2014年, 第27卷, 第3期　刊出日期：2014-03-20

  

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道路工程
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  损伤沥青混合料渗透性模型与水稳定性试验

  崔新壮, 金青, 张娜, 刘乃科, 高智珺

  中国公路学报. 2014, 27(3): 1-10.

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  为研究沥青路面力学损伤与水损坏的相互驱动作用对损伤沥青混合料的渗透性和水稳定性演化规律的影响，利用由SPT（简单性能试验方法）试验得到的动态模量定义了沥青混合料损伤，并考虑试件尺寸效应，通过大量试验提出了基于超声波波速的沥青混合料损伤表征方法；通过渗透试验研究了沥青混合料损伤-渗透性模型，并通过汉堡模型试验研究了损伤和不良应力状态等对沥青路面水损坏的影响。结果表明：沥青混合料渗透性与压剪损伤呈开口向上的抛物线关系，随压剪损伤先减小后增大；沥青混合料渗透性与拉伸损伤呈Lorentzian函数关系，随拉伸损伤持续增大；损伤和不良应力状态对饱水沥青路面的水损坏有很大影响，特别是在湿热环境下；在对沥青混合料渗透性和水稳定性进行评价时应考虑沥青路面损伤对水损坏的影响，以反映全寿命周期内沥青路面性能的变化，同时要重视不良应力状态对路面运营状态的不利影响。
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  基于激光视觉的沥青路面构造深度测量方法

  周兴林, 蒋难得, 肖旺新, 冉茂平, 谢旭飞

  中国公路学报. 2014, 27(3): 11-16.

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  为了弥补沥青路面构造深度测量方法的不足，融合断面法和数字图像处理技术法，借助激光视觉前沿技术提出了一种新的基于激光视觉的沥青路面构造深度测量方法。基于三角法测量原理建立了激光视觉三维数学模型；根据测量需要提出了通用的图像处理方法；采用断面MPD估算实现构造深度测量，并进行了铺砂法对比试验。结果表明：该测量方法操作简单，设备价格适中，测量结果具有较高的精度和分辨率，测量数据三维直观，具有很高的工程实用价值。
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  基于耦合计算的土工格栅处治山区路堤细观机理研究

  王家全, 周健, 邓益兵, 黄世斌

  中国公路学报. 2014, 27(3): 17-24,31.

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  针对新旧路堤的不均匀沉降问题，结合山区高填方加筋工程，开发离散-连续耦合程序，局部加筋区域采用离散元PFC模拟，外围区域采用连续单元FLAC模拟，分析土工格栅在新旧路堤的受力分布，研究加筋区域土体细观参数的变化，揭示土工格栅处治新旧路堤的细观机理。结果表明：离散-连续耦合方法可作为精细化分析的有效手段；在沉降未达到稳定前，细观上加筋层孔隙率逐渐减小，接触数增大，滑动比变化十分剧烈，宏观上土体进一步压密，加筋层中的土工格栅拉力逐渐增大，筋材加筋作用开始显现；在沉降稳定后期，加筋层孔隙率进一步减小，部分区域孔隙率增大发生剪胀，滑动比数值均较小，一般在8%以下，宏观上表现为沉降已完成。
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  邻近斜坡静压沉桩挤土效应试验

  饶平平, 李镜培, 崔纪飞

  中国公路学报. 2014, 27(3): 25-31.

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  为了给邻近斜坡条件下的沉桩设计与施工提供参考，采用改装后的静力触探仪作为沉桩加载设备，对邻近斜坡沉桩挤土进行试验研究。试验装置主要由主体结构、加载系统、土压力测试系统以及位移量测设备组成，具有可确保模型桩连续贯入土体、实现对沉桩速率进行控制、实时监控桩侧挤土压力、动态追踪沉桩过程中桩侧挤土位移等特点。试验结果表明：在桩体贯入过程中，挤土位移的影响范围不断增加，桩周土体的位移模式也随之变化；距桩体及桩端较近范围内的土体，在桩体径向挤压和桩侧摩擦的共同作用下，产生了向下的位移；距桩体距离较远的土体，由于地表及斜边自由边界的存在，表现为竖向隆起位移；在沉桩达到一定深度后，后续沉桩对挤土位移影响较小。研究结果揭示了邻近斜坡沉桩挤土力学响应与坡体变形的内在机理，可为实际工程设计、施工参数设置以及挤土位移控制提供参考。
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  基于风险分析的路基设计洪水频率标准研究

  李家春, 张留俊, 田伟平, 郭平, 董强柱

  中国公路学报. 2014, 27(3): 32-38.

