中国公路学报

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封一/四

中国公路学报. 2016, 29(5): 0-0.

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路堤下“土工格室+碎石桩”双向增强复合地基桩土应力比及沉降计算

赵明华, 刘猛, 马缤辉, 龙军

中国公路学报. 2016, 29(5): 1-10.

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为了充分考虑路堤、格室体、碎石桩以及桩间土体共同作用对路堤荷载下"土工格室+碎石桩"双向增强复合地基桩土应力比与沉降计算方法的影响,以单桩等效加固范围内的路堤与复合地基为分析对象,引入"土柱模型"与环形大挠度薄板分别考虑路堤土拱效应与土工格室的抗弯拉作用,同时基于分层总和法,结合胡克定律与双曲线模型,综合考虑桩体鼓胀与桩土界面滑移,建立了考虑路堤、格室体及碎石桩复合地基共同作用的三维模型,获得了该类复合地基的桩土应力比及沉降计算方法;并采用室内试验数据与某工程实例对该计算方法进行了验证,同时系统分析了格室体与碎石桩的变形特征。结果表明:土工格室可有效增加碎石桩鼓胀范围与鼓胀量,并使其最大鼓胀位置上移,充分发挥其承载能力,格室垫层可明显加大桩体上刺难度,降低土拱效应;在路堤荷载不变的情况下,碎石桩中性点以下部分的桩土相互作用对格室体刚度变化并不敏感;此外,格室垫层"柔性筏板效应"对荷载调节的贡献大于"拉膜效应"。

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Y形桩与圆形桩承载性能对比模型试验

王新泉, 任连伟, 杨权威, 崔允亮, 张世民

中国公路学报. 2016, 29(5): 11-18.

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为对比研究等截面面积与等截面周长Y形桩与圆形桩的竖向承载性能,基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,通过在桩体内埋设钢筋计,桩端土体内布设土压力盒和砂雨法施工埋设桩体,进行了Y形桩与圆形桩承载机理对比模型试验研究。结果表明:与等截面圆形桩相比,Y形桩极限承载力是圆形桩的1.60倍,桩侧表面积是圆形桩的1.56倍,极限承载力的提高与桩侧表面积增大效果基本一致,在各级荷载作用下圆形桩的端阻力均小于Y形桩的端阻力,异形桩端截面增大了其端阻力;与等周长圆形桩相比,Y形桩极限承载力是圆形桩的84%,但混凝土用量仅为圆形桩的41%,单位体积混凝土发挥的极限承载力为圆形桩的2.04倍,在各级荷载作用下Y形桩总桩侧阻力均大于圆形桩。

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含易溶盐层状软黏土的电渗固结特性

刘飞禹, 王逸杰, 王军

中国公路学报. 2016, 29(5): 19-25,66.

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为了给软土地基的加固施工提供参考,针对土中易溶盐的不同分布位置对电渗固结效果影响不同的特点,使用CaCl₂作为易溶盐,添加到经过前期洗盐、烘干、碎土等处理的温州滨海相软土中,配置成初始含水率为65%的重塑土,对其进行了室内一维电渗固结试验研究。试验结果表明:易溶盐的分布范围对电渗效果有明显的影响,含盐土体分布于阳极附近时的电渗效果要比其分布于阴极附近时好;电渗试验过程中,只有当离子浓度条件和电场条件均处于最佳状态时,电渗的排水速率才会达到最大,对电能的利用率才会最高;含盐土体分布于阳极附近时的电渗能效比要比其分布于阴极附近时大,但电渗初期、后期能效比波动较大,含盐土体位于近阴极时的电渗能效比变化较为平稳。

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沥青及沥青混合料本构模型与微观结构研究综述

张起森, 肖鑫

中国公路学报. 2016, 29(5): 26-33.

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为提高中国沥青路面的研究技术,着重从本构模型与微观结构方面综述了近20年来沥青及沥青混合料的研究现状与发展前景。对沥青的组分、分子结构、本构模型及结构研究的新动态进行了总结;对沥青混合料的本构模型、微观结构、多尺度模拟、虚拟试验法、有限单元模型及微观结构分析中的数学力学方法进行了梳理。分析结果表明:利用现代科技手段研究沥青及沥青混合料微观结构的力学行为,可揭示许多用常规方法难以发现的问题和规律;沥青混合料的本构模型为实际荷载作用下沥青混合料的力学性能提供了更准确的信息,为建立材料特性与模型参数之间的关系提供了支撑。

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基于表面自由能理论的彩色树脂类沥青材料润湿性分析

张恺, 罗蓉, 张德润

中国公路学报. 2016, 29(5): 34-40.

