中国公路学报

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中国公路学报. 2016, 29(1): 0-0.

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沥青路面结构可靠度的研究进展及展望

裴建中, 贾彦顺, 张久鹏, 李蕊, 常明丰

中国公路学报. 2016, 29(1): 1-15.

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为了明确沥青路面结构可靠度理论的研究现状,对沥青路面结构可靠度概率分析模型、不确定性影响因素、可靠度计算方法以及结构可靠度研究热点等方面的研究进展进行了综述,对比分析了各国沥青路面结构概率分析模型,探讨了设计和施工过程中的不确定性因素,归纳了路面结构可靠度计算方法,最后论述了沥青路面结构可靠度的发展方向。综合分析表明:一次二阶矩法可以满足沥青路面结构可靠度的计算要求;当前沥青路面结构可靠度研究在设计指标、极限状态和概率分析模型等方面还存在不足,需要从时变可靠度、体系可靠度、随机可靠度等方面进一步深入研究;建议开展基于可靠度的结构鲁棒性和冗余性分析。

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应力、应变控制模式下沥青疲劳损伤演化规律

单丽岩, 谭忆秋, 许亚男, 张红, 任南琪

中国公路学报. 2016, 29(1): 16-21,74.

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为深入了解控制模式对沥青疲劳性能的影响,全面掌握沥青的疲劳机理,针对普遍采用的2种基质沥青进行了应力和应变控制模式下疲劳损伤规律的研究。采用动态剪切流变仪,分别对沥青施加应力应变对荷载,对比分析每对荷载作用下沥青的疲劳损伤过程。分析了沥青在应力和应变控制模式下累计耗散能的变化规律;建立了2种控制模式下的累计耗散能增长模型及不同控制模式下累计耗散能的转换关系;提出了不同控制模式下沥青疲劳损伤演化规律的转换方法。研究结果表明:沥青的疲劳过程可以分为黏弹影响阶段和疲劳损伤阶段两部分;当采用应力应变对荷载时,应力、应变控制模式下的累计耗散能-荷载作用次数曲线呈对称关系;累计耗散能增长模型可以很好地拟合沥青疲劳过程中累计耗散能的变化规律;建立的转换方法可以实现应力、应变控制模式下沥青疲劳损伤演化规律的相互转换。

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基于表面自由能的煤直接液化残渣改性沥青性能分析

张德润, 罗蓉, 陈彧, 张胜振, 盛英

中国公路学报. 2016, 29(1): 22-28.

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为评估煤直接液化残渣(DCLR)改性沥青的微观性质及其与典型集料的匹配性,基于表面自由能理论,采用插板法对3种DCLR改性沥青、1种天然改性沥青以及1种基质沥青的表面能进行测试,并分别得到对应前进及后退过程的2套表面能参数,结合蒸气吸附法测试得到的2种典型集料的表面能参数,进一步计算得到沥青自身的内聚结合能以及有水、无水条件下沥青-集料组合的黏附结合能。通过与天然改性沥青及基质沥青对比,采用表面能指标量化评价了DCLR改性沥青的愈合及抗内聚开裂性能及其与典型集料组合的愈合性能、抗黏附开裂性能以及水稳定性。结果表明:3种DCLR改性沥青与集料组合的水稳定性均优于基质沥青,且7^#DCLR改性沥青的抗内聚开裂性能及与集料组合的抗黏附开裂性能最好。

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路堤下草甸土地基中应力分布规律研究

冯瑞玲, 吴立坚, 沈宇鹏, 王俊喆, 张雷慧

中国公路学报. 2016, 29(1): 29-35.

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为了研究草甸土的加筋机理及路堤下草甸土地基中的应力分布规律,以新疆伊犁昭苏垦区吐坡公路路堤下草甸土地基为研究对象,采用草炭土与素土按不同比例混合,通过室内试验测试了混合土的密度、含水率、黏聚力、内摩擦角等参数,并运用模糊数学理论对混合土与草甸土的相似性进行了评判,确定了草甸土的相似土体。在此基础上,通过室内大比例尺模型试验,考虑路堤形状及柔性加载的作用,模拟了均质软土地基与草甸土地基上路堤的填筑过程,研究了路堤下软土地基地表有、无草甸土层时地基中的应力分布规律,并将试验结果与有限元数值分析结果进行了对比分析。结果表明:地表草甸土层的存在可以有效地减小路基中心线附近的附加应力,而路基边坡下地基中的附加应力则有所增大,地表草甸土层具有较好的应力扩散作用;地表有一定厚度的草甸土层可以提高地基的容许承载力。

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中美规范桥墩局部冲刷深度计算的比较研究

祝志文, 喻鹏

中国公路学报. 2016, 29(1): 36-43.

