2020年, 第33卷, 第1期　刊出日期：2020-01-20

  

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  中国公路学报. 2020, 33(1): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2020, 33(1): 0-0.

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综述
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  路基土动态回弹模量预估进展与展望

  张军辉, 彭俊辉, 郑健龙

  中国公路学报. 2020, 33(1): 1-13. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.001

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  路基动态回弹模量是路面结构设计的重要参数，而路基土回弹模量M_R的预估是确定路基回弹模量的基础。基于此，总结分析国内外路基土动态回弹模量预估模型的主要成果，并根据预估模型变量的不同，将典型预估模型分成了3类：第1类（A类）是以应力为变量的预估模型；第2类（B类）是将基质吸力耦合到应力变量中的预估模型；第3类（C类）是将基质吸力作为独立应力变量的预估模型。进而，从每类模型中选取2个被广泛接受的代表性模型，并采用3种土样的重复加载动三轴试验数据，对各类模型的适用性和特点进行分析。结果表明：A类模型形式简单，考虑了体应力、偏应力、八面体剪应力等应力变量对路基土动态回弹模量的影响，但对路基湿度状态的反映仅体现在k₁，k₂，k₃等模型参数中；B类模型是基于微观力学理论和热力学定律或基于Bishop非饱和土的有效应力原理提出的，若通过试验确定有效应力参数，成本高且设备不易操作，若通过经验公式来确定则误差较大；C类模型又分为将基质吸力作为应力的增量和乘积2种形式，增量形式导致M_R随基质吸力的变化不受围压、循环偏应力的影响，与实际情况不符，而乘积形式可避免该现象的产生；建议采用乘积的形式来反映基质吸力对路基土动态回弹模量的贡献。此外，为提出适用于中国路基路面设计体系的路基土回弹模量预估模型，应在加载序列、基质吸力测试、预估模型构建、干湿循环影响等方面开展进一步研究。
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  中国四车道及以上超大断面公路隧道修建技术的发展

  张俊儒, 吴洁, 严丛文, 苟新茗, 叶伦, 冯冀蒙

  中国公路学报. 2020, 33(1): 14-31. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.002

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  伴随经济的迅猛发展，对公路交通提出了更高的通行要求，新建、扩建的四车道及以上超大断面公路隧道频频出现，但却几乎没有学者对此方面的研究做出系统的归纳总结，诸多研究在类比引用时忽略工程案例更为细致的类别而存在些许不合理。基于此，通过广泛深入的调研，依据成因和特征将四车道及以上超大断面公路隧道分成3类：常规新建四车道公路隧道、原位扩建四车道公路隧道和分岔四车道及以上公路隧道；在此基础上，归纳总结分析了四车道及以上超大断面公路隧道断面形状、施工工法、施工力学和支护参数等的技术现状以及研究中存在的不足。在断面形状的研究上，实际工程采用的扁平率波动范围较大，并且大于目前理论研究得到的扁平率和国外大部分隧道采用的扁平率，更为合理的扁平率需要深入研究；在施工工法的研究上，有逐渐减少开挖分部，扩大施工空间，增强机械化施工的趋势，与之配套的自动化程度更高的施工机械急需研发；在施工力学的研究上，对围岩的荷载释放和渐进性破坏过程有了更加深入的认识，但是对深埋段围岩压力的计算方法仍没有统一的有说服力的计算理论；在支护参数的研究上，不同的工程呈现较大的差异，需对超大扁平隧道的支护参数进一步研究和优化，为完善相应的指南或规范奠定理论基础。最后对四车道及以上超大断面公路隧道的建造技术进行了展望，指出设计标准化、施工机械化、结构轻型化等是今后重点研究的内容。
道路工程
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  考虑吸附结合水影响的高液限土路基压实度控制标准

  张锐, 肖宇鹏, 刘闯, 郑健龙

  中国公路学报. 2020, 33(1): 32-40,50. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.003

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  为了确定用高液限土直接填筑高速公路下路堤时压实度控制的下限值，选取海南高液限土，并以长沙黏土质砂为对比样，开展基本物理性质、电镜扫描、重型湿法击实、浸水CBR和非饱和固结试验；利用容量瓶法测定土样的吸附结合水含量；分析吸附结合水对高液限土击实特性、强度、水稳性和压缩性的影响；将吸附结合水视为土中固相的一部分，提出并论证高液限土压实度控制下限值计算式。研究结果表明：海南高液限土含有大量微孔隙和叠片状结构的黏土矿物，吸附结合水的能力远强于黏土质砂；吸附结合水含量与塑限密切相关，约为塑限的85.3%；吸附结合水作用使高液限土相对黏土质砂而言最佳含水率偏高，最大干密度偏低；当初始含水率低于吸附结合水含量时，高液限土CBR试件浸水后的膨胀量显著增大；吸附结合水对高液限土在高含水率状态下仍能保持一定CBR强度和低压缩性起到了积极作用，并可在路基运营期内始终保持稳定；采用高含水率的高液限土填筑下路堤时，其压实度控制下限值并非定值，而是与其吸附结合水含量和最佳含水率相关，前者越大于后者，压实度控制下限值越低。研究成果可为高液限土路基设计与施工及相关技术标准的制修订提供参考。
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  加筋对桩承式路堤变形模式与土拱效应影响试验