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为评价彩色树脂类沥青材料的微观性质及其对集料的润湿性能,基于表面自由能理论,利用插板法对彩色树脂类沥青、SBS改性沥青以及基质沥青的接触角进行了测定,并对比分析3种沥青的表面能参数及其黏聚能。利用蒸气吸附法测定2种彩色石料的表面能参数,运用表面能理论确定沥青-集料在有水以及无水情况下的黏附功,分析彩色沥青对不同彩色石料的润湿性,并通过沥青混合料水稳定性试验进行验证。结果表明:所选彩色树脂类沥青各项基本指标与SBS改性沥青大致相同,且具有相近的表面性质;相比红色玄武岩,彩色树脂类沥青与红色花岗岩之间的水稳定性更佳;彩色树脂类沥青的润湿性及其与集料间的水稳定性指标均优于基质沥青和SBS改性沥青,此结果与沥青优选指标(沥青抵抗水作为裂缝扩散至集料表面的能力)一致,且润湿性、水稳定性指标以及沥青优选指标三者间具有良好的相关性,能够为评价彩色树脂类沥青混合料的水稳定性能提供一定的理论指导。

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智能发电路面压电元件保护措施设计及能量输出

王朝辉, 陈森, 李彦伟, 石鑫, 李强

中国公路学报. 2016, 29(5): 41-49.

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针对压电换能器发电路面存在的技术缺陷,优选适用于道路发电的压电元件并进行结构改进处理,设计出4种保护措施方案,提出了综合性能评价指标并确定最优保护结构,测试评价了典型面层结构组合小尺寸试件电学输出效果,开发制作出能量采集实体电路并探究了其实际应用工作状态。结果表明:直径35mm、厚度0.4mm圆形压电陶瓷片可满足发电路面各项技术要求,结构改进处理方案可有效延长压电元件使用寿命;D型刚性铜片与橡胶垫组合保护结构为最佳保护措施类型;薄层罩面复合AC-13型发电路面电学输出效果最优,可稳定连续输出峰值电压14V、有效输出功率0.44mW的交流电信号;标准能量采集改进电路可高效完成对道路压电微能量的转换和采集功能。

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基于伽马过程的钢桥构件疲劳裂纹检测维护策略优化

黄天立, 周浩, 任伟新, 陈华鹏

中国公路学报. 2016, 29(5): 50-57.

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针对钢桥构件疲劳裂纹问题,研究了基于伽马过程的疲劳裂纹增长过程模拟和疲劳失效概率;分析了检测概率和维护措施对钢桥构件疲劳使用寿命的影响以及钢桥构件疲劳裂纹全寿命周期检测维护成本;以最大化检测维护后疲劳使用寿命和最小化疲劳裂纹检测维护总成本为多目标优化函数,建立了基于伽马过程和遗传算法的钢桥构件疲劳裂纹检测和维护策略优化计算模型;最后对某钢桥桥面板加劲肋疲劳裂纹进行了优化分析。结果表明:检测维护成本随疲劳使用寿命期望值的增加而增加;对比1次检测维护策略,采用2次检测维护策略可在小幅增加检测维护成本的基础上大幅延长疲劳使用寿命;Pareto优化解集可提供多种不同检测维护成本和疲劳使用寿命要求的检测维护优化策略。

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基于实测车流的钢桥面板疲劳可靠度评估

刘扬, 鲁乃唯, 邓扬

中国公路学报. 2016, 29(5): 58-66.

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为了根据实测车流数据准确评估钢桥面板的疲劳安全水平,提出了基于随机车流荷载的疲劳可靠度评估框架。建立了考虑车流参数的疲劳损伤功能函数和疲劳应力概率模型,应用均匀设计-支持向量回归(UD-SVR)方法解决随机车流在桥梁有限元应力分析中的耗时问题,分析了交通量和轴重增长系数对钢桥面板焊接细节疲劳可靠度的影响规律。结果表明:基于动态称重数据的随机车流模型在钢桥疲劳应力概率建模方面具有一定的适用性;基于UD-SVR的有限元模型替代方法能够提高疲劳应力概率建模的效率;行车道处桥面板的日等效应力幅远大于超车道,但应力循环次数略小于超车道;车辆轴重增长系数对疲劳可靠指标的影响远大于交通量增长系数的影响。

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DSHCC增强RC梁受弯性能试验

谢海波, 邵旭东, 田仲初, 蒋田勇

中国公路学报. 2016, 29(5): 67-74.