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  为制定科学合理的路基洪水设防标准，并为公路技术标准的修订提供理论依据，研究了路基洪水设防标准的制定方法和理论依据。在建立路基洪水风险评估模型的基础上，寻找近期与远期社会经济效益的平衡点，制定适合中国的技术标准。分析了全国水文特征的分异规律，将全中国分为3个大区，并结合中国社会经济发展现状、公路等级、地貌特征，根据风险模型提出了路基设计洪水频率标准框架，为标准修订提供理论依据。研究结果表明：仅由洪水频率控制的设防标准不能实现路基设防标准的统一，应当根据风险承受水平和水文特征制定标准。
桥梁工程
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  STC钢桥面铺装新体系的力学计算与实桥试验对比分析

  李嘉, 冯啸天, 邵旭东, 王懿, 曹君辉

  中国公路学报. 2014, 27(3): 39-44,50.

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  为解决当前钢桥面铺装层易破损及桥面钢结构疲劳开裂两大病害难题，提出了超高韧性混凝土（Super Toughness Concrete，STC）钢桥面铺装新体系，并首次应用于广东马房大桥上；采用有限元计算结果与第三方实桥检测数据相对比的方法分析了新体系的铺装效果。研究结果表明：钢-STC组合桥面结构大幅提升了桥面的刚度，新铺装体系正交异性桥面板各控制点的应变及竖向位移峰值降幅达46.82%~90.89%，改善效果远超过原有的沥青铺装；STC材料抗拉强度完全能满足最大拉应力7.97 MPa的受力要求；基于薄层STC的钢桥铺装新体系可以有效降低钢桥面结构的应力及变形，改善铺装层的受力状况，从而消除钢桥面疲劳开裂及铺装层开裂、车辙等风险。
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  钢桥塔涡激共振振幅允许值确定研究

  李加武, 张国强, 张波

  中国公路学报. 2014, 27(3): 45-50.

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  以南京长江三桥、江海直达桥方案Ⅰ以及江海直达桥方案Ⅱ为例，从主梁涡激共振的应力状态出发，推算了算例钢桥塔的弯曲涡激共振允许振幅，并研究了该振幅允许值与塔高的关系，总结出以塔高为参数的桥塔弯曲涡激共振允许振幅估算公式。研究桥塔自立状态弯曲涡激共振允许值时，参照钢主梁竖向涡激共振振幅达最大允许值时由振动引起的主梁控制截面竖向弯曲应力值占主梁钢材允许弯曲应力的比值，将该比值引入桥塔弯曲涡激共振振幅允许值的研究中。最后进行了算例桥塔的气弹模型风洞试验。结果表明：钢主梁竖向涡激共振弯曲应力最大允许值与主梁钢材允许弯曲应力的比值为一定值，钢桥塔弯曲涡激共振振幅达最大允许值时，振动引起的塔控制截面弯曲应力与塔钢材允许弯曲应力的比值也可认为是一定值；桥塔弯曲涡激共振最大允许幅高比约为0.12%；研究结果可为大跨桥梁索塔涡激共振允许振幅的确定提供参考。
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  冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱力学性能

  杨有福, 曹凯, 杨志泉, 林俊

  中国公路学报. 2014, 27(3): 51-58.

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  为了给寒区钢管混凝土结构的设计与施工提供参考，针对拱桥拱肋或桥墩中普遍采用的钢管混凝土，考虑冻融循环次数、核心混凝土立方体抗压强度等因素的影响，进行了冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱的试验研究。基于试验结果分析，提出了冻融循环作用后核心混凝土的本构关系，同时利用该本构关系建立了冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱的有限元分析模型，并与试验结果进行对比。研究结果表明：冻融循环作用后钢管混凝土轴压短柱的破坏形态和荷载-应变曲线总体上与未遭受冻融循环作用试件类似，但试件的承载力和组合弹性模量随冻融循环次数的增加而减小；有限元理论模型的计算结果与试验结果总体吻合较好。
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  附有结构“保险丝”构件的桥墩抗震性能试验研究及其应用

  谢文, 孙利民, 魏俊

  中国公路学报. 2014, 27(3): 59-70.