  芮瑞, 万亿, 陈成, 庄妍, 张凯

  中国公路学报. 2020, 33(1): 41-50. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.004

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  对于桩承式加筋路堤，加筋改变了路堤底面的变形形态，不可避免地将对路堤变形模式与土拱效应产生影响。为了深入分析加筋的影响，利用开发的多沉陷门（Multi-trapdoor）试验装置和椭圆钢棒相似土填料，开展未加筋桩承式路堤试验并得到不同参数组合下存在的3种变形模式，选取3种变形模式的代表性试验，开展相同参数条件下的加筋试验以及4种不同填料高度和3种不同加筋刚度的桩承式加筋路堤试验。通过粒子图像测速技术（PIV）和自制三点式载荷计准确测试得到全场位移及桩顶和桩间土压力。结果表明：加筋后，未加筋桩承式路堤的三角扩展型和塔形升高型变形模式转化为同心椭圆扩展模式，等沉面模式转化为同心圆等沉模式；2种变形模式之间转化的临界高度为1.5倍桩间净距，但等沉面的高度仅为67%的桩间净距；加筋对土拱效应发挥起到了双重作用，一方面，加筋减小了差异沉降，导致土拱效应发挥程度降低，另一方面，加筋改变了路堤变形模式，为“同心圆”土拱提供了稳定的拱脚，使得土拱效应发挥程度提高；在填料高度低，加筋刚度高的情况下，土拱效应发挥程度进一步降低；而填料高度高，加筋刚度低时，土拱效应达到了充分发挥所需的差异沉降，加筋对土拱效应有提高作用；张拉膜效应发挥程度随加筋刚度增大而提高，且随着桩间土下沉而提高，导致土拱效应减弱。
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  非极限状态主动土压力与填土张拉裂缝研究

  曹海莹, 刘杰锋, 武崇福, 杜量

  中国公路学报. 2020, 33(1): 51-61,78. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.005

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  为了进一步完善非极限状态主动土压力计算中的不足，并就填土张拉裂缝深度的理论计算展开研究，以复杂工况下刚性挡土墙为研究对象，综合考虑挡土墙变位模式、填土种类、墙背与填土面倾角、墙土摩擦、填土张拉裂缝影响及超载作用等因素，基于薄层单元法，并结合墙土相互作用强度参数与位移的非线性关系，推导得到一种非极限状态主动土压力计算公式；通过与文献特例、试验数据比对，验证了所构建公式的合理性。当墙背填土为黏性土时，利用土压力计算公式及挡土墙模型中的几何关系，建立了填土张拉裂缝深度与挡土墙位移的关系方程，并绘制出不同影响因素下裂缝深度随挡土墙位移的变化曲线，其变化规律与模型试验结果基本吻合。研究结果表明：考虑因素的增多使得非极限状态主动土压力计算过程变得复杂，但假设条件与实际工况更加接近，其计算误差得以降低，且通过迭代法计算方程可以得到满意的数值解；张拉裂缝开展深度随挡土墙位移呈非线性增长，在位移初期增长较快，而接近极限位移时裂缝开展趋于稳定；不同因素对于填土张拉裂缝开展产生的作用存在差异，其中填土内摩擦角和黏聚力影响显著，超载和填土面倾角影响次之，墙背倾角影响最小；降低填土抗剪强度，增加超载以及选择仰斜式挡土墙均有助于抑制张拉裂缝的开展。
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  波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵试验

  李百建, 李勇, 朱良生, 符锌砂

  中国公路学报. 2020, 33(1): 62-68. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.006