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针对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)存在弹性模量和强度较低等不足,采取致密化方法对普通SHCC进行改进,研究出适用于RC梁加固的致密应变硬化水泥基复合材料(DSHCC)。在此基础上,通过对6根DSHCC增强RC梁和4根高性能复合砂浆增强RC梁受弯性能进行对比试验,分析DSHCC层对增强RC梁受弯破坏模式、承载力、变形能力以及裂缝分布等的影响,并通过编制程序分析DSHCC增强RC梁受弯破坏过程,推导相应的极限承载力简化计算式。结果表明:DSHCC的弹性模量、极限抗拉强度和抗压强度相较于普通SHCC均有大幅提高;DSHCC增强RC梁在极限承载力和耐久性方面优势明显,但未配筋的DSHCC增强梁变形能力仍存在不足(其延性系数仅为基梁的1/6),可通过在DSHCC增强层中配置少量钢筋来提高增强梁的延性,试验得到DSHCC增强层配筋率为0.6%和0.9%的增强RC梁延性系数分别提高了40%和100%;增强层配置少量钢筋后DSHCC增强RC梁不仅具有较高承载能力和耐久性能,还具有较好的延性能力。

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基于新型力学分析程序的圆钢管混凝土轴压短柱受力性能研究

黄一杰, 孙跃东, 孙黄胜

中国公路学报. 2016, 29(5): 75-83,94.

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以经典弹塑性力学与非线弹性力学为理论依据,结合钢管与混凝土材料性能,建立了新型圆钢管混凝土轴压短柱力学模型,并以此模型为基础推导并编写数值计算分析程序。结合该力学分析模型与程序对钢管混凝土短柱轴压受力全过程进行理论分析,研究了钢管混凝土试件在外部荷载作用下的受力特性,钢管竖向、环向应力变化规律,约束核心混凝土的力学性能以及钢管与核心混凝土之间相互作用的发展规律。研究结果表明:计算得到的荷载-变形关系全曲线与试验结果吻合良好,理论分析结果较为合理;钢管竖向应力先增大后降低最终趋于平缓,环向应力在整个过程中不断变化;内部核心混凝土受围压变化的影响,其轴向应力-应变关系异于恒定围压条件下的混凝土应力-应变关系;套箍系数对核心混凝土强度提高有明显影响,而试件径厚比可有效改善约束混凝土的受力-变形关系。

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盾构隧道钢混复合管片的力学性能试验(英文)

张稳军, 金明明, 苏忍, 张高乐, 孔恒, 小泉淳

中国公路学报. 2016, 29(5): 84-94.

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针对盾构隧道钢混复合管片的力学性能,在已有10组试验和研究成果的基础上,新增4组钢混复合管片试件的纯弯曲加载模型试验,进一步考察了钢板厚度变化、剪力键及接头板对钢混复合管片承载能力和变形的影响,并将新增试验结果与已有试验结果进行了对比分析;同时根据以往的研究,提出了确定复合管片屈服荷载的双线性方法。对比分析结果表明:面板厚度对钢混复合管片变形和承载能力的影响最为显著;剪力键可以限制钢混复合管片的变形从而提高其承载能力;接头板在无剪力键时能起到剪力键的作用并显著提高复合管片的承载能力,而在有剪力键时对承载力没有影响。最后从新增的性能影响因素出发,对新增试验和原有试验结果中复合管片宽度和高度方向的应变分布规律进行了分析和补充。这14组试验结果可以较为全面地揭示盾构隧道钢混复合管片的力学机理。

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沉管隧道预制过程中温度与应力仿真分析

张苑竹, 郭淇钢, 项超, 魏新江

中国公路学报. 2016, 29(5): 95-102.

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为了研究沉管隧道预制全过程中水化温度和温度应力的发展,基于舟山沈家门海底隧道,按施工工序建立了考虑地基传热、侧墙水管冷却、拆模等多因素的管段分层浇筑模型,数值分析了管段浇筑过程中温度场和应力场的分布变化规律,比较了不同数值模型的影响。研究结果表明:浇筑阶段底板和顶板的水化温度和温度应力在腋角部位最大,侧墙的最大水化温度和温度应力随浇筑过程逐渐上移;地基传热和水管冷却有利于底板和侧墙降温;关闭管冷和拆模会导致侧墙和顶板温度骤降;考虑钢底模与不考虑底模的模型计算得到的地基温度变化规律相似,但前者计算耗时更长;分层浇筑模型计算得到的水化温度相比整体浇筑模型更吻合实测值;考虑拆模模型比不考虑模板模型计算得到的应力变化更危险。

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公路隧道火灾模型试验弗劳德准则应用条件

孙三祥, 张云霞, 雷鹏帅, 武金明

中国公路学报. 2016, 29(5): 103-108.