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针对中美桥墩局部冲刷条文的计算公式,考虑公式的量纲一致性原则、水力学含义、变量参数对冲刷深度的影响等因素,进行了中美规范桥墩局部冲刷深度计算的比较研究;同时结合2个实际桥梁工程实例分别开展了桥墩局部冲刷深度计算,并对计算结果进行了对比分析。研究表明:相比美国规范,中国规范的冲刷计算公式在量纲一致性、水力学含义、冲刷影响参数的确定等方面存在一定不足,表现出较强的经验性,不能考虑漂流物聚集对桥墩局部冲刷的影响,在计算实际桥墩局部冲刷深度时,计算结果偏小;美国规范概念明确,参数少,简化了冲刷计算,便于工程设计采用。

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基于GPS的大跨斜拉桥车辆荷载模型

夏坚, 宗周红, 杨泽刚, 夏叶飞, 林迪南

中国公路学报. 2016, 29(1): 44-52.

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以江苏沿海高速灌河大桥为背景工程,尝试基于GPS监测数据建立斜拉桥实际运行车辆荷载模型。首先基于响应面模型修正方法建立灌河大桥基准有限元模型,计算得到其关键截面位移影响线;然后基于动态称重系统(WIM)数据和广义极值模型(GEV),以及基于GPS测量信息和广义帕累托模型(GPD)分别计算出实际车载位移标准值;最后以实际位移标准值和规范标准车载作用下的位移值的比值乘以规范标准车道荷载,将其作为灌河大桥实际运行车辆荷载模型。研究结果表明:基于GPS得到的灌河大桥实际运行车辆荷载为公路-I级的70%左右,基于WIM系统得到的实际运行车辆荷载为公路-I级的71%左右,两者较为吻合;半年多的实际监测表明,灌河大桥实际运行车辆荷载并未超出设计荷载标准;基于GPS系统监测数据建立实际运行车辆荷载模型的方法具有直接、简单、高效等特点,可以作为计算既有桥梁实际运行车辆荷载的方法之一,但要注意其数学模型的选择与检验。

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CFRP筋黏结型锚具试验研究及实桥应用分析

梅葵花, 吕志涛, 张继文

中国公路学报. 2016, 29(1): 53-60.

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为了锚固碳纤维增强复合材料(CFRP)筋材,并将其应用于实桥中,提出了一种黏结型锚具,首先采用有限元法分析该锚具的受力性能,再采用试验方法研究该锚具锚固单根CFRP筋的锚固性能;然后利用该锚具制作了5束大吨位试验索,并测试其极限承载力,同时研究黏结型锚具的黏结强度、锚具效率系数、持荷效应等;最后将该黏结型锚具应用于试验桥中。研究结果表明:平均黏结应力随黏结长度的增大而减小,但是锚具的极限承载力提高;锚具的效率系数达到93%以上,满足试验桥设计要求;树脂灌注型锚具的大部分蠕变变形在加载后较短的时间内发生;试验桥拉索测试时各根筋材受力均匀性较好,且持荷一定时间后测试的应力下降较小。

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氯盐侵蚀钢筋混凝土桥梁耐久性提升及寿命预测

毛江鸿, 金伟良, 李志远, 许晨, 任旭初

中国公路学报. 2016, 29(1): 61-66.

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针对目前氯盐侵蚀钢筋混凝土桥梁耐久性研究的不足,将双向电渗技术应用于受氯盐侵蚀的桥梁,实现了水位变化区承台的混凝土耐久性提升,提出了依据设计资料和现场数据检测获取氯离子扩散系数和表面氯离子浓度等关键参数,并用Fick第二定律数值解进行双向电渗后寿命预测。研究成果表明:双向电渗技术适用于水位变动区混凝土的耐久性提升,推迟依托工程的耐久性失效预警期达10年,可为大量氯盐侵蚀环境下的钢筋混凝土桥梁的耐久性提升提供一种有效手段。

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FRP约束RC矩形空心桥墩的损伤性能评估

董振华, 杜修力, 韩强

中国公路学报. 2016, 29(1): 67-74.

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为了正确评估不同受力状态下未约束和纤维增强复合材料(FRP)约束钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩的损伤性能,基于力-位移响应,提出了考虑残余位移和累积耗能的综合损伤模型。根据既有RC柱的损伤等级划分标准,应用该模型和已有损伤模型对未约束和FRP约束RC矩形空心桥墩的损伤性能进行判别,并与水平单向拟静力荷载作用下模型墩柱受力性能的试验结果进行对比。结果表明:提出的综合损伤模型可准确判别试验桥墩的微损伤和中等损伤程度,仅考虑塑性位移的损伤指标可准确判别其严重损伤程度;进一步应用FRP约束模型墩柱的损伤判别结果,结合模型墩柱的试验现象,提出了FRP约束RC空心桥墩的损伤等级划分标准。

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缺陷PC梁式桥刚度退化-预应力损失的耦合评估模型

郭琦, 尹海军

中国公路学报. 2016, 29(1): 75-81,88.

