2015年, 第28卷, 第6期　刊出日期：2015-06-20

  

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  中国公路学报. 2015, 28(6): 0-0.

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道路工程
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  基于车载多传感器的路面平整度检测方法

  杜豫川, 刘成龙, 吴荻非, 蒋盛川

  中国公路学报. 2015, 28(6): 1-5.

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  为提高路面平整度检测的便捷性,降低测量的能耗和成本,在国际平整度指数(IRI)计算模型的基础上,结合上海市多条沥青路面的测量实例,采用功率谱密度分析方法,提出了一种利用车内簧载竖向加速度推算IRI值的理论模型,开发了一套基于多个加速度传感器和GPS的路面平整度检测原型系统,并采用控制变量法对比分析了加速度测量位点和车速对测量结果的影响。结果表明: IRI值与加速度功率谱密度均方根值具有线性关系;与单位点测量模型相比,双位点测量模型精度更高;测试车速对测量结果的影响可利用修正系数校正;该国际平整度检测系统具有能耗低、成本低、效率高等优势,适用于大范围的路面测量评估。
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  胶结颗粒材料抗拉强度数值试验

  王明珉, 王桂林, 吴曙光

  中国公路学报. 2015, 28(6): 6-11,33.

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  为获得胶结颗粒材料细观参数对其抗拉性能的影响,基于离散元理论提出一种胶结颗粒材料单轴拉伸试验数值模拟方法。将数值模拟得到的胶结颗粒材料拉伸应力-应变曲线与试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的可行性。采用该方法研究了颗粒粘结参数对平行粘结模型数值试样抗拉强度的影响,建立了给定颗粒尺寸和空隙率情况下的胶结颗粒材料抗拉强度数学预测模型,并根据颗粒粘结参数直接估计胶结颗粒材料抗拉强度。研究结果表明: 采用平行粘结模型的数值试样能够较为准确地反映胶结颗粒材料的拉伸力学性状;在颗粒尺寸和空隙率不变的情况下,胶结颗粒材料的抗拉强度与粘结半径系数呈二次函数关系;粘结切向强度和粘结法向强度同步线性增大时,抗拉强度线性增大;粘结切向强度小于粘结法向强度时,抗拉强度随粘结法向强度增长的趋势减缓。
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  天然沥青改性沥青热性质与微观结构研究

  马峰, 富志鹏, 沙爱民, 傅珍, 张伟伟

  中国公路学报. 2015, 28(6): 12-17.

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  为了明确沥青微观组成结构与宏观路用性能的联系,以不同掺量天然沥青改性沥青为研究对象,利用差热分析、热重、质谱分析表征沥青结合料的热分解过程,研究沥青结合料的热性质和微观组成结构变化过程。结果表明: 在适宜的天然沥青掺量范围内,差示扫描量热曲线的吸热峰能量随掺量增大而逐渐减小;沥青试样在230 ℃左右出现明显的质量损失,与沥青闪点温度一致;沥青残留质量比与针入度、软化点和抗车辙因子等高温指标具有较好的相关性;离子流强度在400 ℃左右出现显著变化,表现为较强烈的分解反应,热分解主要产物有CO,H₂O,CH₄和CO₂,表明沥青中存在丰富的COOH,—CO—,—CHO—,COOCH₃等结构。
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  高速公路绿色加筋格宾挡墙数值分析及现场试验

  杨果林, 申权, 徐健楠

  中国公路学报. 2015, 28(6): 18-23.

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  依托浙江绍兴至诸暨高速公路第7标段绿色加筋格宾挡墙建设,对K38+398处加筋挡墙断面进行数值分析及试验,研究筋材拉应变、挡墙侧向变形的分布规律及潜在滑裂面。结果表明: 挡墙中各层加筋体水平变形量随着填土的增高而增大;筋材的拉应变随着填土的增高而增加,其数值在距墙面越近时越大,越远越小;加筋挡墙潜在滑裂面与0.3H法(单楔体法)滑裂面位置基本一致;加筋边坡的安全系数随着外荷载的增加逐渐减小;交通荷载在30 kPa以内时,滑裂面未上下贯通,此类挡墙安全可靠;研究成果可为绿色加筋格宾挡墙的设计及施工提供参考。
桥梁与隧道工程
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  基于二维RANS模型计算扁平箱梁漩涡脱落的可行性分析

  祝志文

  中国公路学报. 2015, 28(6): 24-33.