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为了确定公路隧道火灾模型试验相似律,基于对火灾烟气运动方程的理论分析,给出了区分火源近区与火源远区的临界距离,近区、远区适用的相似准则及相似比尺关系,临界弗劳德数计算式参数取值及临界风速计算模型,并依据相关文献资料对临界风速计算模型进行了验证。结果表明:火源及近区烟气为自然扩散,垂向受浮力作用明显,模型试验可采用弗劳德准则,火源远区浮力作用在隧道纵向不明显,烟气流动模拟不宜采用弗劳德准则;火源远区比尺关系与隧道通风模型试验比尺关系相同,速度比尺为1:1,火源功率比尺与几何比尺的2次方成正比;模型试验时应区分近、远区,基于不同比尺关系进行模型设计;临界风速计算模型合理;烟气厚度替换隧道高度,临界弗劳德数接近1.0。

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海底隧道管节接头防火试验

郭军, 刘帅, 曹更任, 陈建忠

中国公路学报. 2016, 29(5): 109-115.

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为了研究海底沉管隧道管节接头的防火构造与防火性能,采用自主设计建造的燃气式高温试验炉,以国际RABT标准温升曲线作为火灾边界输入,进行了多工况1:1全尺寸构件明火试验,分析了管节接头在2种防火构造下的防火性能与温度分布。结果表明:作为一种包含钢剪力键的复合材料构件,管节接头的防火性能最终受制于耐温极限仅为100℃的Ω橡胶止水带;管节接头的防火效果取决于防火隔断的设计,采用外挂防火板与内置防火隔断的双层防护方案,即2 cm厚外挂防火板+防火隔断(1cm厚防火板+1cm厚防火棉+3cm厚防火板+轻钢龙骨),可确保管节内Ω橡胶止水带的火灾历时温度低于其防火极限;当双层防护构造采用分离式铆固时,受明火火灾动力冲击影响大,外挂防火板首先开始破坏,进而导致管节接头整体防火失效。通过试验,推荐海底沉管隧道管节接头采用双层防护整体式铆固防火构造方案。

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道路环境对绕城高速公路交通事故严重程度影响分析

冯忠祥, 雷叶维, 张卫华, 王锟, 韩松

中国公路学报. 2016, 29(5): 116-123.

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为探析及定量化绕城高速交通事故影响因素,分析了合肥绕城高速公路事故特征,并重点对2处多发事故的交汇枢纽段事故进行描述,从环境角度归纳出白天、黑夜、天气、照度、能见度等10个因素对其安全性的影响,应用分类变量处理方法将其定义为10种指标,并进行赋值。结合Logistic模型理论,以合肥绕城高速2011年9月1日~2014年8月31日共计103起交通事故为建模数据,构建道路环境对绕城高速公路交通事故严重程度影响度量模型。结果表明:模型拟合度较好;事故时间段和事故天气是影响绕城高速事故严重性的重要因素,其中,白天死亡事故概率较低,其发生比是夜间的13%;晴天时,绕城高速死亡事故概率却较高,其发生比为不利天气的3.26倍。

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公路建设项目造价管理绩效优化计算方法

党晓旭, 张华, 王元庆, 杨云峰, 魏华

中国公路学报. 2016, 29(5): 124-129,150.

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为了科学计算公路建设项目造价管理绩效,基于投入产出分析提出包括投入因子和产出因子的公路建设项目造价管理绩效计算因子体系,并建立了各因子的计算方法。提出了可比造价的概念,并建立了简化算法;采用因子分析对造价管理绩效计算因子体系进行简化降维和去相关性。基于数据包络分析原理,引入偏好信息,建立具有非期望输出、权重受限的公路建设项目造价管理绩效计算模型,并提出造价管理技术无效项目的效率改进方法。结果表明:实施阶段造价管理薄弱是目前公路建设项目造价管理绩效不高的主要原因,未来应着重加强施工阶段造价监督,严格控制工程建设成本;不同绩效计算方法的比较显示所提出方法算得的结果更符合实际情况。

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基于服务水平的高速公路养护作业工作区长度确定方法

彭余华, 王晓玉, 吕纪娜, 王玮, 张含飞

中国公路学报. 2016, 29(5): 130-136.