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为准确评估开裂预应力混凝土梁式结构桥在使用阶段的变形性能,以虚拟消压力作用距离为基点对预应力增量、普通钢筋及翼缘受压区混凝土应力进行了级数展开,进而依据截面平衡关系推导了开裂截面刚度的显式解析式。结合前期基于钢束有限测点应力检测值实现有效预应力纵向实际分布状态预测的研究成果,得到了全桥各关键截面有效预应力衰变因子的分布规律。在二维梁单元模型的基础上建立了考虑结构刚度退化与预应力损失耦合关系的修正模型,并与传统的开裂截面中和轴高度一元三次方程的迭代解进行对比;将结构刚度退化模型应用于室内模型桥试验,并开展了敏感性分析。结果表明:2阶显式解的精度较高,能够用于不同预应力损失状态下的截面刚度变化模拟及正常使用状态评估限界的界定;在使用荷载作用下的弹性开裂阶段,结构的变形评估曲线与试验曲线吻合较理想;该模型易于编程应用,可在服役预应力混凝土桥梁检测与评估实践中推广。

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悬索桥索鞍预偏量的牛顿-拉斐森算法

王邵锐, 周志祥, 高燕梅, 徐健

中国公路学报. 2016, 29(1): 82-88.

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为了在悬索桥索鞍预偏量的影响矩阵中计入预偏量初值的影响,且考虑索鞍切点变化、索鞍顶非悬链线区段对主缆无应力长度的修正及主缆与索鞍间摩擦力的影响,提出索鞍预偏量的牛顿-拉斐森算法。根据索鞍平衡关系及相邻跨主缆线形基本方程,推导出索鞍及主缆的11个状态方程,能完全确定11个独立的未知量,采用牛顿-拉斐森算法建立预偏量的雅克比影响矩阵,推导出矩阵中各元素的表达式,给出了初值的取值范围及约束条件,保证了计算的收敛性;并与1/30缩尺比全桥模型试验进行对比分析以验证算法的可靠性。结果表明:试验值与所提出算法的计算值吻合较好,验证了该方法的可靠性。

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复合拱圈加固圬工拱桥节段模型试验

乔文靖, 孙克东, 宋一凡, 张岗

中国公路学报. 2016, 29(1): 89-95.

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为了研究复合拱圈加固圬工拱桥的破坏模式和承载力计算方法,以受压区高度、原拱圈裂缝宽度、加固层宽度和初应力为变化参数,设计了9个节段模型,并进行了偏心受压性能试验。基于原拱圈和加固层共同受力、协调变形的原理,采用ANSYS有限元程序对复合拱圈加固圬工拱桥节段模型进行了数值模拟计算,对比分析了试件的破坏模式和承载力等相关试验值和计算值。结果表明:复合拱圈加固圬工拱桥试件以受压区砌体崩裂作为试件达到极限状态的标志;随着受压区高度增加,试件的承载力增大;由于加固层与原拱圈的植筋连接使之成为整体受力,故原拱圈裂缝和初应力的增大并未使承载力成比例减小,加固层宽度的增大并未使承载力成比例增大。

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海底隧道管节结构防火试验与数值模拟

郭军, 刘帅, 蒋树屏

中国公路学报. 2016, 29(1): 96-104,114.

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以港珠澳大桥工程海底隧道为依托,采用明火试验与数值模拟方法研究了隧道管节结构在火灾下的温度分布及防火技术方案。基于被动隔热技术设计了玻镁防火板单层拼装与双层错缝拼装、保全板单层拼装、防火涂料单层喷涂等3种类型多种试验工况,测试了管节结构构件表面、钢筋保护层等关键位置的温度变化,得到了不同防火方案的隔热效果。基于有限元热传导瞬态分析方法,研究了小汽车、公交车、重型货车、RABT曲线4种典型火灾对管节结构的温度影响,得到了有、无防火板条件下管节结构体内的温度梯度、衰减规律与火灾影响深度,论证了防火隔热对管节结构火灾安全的保护效果。结果表明:防火涂料存在易掉落等现象;玻镁防火板单层拼装方案下,试验构件表面温度超过380℃,不满足耐火极限要求;玻镁防火板双层拼装与保全板单层拼装方案可以满足耐火极限要求,但需做好填缝等构造要求;无论何种隧道火灾升温曲线,管节结构内温度呈现负指数衰减形式;在双层玻镁板隔热条件下,结构受温影响深度为15~20 cm,无隔热措施时,结构受温影响深度约为30 cm。

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基于人-车-路协同的行车风险场概念、原理及建模

王建强, 吴剑, 李洋

中国公路学报. 2016, 29(1): 105-114.

