2015年, 第28卷, 第4期　刊出日期：2015-04-20

  

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  中国公路学报. 2015, 28(4): 0-0.

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道路工程
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  重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型

  张锋, 冯德成, 凌贤长, 李琼林

  中国公路学报. 2015, 28(4): 1-12.

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  为了研究路面不平度激励下移动重载汽车、路面结构和路基的动力相互作用, 将重载汽车简化为由弹簧和阻尼器并联的匀速移动多自由度刚体模型, 面层简化为离散基层块体支撑的带内部阻尼连续薄板模型, 基层简化为支撑于粘弹性路基上的离散块体模型, 并采用Wilson-θ法对建立的重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型求解, 同时验证模型的可靠性。研究结果表明:移动重载汽车产生的动力效应显著, 五轴汽车产生的轮胎接地力和路面动位移最大, 随着后轴轴重的增加, 轮胎接地力和路面位移呈线性增加;随着行车速度增加, 轮胎接地力峰值和路面动位移峰值增加, 但路面动位移均值变化较小;路面不平度等级由A级降为D级时, 轮胎接地力放大倍数增大了1倍多, 且路面动位移峰值增幅达72%;路基刚度对轮胎接地力影响较小, 但路面位移的影响则较为显著。
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  南京地区砂砾卵石土压实特性的离散元模拟

  吴跃东, 罗如平, 王维春

  中国公路学报. 2015, 28(4): 13-18,26.

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  为了探究南京地区砂砾卵石土的压实特性, 基于离散元数值分析软件PFC^2D, 模拟了砂砾卵石土的击实试验及加州承载比(CBR)试验的试验过程, 分析了砂砾卵石土含石量及颗粒粒径对其压实特性的影响。通过与室内试验的对比验证了离散元法分析砂砾卵石土压实特性的可行性, 并根据模拟结果提出了工程中建议采用的土石比例区间。结果表明:砂砾卵石土的孔隙率随着含石量的增加先减小后增大, 随着颗粒粒径的增大而不断减小;砂砾卵石土CBR值随着含石量的增加先增大后减小, 随着颗粒粒径的增大而不断增大;砂砾卵石土含石率在70%～80%时, 能达到最佳压实效果。
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  循环荷载下混凝土单桩-冻土流变效应试验

  吴亚平, 刘亚尊, 谢长群, 孙建忠, 牛富俊

  中国公路学报. 2015, 28(4): 19-26.

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  为明确冻土地区混凝土桩基在循环荷载作用下桩土流变效应对桩端位移、桩端阻力以及桩侧冻结应力的影响, 利用在冻土中的混凝土模型桩顶端施加正弦波循环荷载的方法, 包括改变循环荷载大小、加载频率和冻土温度, 开展了循环荷载下桩土流变效应的研究。结果表明:循环荷载大小、荷载频率及冻土温度是影响混凝土单桩-冻土流变效应的主要因素;冻土流变效应的存在, 致使桩侧冻结应力随时间推移而降低, 而桩端阻力逐渐变大;荷载频率增大, 桩侧冻结应力也随之变大, 而趋于稳定的时间较短;温度升高, 桩端位移就越大, 桩侧冻结应力越小, 其趋于稳定所需时间也较长;对于多年冻土区桩基础, 在设计及运营中应尽量保持及降低冻土的负温, 降低荷载频率。
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  基于双目视觉的公路边坡表面位移识别方法

  许薛军, 张肖宁

  中国公路学报. 2015, 28(4): 27-34.

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  针对目前公路边坡位移识别方法的不足, 分析了基于双目视觉的公路边坡表面位移识别方法。在边坡表面设置一定数量的监测目标点, 利用2台固定的摄像机采集边坡图像, 采用亚像素搜索算法提取监测点的图像坐标, 通过像平面坐标系、摄像机坐标系、测量坐标系之间的转换关系, 计算监测点的三维坐标, 识别边坡表面位移, 并进行了可行性模拟验证。结果表明:监测点的计算位移值与实际值基本吻合, 相对误差为2.02%, 9组样本试验的标准差为0.832 mm, 测点误差值小于±1,±1.5,±2 mm的比例分别为65%,89%,98%。
桥梁工程
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  桥面板分片子结构模态柔度综合理论与试验

  周云, 蒋运忠, 谢利民

  中国公路学报. 2015, 28(4): 35-43,51.

