中国公路学报

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中国公路学报. 2015, 28(5): 0-0.

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中国隧道工程学术研究综述·2015

《中国公路学报》编辑部

中国公路学报. 2015, 28(5): 1-65.

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为了促进中国隧道工程学科的发展, 系统梳理了各国隧道工程领域的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先在总结中国隧道工程建设历程和现状、技术发展与创新的基础上对未来隧道工程的发展趋势进行了展望;然后分别从钻爆法、盾构工法、沉管工法、明挖法和抗减震设计等方面对隧道工程设计理论与方法进行了系统梳理;进而从不同工法(钻爆法、盾构工法、TBM、沉管工法、明挖法)的角度对隧道施工技术进行了详尽剖析;最后从运营通风、运营照明、防灾救灾、病害、维护与加固等方面对隧道运营环境与安全管理进行了全面阐述, 以期为隧道工程学科的学术研究提供新的视角和基础资料。

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盐水环境下水泥土桩劣化效应及其对道路复合地基沉降的影响

崔新壮, 龚晓南, 李术才, 汤潍泽, 张炯

中国公路学报. 2015, 28(5): 66-76,86.

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为了揭示盐水环境下水泥土桩的劣化效应及其对道路复合地基沉降的影响,通过室内模型试验研究了黄河三角洲盐水环境下水泥土的劣化效应,分析了水泥土劣化深度和未劣化部分抗压强度的演化规律。通过对已有水泥土劣化研究成果进行总结分析,提出了基于水泥土早期强度试验的盐水环境下水泥土桩全寿命周期承载力实用预测方法;同时,通过模型试验和数值模拟研究了水泥土桩劣化对复合地基沉降的影响。研究结果表明:在加固地下水矿化度高的软弱地基时,水泥土桩会从外向内逐渐劣化;水泥土劣化对搅拌桩承载力的影响较大,会增大复合地基沉降,而且桩体缺陷将加剧水泥土桩的劣化效应。为了保证路基的持久稳定并控制其长期沉降,在盐水环境下水泥土桩复合地基设计中须考虑水泥土劣化的影响。

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刚柔复合式路面动测评价方法与试验研究

杨博, 郑健龙, 查旭东

中国公路学报. 2015, 28(5): 77-86.

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为了研究一种刚柔复合式路面动测方法的有效性与合理性,在掌握便携式地震波地质分析仪工作原理和测试特点的基础上,假定刚柔复合式路面为双层均匀弹性介质结构,运用瞬态面波频谱分析法研究了Rayleigh面波在此结构中的频散特性,推导了便携式地震波地质分析仪测试刚柔复合式路面动模量与结构厚度的反演方法。通过在典型刚柔复合式路面路表点对点依次采用便携式地震波地质分析仪和落锤弯沉仪法(FWD)测试动模量,承载板测试回弹模量和钻芯测试沥青混凝土(AC)层厚度,建立了各测试指标之间的相关关系。研究结果表明:便携式地震波地质分析仪反演的动模量比静回弹模量高出48.0%~73.4%,且与FWD反演结果具有较好的一致性,同时结构厚度反演结果均在实际厚度80%的置信区间内,所有判定系数均大于0.8,表明应用便携式地震波地质分析仪快速评价刚柔复合式路面动参数是合理、可行的。

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考虑自愈合补偿的多种沥青混合料疲劳性能比较

董瑞琨, 郑茂, 黄卫东, 黄明

中国公路学报. 2015, 28(5): 87-92.

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为给疲劳优先工况条件下的抗裂沥青混合料设计及改性剂选择提供参考,通过选定相同的沥青用量,采用小梁疲劳试验机研究了11种不同沥青混合料在考虑了自愈合补偿后的疲劳性能。采用50%初始劲度模量降低疲劳寿命N_f50评价基质沥青混合料疲劳性能,采用归一化劲度次数积疲劳寿命N_fNM评价改性沥青混合料的疲劳性能。研究结果表明:当未考虑自愈合时,11种沥青混合料中SBS-AC13疲劳性能最好,当考虑自愈合后,仍是SBS-AC13疲劳性能最好;橡胶沥青混合料ARAC-13自愈合能力最好;疲劳自愈合能力与空隙率、级配都呈很好的相关性。

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配置HRB500E,HRB600钢筋的混凝土圆柱抗震性能试验

王君杰, 苏俊省, 王文彪, 董正方, 刘波

中国公路学报. 2015, 28(5): 93-100,107.