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  为明确波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵的力学性能及机理，采用室内两点加载试验，对波纹钢管加固的未破坏、部分破坏和完全破坏的混凝土管涵进行研究，获得加固管的荷载-位移曲线、破坏特征和截面应变分布，基于破坏特征和截面应变分布假设加固系统为套管体系（Ⅱ类管），根据变形协调条件推导极限承载力的估算公式，并论述套管体系中各个管体的荷载分配机制。研究结果表明：波纹钢管不同程度地提高了混凝土管涵的承载能力和刚度；加固后的复合管为套管体系，荷载分配依据各个管体的环刚度大小，加固管极限承载力的计算值与实测值之间的误差小于10%；只要待加固的混凝土管涵未完全破坏，波纹钢管对钢筋混凝土管的加固效果相近，即部分破坏与未破坏的钢筋混凝土管涵采用波纹钢管加固后的承载能力相近，而完全破坏的钢筋混凝土管涵加固后的承载力较低；填充层不仅起到黏结作用，而且在荷载分配方面起着重要作用；当钢筋混凝土管涵从未破坏到完全破坏时，填充层所分担的荷载迅速增加（由30%增至80%），而波纹钢管分担的载荷仅略有增加（由7%增至18%）；当填充层的刚度从0增加到35 000 MPa时，填充层所分担的荷载从0增加到58%，钢筋混凝土管涵分担的荷载从69%下降到29%，波纹钢管分担的荷载由31%下降到13%。
桥梁工程
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  中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

  邓露, 陈雅仙, 韩万水, 王维

  中国公路学报. 2020, 33(1): 69-78. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.007

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  为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足，对冲击系数的影响因素进行研究，并提出更合理的冲击系数建议值。首先，根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型，结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型，建立车桥耦合振动分析系统。然后，基于车桥耦合振动分析系统，研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响，并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后，提出冲击系数的建议值，并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比，讨论建议值的合理性。结果表明：桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素，在桥面好的情况下，冲击系数均在0.1以下，低于规范中规定的冲击系数，而桥面很差时，冲击系数可达0.5，远大于中国现行规范中的冲击系数设计值，因此，定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应；质量轻的车辆引起更大的冲击系数，但由于车辆总质量轻，其导致的总荷载效应仍然较小，而重车虽然引起的冲击系数较小，但由于其导致的总荷载效应较大，更易对桥面造成损伤，因此，限制超载尤为重要。
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  基于受压区分区破坏机制的有腹筋RC梁受剪承载力公式

  郑开启, 刘钊

  中国公路学报. 2020, 33(1): 79-86,110. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.008

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  由于钢筋混凝土（RC）梁传力机理的复杂性和剪切破坏模式的多样性，现有受剪承载力公式的计算精度随受剪参数的变化呈现出明显的波动性，限制了其适用范围。以混凝土受压区的分区破坏机制为基础，从防止纵向钢筋提前屈服的角度建议受压区高度的修正公式，由此得到同时兼容低强和高强混凝土梁的混凝土剪切贡献表达式。通过斜裂缝倾角的转动规律分析混凝土与箍筋协同工作机制发挥的不同阶段，并据此建议箍筋项的剪切贡献计算原则。建立基于受压区分区的有腹筋RC梁受剪承载力公式。该公式以分项的形式直接体现剪压区、斜拉区和箍筋三部分的剪切贡献，能够反映混凝土强度、配箍率、纵筋率、剪跨比以及尺寸效应等主要受剪参数的影响规律。最后，基于剪切试验数据库对所提公式和当前主流公式进行验证，并对各公式的预测精度和参数敏感性进行对比评价。研究结果表明：所提出的受压区分区破坏机制能够较好地反映剪切破坏模式随剪跨比变化的演变规律；建议的受剪承载力公式具有较高的精确性和稳定性，对受剪参数的大范围变化不敏感，且对高强、大尺寸试件具有更好的适用性。
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  2种弧形切口对RF构造细节疲劳性能影响的现场监测

  祝志文, 李健朋, 黄炎, 钟国琛, 向泽

  中国公路学报. 2020, 33(1): 87-99. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.009

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  现场监测能真实反映结构的构造细节、边界约束和桥面加载条件，是正交异性钢桥面板疲劳评价最合理有效的方法之一。基于某正交异性桥面板钢箱梁桥，通过监测随机车流下同一车道紧邻的2个横隔板上疲劳敏感构造细节的应力响应时程，对比2种不同弧形切口正交异性钢桥面板构造细节的应力响应；通过雨流计数法获取构造细节应力谱，再基于米勒线性累积损伤准则计算疲劳等效应力幅和等效加载次数；最后基于AASHTO LRFD规范条文计算相关构造细节的疲劳寿命。研究结果表明：横隔板弧形切口构造细节总应力是面内应力分量主导，小弧形切口峰值应力时面外应力对总应力的比不大于23%，而大弧形切口仅略减小到20%，但大弧形切口削弱了横隔板腹板，使得传递面内竖向应力的面积减小，反而增大了弧形切口构造细节的应力，因而大弧形切口构造细节的疲劳寿命仅为10.6年，低于小弧形切口的14.2年；对纵肋-横隔板（Rib-to-floorbeam，RF）焊缝构造细节而言，大弧形切口减轻了RF之间的相互约束，能一定程度减小RF纵肋侧和RF横隔板侧的应力响应；但增大了RF围焊处因弯曲产生的压应力，从而导致横向泊松效应在该构造细节处产生大的二次应力；采用小弧形切口时估计的纵肋-横隔板焊缝构造细节的疲劳寿命大于100年，而采用大弧形切口对应寿命仅为31年。研究结果可为正交异性钢桥面板抗疲劳设计和加固提供有益的参考。
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  具有体外预应力索的快速施工群钉式钢-混组合小箱梁自振特性分析