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  为了研究桥面板分片子结构模态柔度综合的理论和实现方法, 对2种进行动力计算分析模态柔度的方法以及其一致性进行了介绍。利用这2种方法获取不同子结构的质量归一的振型, 并对子结构振型进行拼接得到整体结构的振型, 进一步得到整体结构模态柔度(称为分片子结构模态柔度综合技术)。通过简支混凝土板的数值试验和实际钢-混凝土组合梁桥的真实试验, 验证了利用分片子结构模态柔度综合技术测试识别桥面板模态柔度的可行性。在进行分片子结构模态测试的基础上, 将单点输入多点输出(SIMO)子结构综合的模态参数与多点输入多点输出(MIMO)得到的整体结构模态参数进行比较。结果表明:单点输入单点输出(SISO)、SIMO和MIMO方法均能准确获取桥梁结构激励点的模态柔度系数, 并能通过子结构振型拼接的方法获得与静力方法相差很小的模态柔度矩阵, 可作为传统卡车加载测试有效补充的新型桥梁测试方法。
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  三角刚架斜腿约束作用及影响系数实用计算方法

  刘来君, 杨雨厚, 陈永瑞, 郝天之

  中国公路学报. 2015, 28(4): 44-51.

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  为研究三角刚架斜腿对系梁预应力约束作用的量化影响, 通过揭示其作用全过程, 引入基本假设, 基于混合法推导出对称三角刚架斜腿约束作用影响系数的计算公式, 通过拆合过程, 进一步提出了非对称三角刚架的影响系数实用计算方法, 并进行了工程实例验证分析。研究结果表明:斜腿约束作用为三角刚架固有特性, 其影响系数仅与截面尺寸、材料、几何形状有关;约束作用影响系数的公式计算结果与有限元分析结果及模型试验结果相对误差在5%以内, 可满足工程精度要求;消除斜腿约束作用不利影响的最优解决方案是在设计中提高系梁预应力的张拉控制力, 若设计时未考虑, 也可在施工中采取分段浇筑系梁混凝土或在斜腿中预留后浇带的方法解决。
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  表层嵌贴CFRP-混凝土界面粘结性能简化分析

  郝海霞, 张建仁, 高勇, 彭晖, 蔡长丰

  中国公路学报. 2015, 28(4): 52-59.

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  为深入研究表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构的界面粘结性能, 采用试验与理论分析相结合的方法, 分析了混凝土强度、粘结长度和槽边距等因素对界面粘结性能的影响, 提出了考虑残余摩擦力的三折线粘结滑移本构模型, 并将其简化为无上升段的双折线模型, 建立了其界面粘结应力微分方程, 通过求解方程得出了解析解的一般形式, 推导出界面粘结应力、界面滑移量的分布函数, 进而得到了界面粘结承载力的计算公式。最后通过试验对双折线粘结滑移模型进行了验证, 并与三折线粘结滑移模型进行了对比分析。研究结果表明:由简化的双折线粘结滑移模型得到的界面粘结行为曲线和基于三折线模型的差异不大, 并与试验结果吻合较好;提出的简化分析方法能够较好地描述表层嵌贴CFRP与混凝土的粘结行为。
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  大跨度钢拱桥吊杆减振的新型电涡流TMD开发与应用

  雷旭, 牛华伟, 陈政清, 汪志昊, 周帅

  中国公路学报. 2015, 28(4): 60-68,85.