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  基于结构“保险丝”概念设计了不同形式桥墩，采用拟静力试验和数值方法研究了此类桥墩的抗震性能及耗能能力，验证了桥墩纤维模型及等效模型的适用性；将试验桥墩原型的纤维和等效模型应用于一座试设计的超大跨斜拉桥纵向地震损伤控制分析中，采用弹塑性方法并引入地震损伤指标评价了耗能型桥墩对桥梁地震损伤的控制效果，结合数值方法和试验结果验证了所提出的地震损伤控制新结构体系的有效性和可行性。结果表明：附有“保险丝”构件的新型耗能桥墩的抗震性能及耗能能力优于传统型独柱式桥墩；采用新型耗能桥墩的损伤控制策略可有效控制主塔损伤，使其满足地震损伤控制目标；桥墩柱间附加的“保险丝”构件不仅可提高桥墩刚度，而且对桥墩具有很好的耗能与保护作用。
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  CFRP板加固箱梁桥顶板在沥青施工高温作用后剥离破坏分析

  袁鑫, 张继文, 胡江贝

  中国公路学报. 2014, 27(3): 71-79.

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  为了研究沥青面层施工时高温对CFRP板加固箱梁桥顶板剥离破坏的影响，在室内对粘贴CFRP板前、后的钢筋混凝土梁进行了高温剥离破坏模拟试验和理论分析，开展了不同锚固方案下高温对粘贴CFRP板的钢筋混凝土试验梁碳纤维板剥离破坏形态研究。研究结果表明：经过高温阶段后粘贴CFRP板的试验梁在极限承载力发挥效力方面均比未粘贴CFRP板的提高，梁两端和跨中加压条同时附加螺栓锚固方案碳纤维板剥离时承载力发挥效力最显著；附加锚固试验梁剥离极限承载力与所分析的剥离极限承载力理论值接近。
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  偏轴应变法测试预应力钢绞线拉力的修正

  郑辉, 方志

  中国公路学报. 2014, 27(3): 80-85,91.

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  为使偏轴应变法能准确测试钢绞线所受拉力的大小，通过考虑钢绞线形状、泊松比效应等对偏轴应变与轴向应变的关系进行理论推导，并对4根7.5 m长、20根0.8 m长钢绞线进行张拉试验，采集了952个有效数据，基于理论推导及试验数据对钢绞线偏轴应变与轴心应变之间的关系进行了研究。结果表明：经理论推导由偏轴应变法得到的1×7Φ15.2钢绞线内力比其实际内力偏小5.73%；对于长、短钢绞线由偏轴应变法得到的拉力修正系数较为一致，通过Lorentz及Gauss函数拟合得出利用偏轴应变乘以名义弹性模量得到的计算应力比实测应力偏小约6.5%；综合理论推导及试验结果建议采用偏轴应变法测试钢绞线拉力时应乘以修正系数1.06。
交通工程
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  高速公路边缘率标线时间频率及角度与减速效果关系

  朱顺应, 张子培, 王红, 刘兵, 朱华军

  中国公路学报. 2014, 27(3): 86-91.

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  为了研究边缘率标线的时间频率及角度对行车减速的影响，选择30°，45°，135°和150°开展路上试验实证研究，对试验数据进行有无对比分析和有重复双因素方差分析。结果表明：4组试验中，角度布置值为150°时，驾驶人减速效果最明显，使得平均车速、85%位车速、车速标准差分别降低7.68，10.14，1.58 km·h^-1，驾驶人采取减速行为强度最大，减速度区间为[-0.25，-0.49]m·s^-2；角度值越大减速效果越明显，时间频率越大减速效果越明显；时间频率与边缘率标线角度对减速效果的影响存在协同交互作用。
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  高速公路隧道入口段照明安全阈值评价方法

  胡江碧, 李然, 马勇

  中国公路学报. 2014, 27(3): 92-99.