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为了研究高强度钢筋对试件抗震性能的影响,对11个配置HRB335,HRB500E,HRB600钢筋的混凝土圆形柱进行了水平低周反复荷载作用下的拟静力试验。对比分析钢筋等体积代换和等强度代换时,纵筋强度、箍筋强度、箍筋间距、混凝土强度等因素对试件破坏机理、抗弯承载力、耗能能力的影响及位移延性等对抗震性能的影响。研究结果表明:采用不同强度钢筋时,试件均为典型的弯曲破坏,墩底形成塑性铰,纵筋断裂;钢筋等体积代换时,纵筋强度对试件承载力、变形能力和总耗能能力影响较大,箍筋强度影响较小;等强度代换时,试件抗震性能基本保持不变,采用高强钢筋可以减小钢筋用量;箍筋间距增大时,箍筋对纵筋约束减小,试件变形能力和耗能能力减弱;混凝土强度对试件抗震性能影响较小。

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预应力作用下箱梁桥的剪力滞效应研究

蔺鹏臻, 方炜彬, 杨子江, 孙理想, 冀伟

中国公路学报. 2015, 28(5): 101-107.

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为了计算箱梁在预应力作用下的剪力滞效应,基于能量变分原理,结合预应力等效荷载法,建立了箱梁在直线、折线和曲线预应力布束方式下的剪力滞效应解析解。针对算例简支箱梁,研究了3种布束方式综合作用下箱梁的剪力滞效应,并和有限元板壳数值解进行了对比分析。以连续箱梁为例,研究了任意布束下梁体剪力滞效应的分布规律。结果表明:所提出的理论解析方法可以有效计算简支梁在预应力作用下的剪力滞效应;连续箱梁在预应力筋偏心锚固的梁端、折线布束的折角处和中支点等部位均会产生较大的剪力滞效应,由剪力滞效应产生的附加弯矩进一步增大了梁体的偏心距。

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模拟环境中混凝土与环境间水分传输边界条件

刘鹏, 余志武, 王卫仑, 陈颖

中国公路学报. 2015, 28(5): 108-116,124.

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为了探讨模拟环境中混凝土表面与环境间水分传输边界条件,通过模拟试验分析了混凝土的干燥失水变化规律,研究了水灰比和温度等对混凝土水分扩散表面因子变化的影响;此外,还利用数值模拟探讨了人工模拟环境中风速对混凝土水分扩散表面因子和混凝土内湿度分布状态的影响。结果表明:所提出的人工模拟环境中混凝土水分传输表面因子模型可描述温度和风速对混凝土表面因子的影响规律;混凝土表面孔隙面积率可用以表征水灰比对其表面水分传输的影响,且两者间呈指数函数关系;若人工模拟环境中风速和干燥时间超过某定值(约为3 m·s^-1),则可将环境湿度视为混凝土与环境间的界面湿度,可为确定人工模拟试验环境风速参数提供理论依据。

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基于安全与效率的交通事件下高速公路长大下坡限速值

梁国华, 钱国敏, 李瑞, 张旭, 陈志乾

中国公路学报. 2015, 28(5): 117-124.

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选取冲突率和排队长度分别作为安全与效率的表征指标,通过对交通事件下车辆换道和最小跟驰安全间隙的分析,建立了长大下坡路段元胞自动机模型规则和仿真方案,得到了冲突率和排队长度随不同限速值的变化规律。根据安全与效率对限速值变化的灵敏度不同,采用加权平均方法计算最优限速值。最后,基于货车制动毂温度预测模型验证限速值对货车的适用范围。研究结果表明:三级服务水平下,平均纵坡为3%,4%,5%的长大下坡的限速值分别为60,60,50 km·h^-1;四级服务水平下,平均纵坡为3%,4%,5%的长大下坡的限速值均为50 km·h^-1;对于货车要进一步根据极限坡长进行判断,若实际坡长小于极限坡长,则采用仿真限速值,反之采用制动毂温度预测模型计算货车限速值。

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基于节能减排的高速公路收费站处拥挤车流控制技术

崔洪军, 张志磊, 李霞, 朱敏清

中国公路学报. 2015, 28(5): 125-129.