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  为研究二维雷诺时均Navier-Stokes (RANS)模型在获取桥梁扁平箱梁漩涡脱落特性时的可行性,采用基于SST k-ω湍流模型的二维RANS方程,对大带东桥主桥加劲梁进行了CFD计算(雷诺数Re=1.06×10⁵),获得了加劲梁在不同迭代时间步长、不同网格划分上的气动力系数平均值和脉动值,以及漩涡脱落Strouhal (Sr)数,突出了计算时间步和网格无关检查的重要性。结果表明: 相对于漩涡脱落周期T,采用较大的时间步长就能获得气动力系数平均值的近似估计,而要获得漩涡脱落Sr数的收敛估计之计算时间步长应小于T/260;采用二维RANS模型能获得此种箱梁平均气动力系数的近似估计,但得到的漩涡脱落Sr数与风洞试验结果有较大差别。
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  锈蚀RC梁抗弯性能试验与数值分析

  彭建新, 胡守旺, 宋波, 张建仁

  中国公路学报. 2015, 28(6): 34-41,50.

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  为了给锈蚀RC结构性能退化评估提供参考,制作了12片RC梁和5个粘结试件,通电加速腐蚀RC梁和粘结试件,考虑不同锈蚀率和保护层厚度对锈蚀梁性能退化的影响,建立可以考虑粘结滑移的锈蚀梁性能退化的有限元模型,研究锈蚀梁的抗弯性能退化机理。结果表明: 保护层厚度为25 mm时,梁挠度的增加速率随着锈蚀率的增大而增大,而当保护层厚度分别达到30 mm和35 mm时,锈蚀梁与未锈蚀梁的挠度随荷载增加的速率差别不大;锈蚀破坏了结构的整体性、刚度以及钢筋与混凝土的粘结作用,是结构性能退化的主要原因;考虑粘结滑移的有限元数值模拟结果与试验结果较为吻合。
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  RC桥墩弯剪破坏判别准则与抗震分析的改进模型

  孙治国, 李宏男, 王东升, 司炳君

  中国公路学报. 2015, 28(6): 42-50.

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  为进一步发展考虑非线性剪切效应的钢筋混凝土(RC)桥墩弯剪数值分析模型,分别基于修正的压力场理论(MCFT)和纤维梁柱单元模型计算了76个RC桥墩至极限荷载阶段时的剪切和弯曲变形,并根据两者之间的比值关系提出了桥墩弯曲-弯剪-剪切破坏模式的判别准则。根据桥墩破坏模式的不同,建立了桥墩弯剪数值分析的改进模型,以合理考虑桥墩弯曲与剪切变形间的耦合关系,并将模拟得到的桥墩滞回曲线与试验结果进行了对比。结果表明: 桥墩剪切与弯曲变形的比值0.2和1.5可分别作为弯曲-弯剪-剪切破坏模式的判别标准,改进模型模拟得到的剪切及弯剪破坏RC桥墩滞回曲线与试验结果吻合良好。
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  钢筋混凝土圆形构件正截面承载力的图算法

  陈旭, 周东华, 赖应良, 章胜平, 姚凯程

  中国公路学报. 2015, 28(6): 51-58,66.

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  为了解决中国规范方法在计算钢筋混凝土圆形构件正截面承载能力时使用不方便,以及因简化带来一定误差的问题,推导了一种实用计算方法。基于承载力极限状态的5个应变区域,以应变为自变量,无需迭代,由平衡条件推导了由变形求解内力的逆解方法。该法考虑了完整的抛物线加矩形的混凝土应力-应变关系和理想弹塑性的钢筋本构关系,并采用图算法得到从拉到压的量纲为1的弯矩-轴力诺模图。结果表明:该诺模图使用简单,计算结果与中国现行规范符合良好。
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  不同跨径桥梁车辆荷载分项系数及可靠度

  杨晓艳, 贡金鑫, 冯云芬

  中国公路学报. 2015, 28(6): 59-66.