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  针对吊杆频率低、阻尼小、易发生风振的弱点, 以厦深线榕江特大桥钢吊杆为工程背景, 首先通过风洞试验、理论分析和现场实测评估了吊杆的抗风稳定性以及减振设计所需参数。然后基于被动控制和电涡流耗能原理, 采用等强度悬臂梁开发了一款耐疲劳、免维护的新型电涡流TMD(被动调谐质量阻尼器)用于改善吊杆风振性能。最后通过强迫振动法实测了吊杆-TMD系统的等效阻尼比以评估其减振效果。试验结果表明:开发的新型减振系统可以使长吊杆强轴(横桥向)和弱轴(顺桥向)的阻尼比分别达到1%和3%以上, 完全满足台风区钢拱桥吊杆减振的需要。
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  内置劲性骨架的PC箱梁桥合龙段时变性能分析

  王凌波, 郑斐

  中国公路学报. 2015, 28(4): 69-75.

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  为了给悬臂施工的大跨径PC箱梁桥截面设计验算和服役桥梁评价提供参考, 针对悬臂施工混凝土桥梁合龙段施工时的内置劲性骨架施工方式, 考虑骨架对截面刚度及截面面积产生的影响, 将内置劲性骨架的梁段转换为混凝土材料;采用数值分析方法, 对内置劲性骨架合龙段箱梁结构内力时变的影响进行分析,并按照子模型法分析了合龙段劲性骨架影响区的应力时变影响。结果表明:虽然采用内置劲性骨架进行桥梁结构合龙的成桥内力较优, 但随服役运营时间的增长, 内置劲性骨架吸收有效预应力现象逐渐突显, 导致合龙段箱梁截面混凝土有效应力不足;骨架刚度越大, 混凝土压应力储备越小, 严重时会在桥梁运营过程中导致跨中下挠及开裂,此现象应引起设计和复核验算的重视。
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  PC与RC空心墩抗震性能试验对比

  王军文, 张伟光, 艾庆华

  中国公路学报. 2015, 28(4): 76-85.

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  为研究PC空心墩的抗震性能, 设计制作了3个PC空心墩(1个整体式和2个装配式), 并用1个RC空心墩作为对比试件, 对4个试件进行了拟静力试验。基于试件的破坏特征、滞回性能、曲率分布、剪切变形等试验结果, 详细比较了RC及PC整体式、PC装配式空心墩的承载力、刚度、延性、耗能、复位能力等抗震性能, 分析了预应力轴压比对空心墩抗震性能的影响。研究结果表明:RC空心墩中布置无粘结后张预应力筋可以有效降低残余位移, 对累积滞回耗能影响不大, 但可减小等效粘滞阻尼比;布置耗能钢筋的PC装配式空心墩的自复位能力较强, 曲率分布和剪切错动主要集中在墩底接缝处, 其损伤程度比整体式空心墩轻的多;预应力轴压比过大可导致保护层混凝土提前被压碎, 使空心墩屈服后出现负刚度。
交通工程
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  停车让行交叉口机动车接受间隙和拒绝间隙分布特征

  马万经, 叶新晨, 廖大彬, 白玉

  中国公路学报. 2015, 28(4): 86-93.

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  为了给出停车让行交叉口机动车的临界间隙值, 调查了上海市不同区域(中心区、郊区等)和不同类型(十字形、T形)的14个交叉口, 提取各交叉口不同流向(主路左转、支路直行、支路左转)交通流之间的穿越行为特征数据。基于Raff方法和极大似然估计法, 对接受间隙和拒绝间隙数据进行统计分析, 从而获得了不同类型交叉口不同流向的临界间隙值, 将实测值与HCM2010中的推荐值进行比较。统计分析结果表明:T形交叉口和十字形交叉口的接受间隙和拒绝间隙明显不同, 其中342型交叉口各流向的接受间隙和拒绝间隙值明显大于322型交叉口各流向的接受间隙和拒绝间隙值;支路左转车流的实测值大于HCM2010的推荐值, 而其他流向的实测值均小于HCM2010推荐值;不同区域的交叉口各流向临界间隙值不同, 越靠近外环, 机动车临界间隙越大。
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  基于Logistic曲线的交通流速度-密度关系建模

  马晓龙, 马东方, 王殿海, 林杉

  中国公路学报. 2015, 28(4): 94-100.