  项贻强, 邱政, 何百达, 廖小辉

  中国公路学报. 2020, 33(1): 100-110. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.010

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  为了明确体外预应力索对快速施工钢-混组合小箱梁自振频率的影响，基于铁木辛柯梁理论和组合梁相对滑移对典型梁段及群钉的变形与受力进行了分析，同时，引入平面内梁体预应力变化量与振动位移之间的关系，运用达朗贝尔原理导出其平衡方程组，针对3种典型的体外预应力束布置型式给出快速施工钢-混组合小箱梁动力特性分析的解析公式，并将所提出方法的理论值与有限元数值分析进行了比较。在此基础上，详细分析了预应力筋布置位置（偏心距）、预应力筋初始应力大小、钢梁与混凝土板间抗剪连接刚度等参数对结构动力性能的影响。研究结果表明：所提出的方法及公式在分析体外预应力快速施工组合梁的动力特性方面具有较高的精度，其最大误差不超过2%；同时，在不考虑预应力对组合梁相对滑移影响的情况下，体外预应力筋初始应力的大小及抗剪连接刚度对结构本身的动力特性影响很小，最大不超过1%，可忽略不计；而预应力索布置的偏心距对结构自振频率影响相对较大，尤其是在低阶其频率约增加4%。因此，在实际工程中，使用体外预应力快速施工钢-混组合小箱梁或者采用体外预应力进行加固维修时，除应满足静力设计要求外，必须考虑偏心距对结构动力特性的影响。
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  预应力拉索锚头抗火性能试验

  朱美春, 孟凡钦, 张海良, 崔启

  中国公路学报. 2020, 33(1): 111-119. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.011

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  预应力拉索在大跨径桥梁结构中应用广泛，其火灾安全却面临严峻挑战。拉索锚头是拉索遭遇火灾高温时最薄弱的环节，若无专门的防火设计将造成极大的安全隐患，为此，以中国工程中广泛应用的热铸锚、冷铸锚和Wirelock锚三大类锚固系统为研究对象，采用平行钢丝束拉索足尺试件对其抗火性能进行研究。通过6个拉索锚头试件在有应力状态下的火灾试验（试验参数包括拉索锚固类型和应力水平），研究其温度场分布及锚固性能退化规律。试验结果表明：锚具内部温度分布不均匀，底端温度最高，前端最低；拉索锚固系统在高温下的滑移过程大致分为无滑移、滑移稳定增长和破坏3个阶段，其中热铸锚的无滑移段持续时间最长，约为60 min，冷铸锚和Wirelock锚的无滑移段持续时间都在20 min以内；3类试件的破坏时间即耐火极限相近；当构件破坏时，热铸锚、冷铸锚、Wirelock锚的临界温度分别为420℃~443℃、440℃~450℃、279℃~284℃；当拉索预应力水平从0.3增加到0.4时，拉索锚头耐火性能下降。
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  陡峭岩面双壁钢围堰稳定性分析及风险评估

  戴良军, 朱大勇, 程涛, 冯忠居, 董芸秀

  中国公路学报. 2020, 33(1): 120-127,137. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.012

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  根据某长江大桥索塔基础工程施工的主要特点，综合考虑4种水中基础围堰方案的优缺点，确定该索塔基础采用锚固柱桩方案；分析现有的钢围堰计算理论，基于钢围堰的施工工艺，研究该长江大桥索塔基础的钢围堰在封底混凝土对围堰侧压力、混凝土及钢围堰重力、钢围堰刃脚摩擦力、抗滑桩及封底混凝土抗剪承载力、流水压力作用下的力学特点，基于各工况的受力特点分别建立力学模型计算公式，构建综合考虑抗滑安全系数及风险后果影响的钢围堰整体抗滑风险模型。研究结果表明：根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）要求，钢围堰在第1，2，3工况时的抗滑安全系数分别为1.607，1.716，4.684，大于规范中1.3要求；该长江大桥在钢围堰施工阶段的总体风险水平为5.638 1，风险等级为3级。
隧道工程
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  钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