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  以可靠度理论和实测车辆荷载数据为基础,推导了考虑桥梁跨径对车辆荷载分项系数的影响。根据近年中国车辆荷载实测数据,对不同跨径简支和连续桥梁的车辆荷载效应进行计算,建立车辆荷载效应的概率模型;按照相同超越概率的原则,得到不同跨径桥梁车辆荷载效应标准值的跨径影响系数,在此基础上确定了不同跨径桥梁结构的车辆荷载分项系数与跨径的关系,并采用一次二阶矩可靠度方法计算了其可靠指标。结果表明:按相同超越概率原则确定的车辆荷载效应标准值的跨径影响系数和车辆荷载分项系数随桥梁跨径的减小而增大;给出的考虑跨径影响的车辆荷载分项系数计算公式更合理。
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  薄壁箱梁的剪力滞翘曲位移函数研究

  周茂定, 李丽园, 张元海

  中国公路学报. 2015, 28(6): 67-73.

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  为精确分析薄壁箱梁的剪力滞效应,从箱梁各翼缘板的面内剪切变形与纵向位移关系出发,推导剪力滞翘曲位移函数的基本表达式。考虑剪力滞翘曲应力的轴向自平衡条件,对剪力滞翘曲位移函数进行修正,以便得到适用于带悬臂板箱梁的合理翘曲位移函数。对剪力滞效应引起的截面形心轴与中性轴之间的偏离进行了论证。详细分析剪力滞翘曲位移函数修正项及箱梁高宽比、宽跨比、板宽比等参数对剪力滞翘曲应力的影响。结果表明: 推导的剪力滞翘曲位移函数计算的简支箱梁跨中截面应力值与实测值及有限元计算结果吻合良好;高宽比的影响较小,宽跨比和板宽比的影响较大;当板宽比达到1.5时,翘曲位移函数修正项对翘曲应力的影响达到18%。
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  盾构隧道管片衬砌结构稳定性研究

  郭瑞, 何川

  中国公路学报. 2015, 28(6): 74-81.

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  为了给盾构隧道管片衬砌结构的设计与施工提供参考,针对大断面盾构隧道,采用非线性有限元方法分析地层抗力系数、地层侧压力系数、管片接头抗弯刚度以及管片拼装方式对隧道稳定性的影响,并与失稳破坏相似模型试验结果进行比较,提出基于极限位移和隧道直径变化率的盾构隧道管片衬砌结构失稳破坏判定的建议。研究结果表明: 地层条件对隧道稳定性的影响程度最大,管片接头抗弯刚度次之,拼装方式影响最小;地层抗力越小,隧道发生失稳破坏的概率越大,柔性管片接头和通缝拼装方式降低了管片衬砌结构的整体刚度,减弱了隧道的稳定性;管片衬砌结构失稳时处于塑性带裂缝工作状态,失稳类型属于结构稳定性理论中的第二类失稳(极值点失稳)。
交通工程
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  驾驶人视觉特性与行车安全研究进展

  马勇, 付锐

  中国公路学报. 2015, 28(6): 82-94.

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  为了明确驾驶人视觉特性在道路交通安全领域的研究现状,对驾驶人视觉特性与疲劳驾驶、隧道段行车安全、分心驾驶以及视觉特性的影响因素等方面的研究进展进行了综述,介绍了驾驶疲劳检测的视觉特性指标,归纳了驾驶人视觉特性与隧道出入口行车安全研究的方法及试验结果,分析了目前基于视觉特性的驾驶分心研究中存在的问题,最后论述了驾驶人视觉特性影响因素研究及其应用前景。对文献的梳理和分析表明: 有必要将驾驶人视觉特性与脸部图像特征、驾驶操作行为及车辆运动状态等多个指标进行多源信息融合,以实现疲劳驾驶和分心驾驶的有效监测与预警;需进一步开展研究以明确隧道内驾驶人视觉负荷的评价指标,并针对不同驾驶人群体在各种交通环境中开展有效的教育和模拟驾驶培训,从而全面提升中国的人-车-路系统交通安全水平。
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  非对称通行条件下的双向绿波协调控制数解算法

  卢凯, 刘永洋, 吴焕, 黄江辉

  中国公路学报. 2015, 28(6): 95-103.