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  为了实现安全、低碳、节能的隧道照明条件，分析了驾驶人对隧道入口段照明的驾驶视觉需求特性及照明条件对驾驶人安全舒适性驾驶瞳孔面积变化率的影响；通过对山区高速公路24名典型车型驾驶人进行实车试验数据采集和分析，采用瞳孔面积变化率作为评价隧道入口段照明条件安全舒适性的指标，建立了驾驶人在隧道入口段瞳孔面积变化率、亮度折减系数及运行速度的逻辑回归模型；以瞳孔面积变化率20%作为表征驾驶人驾驶紧张程度和驾驶安全舒适性的阈值，并将其代入逻辑回归模型进行计算。结果表明：限速60 km·h^-1的隧道入口段驾驶安全舒适性照明亮度折减系数为0.028，比现行规范值要求高；研究方法和结论对高速公路隧道入口段照明设计和运行管理等理论、方法和实践具有参考价值。
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  求解基于路径的Logit型随机用户均衡模型的新算法

  周博见, 李旭宏, 何杰

  中国公路学报. 2014, 27(3): 100-107.

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  为了更高效地求解Logit型随机用户均衡模型，提出了一种改进的截断牛顿算法，该算法具有超线性的收敛速度。首先运用变量消去法，将Logit型随机用户均衡模型转化为一个无约束的最优化问题，再运用截断牛顿算法求解该最优化问题。在Sioux Falls网络上，对梯度投影法与改进的截断牛顿法进行了对比。计算结果表明：多数情况下，改进的截断牛顿法的计算效率高于梯度投影算法；在拥挤条件下，该算法的优势尤为明显。
汽车工程
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  基于效率优化的CVT重混汽车驱动控制策略

  杨阳, 巩慧, 秦大同, 苏岭, 林广宇

  中国公路学报. 2014, 27(3): 108-115,121.

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  为了提高CVT重度混合动力汽车（重混汽车）的整车燃油经济性，综合考虑发动机、ISG电机、电池和CVT的效率，建立了在各种驱动模式下的系统效率优化模型；在此基础上制定了电荷消耗型和电荷增长型2种不同的驱动方案，并以瞬时系统效率最优为目标制定了整车能量管理策略；基于MATLAB/Simulink平台，建立了CVT重度混合动力整车系统仿真模型，并在NEDC工况下进行循环仿真。结果表明：CVT重混汽车采用该控制策略比采用ADVISOR中的基线控制百公里油耗降低了10.42%，比动力性相当的传统汽车百公里油耗降低了39.77%，而且可以控制电池的荷电状态指标在合理的工作范围内变化。
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  生物柴油可压缩性计算及其对燃烧与排放的影响

  陈昊, 杨璐, 李江, 李阳阳, 耿莉敏

  中国公路学报. 2014, 27(3): 116-121.

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  为了研究生物柴油可压缩性对单缸柴油机燃烧与排放的影响，在不同燃油温度与压力条件下，计算生物柴油的密度、声速、弹性模量与可压缩性；采用台架试验手段研究不同生物柴油可压缩性对柴油机燃烧与排放的影响，对燃烧压力、放热率、排放（HC，CO，NO_x，碳烟）进行对比分析。研究结果表明：温度增加导致生物柴油密度、声速、弹性模量降低，可压缩性增强；生物柴油可压缩性的增强导致燃烧滞后，且峰值燃烧压力及峰值放热率降低；1 500 r·min^-1转速下，与0.49 GPa^-1相比，0.53，0.57，0.64 GPa^-1下的CO排放分别平均增加5.6%，36.1%和41.7%，HC排放分别平均增加12.2%，30.1%和70.3%，碳烟排放分别平均增加54.2%，100.0%和125.0%，NO_x排放分别平均降低6.1%，13.0%和23.2%；可压缩性对生物柴油燃烧与排放规律的影响显著。
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  乙醇汽油车行驶中的尾气遥感监测与排放因子分析

  李冰, 储江伟

  中国公路学报. 2014, 27(3): 122-126.

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  为研究哈尔滨市乙醇汽油车行驶中的尾气排放情况，采用遥感监测技术对该市市区内机动车实际行驶工况下的污染物排放进行了长期监测和分析；重点研究了行驶车速、负载和使用频率对排放因子的影响。研究结果表明：在哈尔滨市区主要的机动车排放污染来源于乙醇燃料车辆的排放，总数约占10%的高排污车辆的CO和HC排放量对总污染的贡献率分别达到37% 和53%，对NO_x的贡献近45%；较低的行驶车速、较大的负载和使用频率是导致车辆产生较高排放因子的主要因素。