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为了提高高速公路养护作业区的服务水平,基于VISSIM建立设计速度为120km·h^-1双向四车道高速公路养护作业区交通仿真模型,经对比选取作业路段饱和度、平均车速、交通密度、平均行程延误作为评价高速公路养护作业方案的服务水平指标,并采用动态综合评价法分析确定养护作业区的工作区长度。结果表明:在封闭外侧车道,作业区采用逐级限速(60~80km·h^-1)条件下,得出在不同交通量和大车率的情况下工作区长度阈值和路段服务水平的对应关系;在封闭半幅车道条件下,考虑到大型车的行驶特性,作业区采用逐级限速(40~80km·h^-1)模式,同一交通量和大车率水平下,相应工作区长度对应的服务水平较封闭外侧车道模式低,并得出不同交通量和大车率情况下工作区长度阈值和路段服务水平的对应关系;研究结果可为高速公路养护作业交通组织方案的工作区长度的确定提供参考。

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高精度阵列式压电石英动态称重系统研究

王磊, 尹燕, 周伟, 王选仓

中国公路学报. 2016, 29(5): 137-143.

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为了解决动态称重中发生的跳秤、S形行驶、急刹猛起等问题,针对高精度不停车动态称重系统(EWTC)进行了深入研究。通过对国内外动态称重设备性能特点及工作原理的系统调查分析,研究了条带式、交错式、宽板式压电石英传感器组合方案及其效果,提出了多条带与宽板交错布设组合阵列式布设方案,并对其进行试验场测试、道路测试及实际工程验证。研究结果表明:宽板与多条带石英传感器的阵列式布设方案不仅能达到较高的动态称重精度,而且能够很好地解决车辆走停、走S形及倒车等情况带来的问题;动态称重精度在2%以内,高于中国规定的动态称重误差标准;研究结果可为货车不停车计重收费系统的实现奠定关键技术基础。

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电动汽车碰撞安全性与NVH多目标拓扑优化

雷正保, 易晓剑

中国公路学报. 2016, 29(5): 144-150.

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为了对纯电动汽车车身进行正向概念设计,以使其同时满足耐撞性与NVH性能要求,在前期研究已获取满足碰撞相容性与耐撞性要求的车头与车尾拓扑构型的基础上,以车身乘坐区为设计区域,围绕NVH对应的车身弯曲、扭转工况与耐撞性对应的侧面碰撞、顶压工况,建立加权多目标优化设计模型,利用变密度拓扑优化方法开展耐撞性与NVH多目标拓扑优化设计,获取车身乘坐区拓扑构型;对建立的整车车身有限元模型进行模态和碰撞安全性能分析。结果表明:50km·h^-1的正面全宽固定刚性壁障碰撞试验中,车身质心处加速度峰值为46g,64km·h^-1的正面40%可变形壁障偏置碰撞试验中,车身质心处加速度峰值为27g;2种碰撞条件下,车身乘坐区均完整,满足汽车正面碰撞安全性要求;车身最小振动频率为17.9Hz,远高于路面对车身的最高激励频率,且模态振型较大的区域避开了乘坐区地板动力电池区域,符合车身整体性能要求。

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商用车悬架馈能潜力影响因素研究

过学迅, 彭明, 邹俊逸, 张杰, 张晗

中国公路学报. 2016, 29(5): 151-158.

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为了给液电式馈能减振器的悬架匹配研究提供参考,基于仿真计算和实车道路试验分析了行驶工况和整车参数对商用车馈能悬架振动能量回收潜力的影响;并采用实车道路试验验证了MATLAB/Simulink路面模型和悬架动力学仿真模型的正确性;最后结合减振器台架试验结果,非线性回归拟合了液电式馈能减振器样机的馈能效率曲线。结果表明:整车参数对商用车减振器耗散功率的影响显著性从大到小依次为轮胎刚度、非簧载质量、簧载质量、悬架刚度和悬架阻尼;减振器耗散功率与路面等级、车速、轮胎刚度、非簧载质量和簧载质量的变化成正比,而随着悬架刚度和悬架阻尼的增大而减小。

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2016年, 第29卷, 第5期　刊出日期：2016-05-20

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