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  为了解决现有绿波协调控制数解算法不适用于采用进口混合放行方式或双向通行条件不对称的干道交叉口群的问题,利用速度变换与相位组合的方法,给出了非对称通行条件下的双向绿波协调控制数解算法。该算法利用时距分析图计算理想交叉口间距,通过寻求与实际交叉口位置最为匹配的理想交叉口位置,对干道公共信号周期、交叉口信号相位组合和各交叉口相位差进行整体优化设计。理论与算例分析结果表明: 该算法不会受到干道上交叉口信号相位设置方式、双向行驶速度及交叉口双向间距的限制,能较好地适应干道不同方向上的非对称通行条件,可以使理想交叉口间距取值具有更大的选取空间,易于取得更好的双向绿波协调控制效果,具有良好的通用性与广泛的适用范围。
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  LCT标准试验环境下的驾驶次任务试验与绩效指标研究

  刘伟, 吴玲, 朱诗慧, 朱彤, 王磊

  中国公路学报. 2015, 28(6): 104-111.

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  为提高车内次任务影响试验的标准化与绩效指标适用性,在应用换道测试(LCT)国际标准试验环境的基础上,增加驾驶绩效指标,使用基于C4.5决策树的数据挖掘方法研究多个指标的综合特性。试验中,选择配对记忆试验作为次任务,在基本任务、简单任务和复杂任务3种任务条件下,采集车辆行驶轨迹、车速、转向角等数据进行分析。结果表明: 车道偏移次数、初始换道距离、正确换道比例等新增加的指标能够从横向偏离超阈值事件次数、驾驶人反应时间、失误比例等方面反映新的驾驶特性;应用C4.5决策树模型,分别使用车道保持指标组和换道控制指标组对驾驶状态进行区分,可以反映次任务对指标组整体的影响,而非对单个指标的影响;应用该方法对车道保持和换道控制驾驶状态的正确分类比例分别达到85.2%和91.3%,表明次任务对驾驶人车道保持综合水平与换道控制综合水平的影响非常明显。
汽车工程
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  基于动态单纯形算法的车辆状态最优观测器

  王伟达, 杨新征, 张为, 马新波, 张华

  中国公路学报. 2015, 28(6): 112-119.

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  为了精确、实时监控质心侧偏角、路面附着系数等关键车辆状态参数,保证车辆电子稳定性控制系统(ESC)的控制精度和效果,引入具有显式表达式、方便进行在线计算的非线性Dugoff轮胎模型,描述轮胎与地面之间的非线性附着特性;并对Dugoff轮胎模型进行了改进以提高轮胎模型在大滑移率条件下的计算精度。在二自由度车辆模型和非线性轮胎模型基础上,提出了采用组合动态单纯形算法的车辆状态最优观测器,并将设计的车辆最优状态观测器在基于veDYNA动力学仿真软件的驾驶人在环仿真平台上进行了典型工况的在线测试。结果表明:研究的基于组合动态单纯形算法的车辆状态最优观测器具有较好的观测精度和较快的收敛速度。
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  柴油/甲醇双燃料车辆道路运行特性

  刘军恒, 姚安仁, 姚春德, 孙霞, 袁承志

  中国公路学报. 2015, 28(6): 120-126.

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  为了给柴油/甲醇双燃料(DMDF)汽车的推广应用提供新的经验,同时减少柴油的消耗量,在高压共轨柴油机上增加了一套甲醇喷射系统,通过进气预混甲醇的方法实现双燃料模式运行,将其安装在1辆装有额定负载的重型牵引车辆上,研究双燃料汽车的道路运行特性。对比了车辆在纯柴油模式和双燃料模式下的燃油经济性、加速性能和烟度排放。结果表明:与原型车辆在纯柴油模式下的运行相比,DMDF车辆的加速性能略优,从40 km·h^-1到70 km·h^-1的加速时间减少了1.25 s;甲醇对柴油的平均替代率为33.28%,替换等热值柴油所需的甲醇体积比值约为1.44,DMDF车辆的燃料热效率提高了11.89%;自由加速烟度减少了46.3%,加速过程中无可见黑烟。