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  为了解析交通流速度与密度关系, 推导出了一组交通流参数物理意义明确且符合交通流特性的通用Logistic模型。从Logistic模型本质出发, 讨论速度变化率的表达形式, 结合交通流实际情况修正速度变化率并引入速度上确界概念, 建立了一系列Logistic模型;通过改变取值, 给出了模型参数变化对Logistic速度-密度曲线的影响, 并细致讨论了参数的物理意义及获取方法;最后分别采集区段和断面的全交通状态数据进行模型验证。结果表明:模型3对2组数据的拟合优度分别为0.931 3和0.970 4, 该模型能够很好地描述不同状态下的交通流特性。
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  基于比功率法的信号控制交叉口排队车辆尾气排放估计

  高云峰, 胡华

  中国公路学报. 2015, 28(4): 101-108.

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  为了优化信号控制参数以降低机动车在交叉口上的尾气排放, 分别根据排队车辆的减速工况、怠速工况、加速工况,按照比功率法建立了一种新颖的反推估计方法,定量估计信号控制交叉口前排队车辆的尾气排放总量, 并建立了信号控制参数优化的尾气排放评价依据, 最后应用建立的模型对某个单点定时信号控制交叉口前排队车辆的尾气排放进行了估计。研究结果表明:该方法能依据比功率计算公式反推出加速过程和减速过程经历的所有比功率区间对应的时间长度;可根据车辆的到达和离去特征、信号配时参数计算每周期的总停车次数和平均停车延误, 以此作为受信号控制影响的停车车辆总数及怠速工况对应的时间长度;应用该方法估计尾气排放是可行的。
汽车工程
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  车用汽油机瞬态空燃比的混沌时序非线性组合辨识模型

  李岳林, 解福泉, 徐东辉, 吴钢, 胡忠录

  中国公路学报. 2015, 28(4): 109-115.

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  为提高汽油机瞬态空燃比的辨识精度, 提出了混沌时序非线性组合辨识模型。采用2种单项辨识方法, 包括最小二乘支持向量机(LS-SVM)及径向基函数(RBF)前向型神经网络, 分别对瞬态空燃比时间序列进行建模与辨识。采用非线性组合方法利用BP神经网络对2 种单项辨识方法的结果进行组合辨识, 并与Elman神经网络模型及最小二乘辨识模型进行比较。结果表明:混沌时序非线性组合辨识模型的辨识精度优于Elman神经网络模型及最小二乘辨识模型, 具有更强的非线性辨识能力, 能提高瞬态空燃比的辨识精度, 为空燃比反馈控制的成功实行提供了有力依据。
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  基于GGAP-RBF神经网络的多参数纯电动客车蓄电池荷电状态预测

  赵轩, 马建,刘瑞, 汪贵平

  中国公路学报. 2015, 28(4): 116-126.

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  为了准确预测纯电动客车蓄电池的荷电状态(SOC), 提出了基于广义生长剪枝径向基函数(GGAP-RBF)神经网络的多参数纯电动客车蓄电池SOC预测模型。首先以蓄电池端电压、放电电流、环境温度和循环次数作为神经网络输入参数建立GGAP-RBF神经网络蓄电池SOC预测模型, 然后以不同放电倍率、环境温度和循环次数的蓄电池放电试验数据作为样本对模型进行训练, 并建立了蓄电池仿真模型和纯电动客车整车仿真模型, 最后进行了城市道路循环行驶工况(UDDS工况)下单体蓄电池放电试验和纯电动客车40 km·h^-1等速行驶续驶里程试验研究。结果表明:UDDS工况下, SOC预测值与试验值的均方根误差为0.026 4, 平均绝对误差为0.020 6;纯电动客车40 km·h^-1等速行驶工况下, SOC预测值与试验值的均方根误差为0.039 9, 平均绝对误差为0.031 3;表明所建立的蓄电池SOC预测模型在各种工况下均能精确预测蓄电池SOC。