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针对高速公路收费站交通拥堵时车辆长时怠速且频繁启动导致油耗急剧增加的问题,提出了收费站拥堵车流交通控制系统。该系统通过设置车辆感应器防止收费亭空闲,利用车流控制灯将拥挤缓行的车流变为分批放行车流,综合考虑排队长度、收费通道数、收费广场长度、主线车道数、收费时间等因素,以排队系统中车辆油耗最低为目标,建立了车辆感应器和信号灯位置及信号灯时长等参数优化模型,从而实现了不增加车辆通行时间同时减少车辆怠速时间和停车次数的目的。最后结合实例,运用交通模拟技术对该控制系统效果进行了验证。结果表明:当收费站排队长度为2 000 m时,采用该控制系统可使车辆通过收费站的油耗降低90%。

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分包商过度自信及客户监督的物流服务创新机制

唐志英, 周德苏, 包晓英

中国公路学报. 2015, 28(5): 130-136.

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为提高第三方物流及其分包商之间服务创新收益共享机制的有效性,考虑分包商具有过度自信的心理特征并引入客户监督机制,建立委托代理模型,将求解得到的分包商最优收益共享系数和最优努力水平与未考虑分包商过度自信和没有客户监督时的状况进行比较,分析了分包商过度自信及引入客户监督机制时对分包商收益共享系数、创新努力水平及创新主体的总收益和代理成本的影响,在此基础上进行了数值分析和应用举例。研究结果表明:选择过度自信的分包商及引入客户监督机制在一定范围内均可提高分包商的收益共享系数和创新努力水平,提高总收益并降低代理成本,且二者具有替代作用;选择过度自信的分包商和引入客户监督的物流服务创新机制是有效的。

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计及发动机冷热效应的插电式混合动力汽车最优控制策略研究

曾育平, 秦大同, 杨官龙, 姚明尧

中国公路学报. 2015, 28(5): 137-143.

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为了缩短发动机的冷机工作时间,降低发动机的油耗和排放,以计及发动机冷热效应的燃油消耗最小为目标函数,依据庞特里亚金极小值原理建立了Hamilton函数,对目标泛函进行求解,获得了计及发动机冷热效应的最优控制策略,并将该控制策略分别与CD-CS模式控制策略和忽略发动机冷热效应的最优控制策略进行了比较。研究结果表明:计及发动机冷热效应的最优控制策略与CD-CS模式控制策略相比可使整车百公里油耗降低9.64%;与忽略发动机冷热效应的最优控制策略相比,可使整车百公里油耗降低2.34%,使三元催化器的起燃时间缩短21.3%;该策略可使插电式混合动力汽车具有更好的燃油经济性和排放性。

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基于MSC的变矩器膨胀变形分析

惠记庄, 胡浩, 代然, 陈兆鲁, 韩文鹏

中国公路学报. 2015, 28(5): 144-149.

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为了准确快速地预测钣金型液力变矩器在工作负载下壳体的膨胀变形、提高液力变矩器性能、减少由于整体轴向刚体位移导致与周围零件的干涉,借助三坐标测量仪及UG软件平台建立并简化了变矩器内流道模型和变矩器壳体模型;利用仿真软件Gambit,Fluent对内流道模型进行分析,得出了壳体所受油压面力和轴向力;最后,借助软件MSC.Patran和MSC.Nastran对液力变矩器壳体的膨胀变形进行模拟仿真预测,并通过试验对仿真的结果进行验证。试验结果表明:试验与仿真分析的结果基本吻合;液力变矩器的轴向位移与油压大小呈线性关系;最大应力出现在壳体循环圆曲率发生突变最大的部分;最大应变出现在泵轮出口面和涡轮进口面所对应的壳体上。

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扩展层级建模方法及其在挖掘机器人中的应用

赵睿英, 焦生杰, 王欣

中国公路学报. 2015, 28(5): 150-158.

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为了解决质量矩阵奇异时传统动力学建模方法失效和外力模型与约束力模型耦合时的解耦问题,基于复杂多刚体系统层级堆聚建模理论,提出了一种新的扩展层级建模方法。以挖掘机器人为研究对象,建立了其工作装置的动力学解析模型,并对其进行了数值仿真。结果表明:当子系统质量矩阵奇异时,扩展层级建模方法利用质量补充矩阵可得到子系统动力学解析模型通式;当子系统的外力和约束力耦合时,扩展层级建模方法借助约束方程的二阶形式可获得解耦的外力模型,该模型仅与系统广义位置、广义速度和时间变量相关;仿真结果连续、收敛,表明扩展层级建模方法在挖掘机器人中的应用有效、可行。

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2015年, 第28卷, 第5期　刊出日期：2015-05-20

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