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为揭示人-车-路相互作用机理及交通各要素对行车安全性的影响规律,预测行车风险的动态变化趋势,建立了人-车-路闭环系统的"行车风险场"统一模型。模型从场论思想出发,提出"行车风险场"新概念,用"行车风险场"表征人-车-路各要素对车辆行驶安全性造成的风险度,其中包含由道路中机动车、非机动车等运动物体决定的"动能场"、道路环境要素决定的"势能场"和驾驶人个体特性决定的"行为场"。最后利用行车风险场模型对1个典型行车环境进行风险场计算,实现了行驶车辆受多种交通要素影响风险大小的判断。研究结果表明:与现有行车风险评估方法相比,"行车风险场"考虑了人-车-路因素对行车安全的综合影响,为复杂环境下行车风险评估和车辆主动控制提供了新的判决依据。

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考虑全过程时间的港湾式公交站能力研究

刘路, 毛保华, 梁肖, 朱宇婷, 赵欣苗

中国公路学报. 2016, 29(1): 115-119,142.

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为了给港湾式公交站的设计与管理提供参考,针对公交车运行时间对港湾式公交站能力产生影响的问题,首先采用全过程时间分析方法,将车站区域的运行过程分为5个阶段,使用概率论方法分析了重返延误与机动车车头时距之间的关系;在此基础上,考虑泊位的清空时间,基于M/M/c排队模型给出公交车站排队溢出概率的计算方法;最后从排队溢出及泊位利用率的角度改进了经典的车站能力模型,并对数值算例结果进行了曲线拟合。研究结果表明:港湾式公交站能力随公交车到达率的增大呈指数增长趋势;随乘车人数的增加呈幂函数下降趋势;车站能力与重返延误的关系符合二次函数的波动规律,当公交车到达率较低时,能力随重返延误的增大有所下降,此后溢出概率的增大对能力的影响更为明显,车站能力将随重返延误的增加而增加。

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城市道路交叉口信号的鲁棒迭代学习控制

闫飞, 田福礼, 史忠科

中国公路学报. 2016, 29(1): 120-127.

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为了利用交通流固有的周期性特征改善城市路网的交通状况,提出了一种基于迭代学习的城市道路交叉口信号控制方法。通过对交叉口信号的迭代学习控制,使其能够适应不断变化的交通状况,从而提高交通流在路网中的运行效率;考虑实际交通系统会受到各种外部因素的干扰,分析了当系统状态和输出存在扰动时迭代学习控制律的鲁棒收敛性。研究结果表明:有界的状态扰动和输出扰动使得系统的跟踪误差收敛到一个界内,且该界仅由系统不确定的外界扰动决定;当扰动为0时,系统输出能够完全跟踪期望输出;仿真分析验证了所提出方法的有效性,该方法可以避开交通流复杂的建模和辨识过程,直接通过迭代控制律计算交叉口各相位的绿灯时间,计算量小,设计简单,易于实现。

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基于双线性观测器的汽车侧倾状态估计

褚端峰, 吴超仲, 胡钊政, 贺宜, 孙川

中国公路学报. 2016, 29(1): 128-134.

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在路面不平度的随机激励下,针对汽车相对于路面而非水平面的侧倾状态难以直接测量的问题,基于双线性观测器实现对该侧倾状态的在线估计。利用半主动悬架汽车直接测量其簧载与非簧载质量左、右两侧垂向加速度,分析半主动悬架系统的双线性特性,借鉴Luenberger线性观测器的思想设计双线性观测器,并通过对汽车左、右轮胎变形量的在线观测,进而估计出汽车相对于路面的侧倾状态。最后,利用TruckSim与MATLAB/Simulink开展了联合仿真试验。结果表明:在路面高程一度超过0.1 m的情况下,汽车侧倾中心线相对于路面的侧倾角估计值与其真实值之间的相对误差始终保持在10%以内。

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大型正铲挖掘机工作装置液压系统仿真及试验

王永进, 权龙, 杨敬, 李光, 吕晓林

中国公路学报. 2016, 29(1): 135-142.

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针对大型液压挖掘机液压控制技术研究的不足,设计了大型正铲挖掘机液压系统控制方案,建立了大型正铲挖掘机的数学模型,对挖掘机的挖掘阻力进行了分析。采用ADAMS软件建立了挖掘机工作装置的仿真模型,利用AMESim软件建立了挖掘机液压控制系统的仿真模型,用这2种软件对动臂及斗杆液压缸在1个工作循环内的压力、速度及位移变化进行了联合仿真分析,并对液压挖掘机进行了试验研究。结果表明:所设计的液压控制系统可以满足动臂与斗杆复合动作时的压力及速度要求,验证了所提出的大型正铲挖掘机液压控制方案的正确性。

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2016年, 第29卷, 第1期　刊出日期：2016-01-20

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