股粘结型锚固体系计算理论和设计准则,并对该体系进行了优化设计;通过静载张拉试验对新型锚固体系的综合锚固性能进行了实测,并根据试验结果对设计计算理论的可靠性进行了验证。结果表明:新型锚固体系锚固区压应力分布更加合理,其分布较传统锚具有着根本性的变化;锚固区粘结应力沿轴向分布较传统锚具更加均匀,受荷端无应力集中现象,新型锚固体系能使各CFRP筋均匀受力,锚固效率系数超过95%。

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短时预测下的单点交叉口无模型自适应控制方法

郭海锋, 程君, 方良君, 彭起涛

中国公路学报. 2014, 27(12): 88-95.

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为使单点信号控制方案能够对交叉口的交通状态趋势进行有效预测,使其更好地适应交通状态的动态变化需求,提出了一种短时预测下的单点交叉口无模型自适应控制方法。首先依据历史交通流量数据对交叉口的交通状态进行界定,制定交叉口交通状态-信号周期模板;然后以15 min为时间间隔对交通流的发展趋势进行预测,进而依据预测的交通状态确定未来15 min的战略信号周期,同时对每个信号周期和各相位的绿信比进行小步距调整,以期逐步降低单点交叉口的饱和度。研究结果表明:提出的方法能够对未来15 min的交通状态趋势进行有效预测,且在控制过程中既能够从宏观上事先调整控制方案以适应交通流的发展趋势,又可从微观上对配时参数进行小步距微调,满足相位间需求的差异性。

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四车道高速公路跟驰换道模型与参数激励

刘有军, 李可, 余俊, 田路, 周治稳

中国公路学报. 2014, 27(12): 96-105.

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为了更真实地反映四车道高速公路中车辆的跟驰换道行为,分析了侧向车辆和车道功能对驾驶人反应认知过程的影响,构建了考虑车道功能划分的跟驰换道模型,并结合服务水平对参数进行了标定。在此基础上研究了密度、慢车比例对2种车道划分方式(行车道加行车道、快车道加慢车道)的参数激励。结果表明:2种车道划分方式下,密度和慢车比例对流率的影响具有一致性,而对换道率和速度的影响则存在显著的差异性,从而论证了在交通流特性研究中,对车道进行功能划分的必要性。

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基于小波方程的高速公路交通事故自动检测方法

尹春娥, 陈宽民, 万继志

中国公路学报. 2014, 27(12): 106-112.

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为了提高高速公路交通事故检测效率并降低误警率,提出了一种基于小波方程的高速公路交通事故自动检测方法。定义了能够反映占有率和速度累积变化的小波方程,构建了事故检测统计量集合,利用突变值确定了最优检测统计量。考虑到检测阈值在不同交通运行状态下对检测效率的影响,通过引入误警贡献度的概念,建立了期望误警率、检测统计量标准差、误警贡献度间的函数关系,提出了一种检测阈值自适应变化策略。研究结果表明:基于小波方程的事故检测算法具有较高的检测率和较低的误警率、以及更快的平均检测时间,在综合各种交通运行情况下,平均检测率可达到94%,误警率可降至1%;自适应阈值策略对事故检测效率影响显著,对交通运行环境的变化具有较强的适应性。

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发动机冷却风扇叶顶间隙泄漏流动特性试验

芮宏斌, 魏朗, 刘凯, 林广宇

中国公路学报. 2014, 27(12): 113-119.

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为了研究车辆发动机冷却风扇叶顶间隙泄漏流动特性,通过试验测量了典型叶顶间隙区域的3种流动结构在工作静压力50~250 Pa、转速0~2 500 r·min^-1、叶顶间隙高度一定时的泄漏量和膨胀空腔内压力分布。通过与数值模拟计算结果对比分析,研究了压力和转速对叶顶间隙泄漏特性的影响规律及间隙泄漏流动机理。结果表明:数值计算可有效预测叶顶间隙的泄漏量和膨胀空腔压力;低压条件下,叶顶间隙泄漏量随导流环转速增加而降低,随着分隔翅片数增加到某一数值,转速对泄漏量的影响不再变化;膨胀空腔内压力沿流动方向逐渐减小,径向压力没有变化,导致泄漏射流流向改变的主要原因不是径向压力差驱动,而是粘性内摩擦力作用。

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短切碳纤维与工程机械翻新轮胎胎面胶复合强化技术

王强, 齐英杰

中国公路学报. 2014, 27(12): 120-126.

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为了增强工程机械翻新轮胎胎面的耐切割、抗崩花掉块及耐磨等性能,根据复合强化理论,将短切碳纤维材料和工程机械翻新轮胎胎面橡胶材料的应用相关联,设计了适合短切碳纤维增强体和胎面橡胶基体的粘合体系,及合适的短切碳纤维增强胎面橡胶的配方和共混工艺,并在翻新轮胎胎面胶中添加不同长度和质量分数的短切碳纤维,对增强后的胎面橡胶进行了拉伸强度、撕裂强度、弹性模量、断裂伸长率、硬度、阿克隆磨耗等性能测试,并与未添加短切碳纤维的普通胎面橡胶进行了性能对比。研究结果表明:当短切碳纤维长度在6 mm、质量分数在7%左右时,对胎面橡胶的增强效果最为明显。通过实际应用验证,设计的短切碳纤维增强工程机械翻新轮胎胎面的耐切割、抗崩花掉块及耐磨等性能较普通翻新轮胎有了较大的提高,工程机械翻新轮胎的使用寿命得到进一步提升。

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中国公路学报. 2014, 27(12): 127-127.

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