  柳献, 蒋子捷, 刘树亚

  中国公路学报. 2020, 33(1): 128-137. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.013

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  提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法，该方法采用钢板作为加固材料，钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中，焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件，植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件，化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力，而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料，其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结，提高了界面的强度、延性以及耐火性，改变了传统盾构隧道加固方法中，结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象，对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验，分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等，探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用，并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明：采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道，保证了界面黏结的有效性，极限承载力状态下，界面黏结良好，使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作，提高了各类材料（钢板、螺栓等）的利用率，结构整体破坏模式具有良好的弹塑性；相比于内张钢圈加固法，钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%，而结构极限承载力提高了31.1%，结构延性增加501%。
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  盾构隧道纵向地震响应的多尺度分析方法

  禹海涛, 吴胤翔, 涂新斌, 张晓阳, 李峰

  中国公路学报. 2020, 33(1): 138-144,152. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.014

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  针对目前盾构隧道抗震设计仅限于横断面分析，缺乏有效的纵向地震响应分析方法的问题，提出了一种用于模拟盾构隧道纵向地震响应的宏-细观多尺度分析方法，其中宏观等效模型用于描述盾构隧道结构整体的地震响应特性，细观精细化模型用于捕捉结构关键断面接头处的变形响应。宏观等效模型采用黏弹性地基梁来模拟，即将盾构隧道沿纵向简化为作用在黏弹性地基上的三维梁单元，且充分考虑了由于环缝影响引起的梁纵向等效刚度折减以及隧道内部结构对纵向等效刚度的附加效应。基于宏观等效模型的地震响应规律分析，确定出盾构隧道沿线的最不利断面位置，从而将这些关键区段替换为考虑隧道环缝接头的细观精细化模型，即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的环缝张开量和错位量等变形，克服了传统连续均质化模型无法反映环缝变形量的不足。最后，将该多尺度分析方法成功应用于世界首个特高压GIL电力盾构隧道，为实际重大工程的结构纵向抗震设计和安全性评价提供了科学依据和技术手段。
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  穿越紧邻隧道时盾构开挖面稳定性分析

  代仲海, 胡再强

  中国公路学报. 2020, 33(1): 145-152. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.015

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  当盾构近距离穿越邻近隧道时，由于存在既有隧道的刚度约束，隧道周围土体的破坏模式会受到既有隧道影响。考虑盾构近距离穿越紧邻已有隧道的特殊施工形式，构建三维弹塑性有限元计算模型，分析盾构处于不同位置时其开挖面失稳破坏形态、开挖面支护压力与盾构掘进位移之间的关系以及隧道上方地表沉降规律；基于极限平衡法，推导盾构近距离穿越紧邻隧道时开挖面极限支护压力变化模式，并对相关参数的敏感性进行验证讨论。研究结果表明：既有隧道的存在使得破坏区域受到抑制，沿开挖方向两滑动面不对称，靠近既有隧道的滑动面张开角比另一滑动面张开角小；随着楔形体倾斜角增大，相同内摩擦角条件下的开挖面支护压力不断增大，同时由于盾构掘进产生的土拱效应和盾构开挖面上方既有隧道的刚度约束，随着内摩擦角的不断增大，开挖面支护压力呈先增大后逐渐减小的抛物线形变化；相同参数条件下，盾构在黏性土层中掘进时，由于黏性土层中产生的土拱效应较弱，所需提供开挖面稳定的支护压力略大，开挖面支护压力较盾构在砂性土层中掘进时略大，随着埋深比的增加，维持盾构开挖面稳定的极限支护压力逐渐增大，且随着内摩擦角的增大，开挖面极限支护压力相应增大。研究成果可为类似盾构隧道工程建设提供一定的理论参考。
交通工程
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  基于3D空间球面的车载全景快速生成方法

  曹立波, 夏家豪, 廖家才, 张冠军, 张瑞锋

  中国公路学报. 2020, 33(1): 153-162,171. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.016

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  为了高效生成具有低失真度的车载全景，以保证基于此影像信息的辅助驾驶系统的实时性，提出针对运算效率进行优化的车载全景生成方法。首先，利用多扫描线趋近、圆拟合的方法实现鱼眼成像有效区域的准确自动提取，并对参数进行优化以提升算法鲁棒性。基于鱼眼成像有效区域轮廓，计算得到有效区域半径以及圆心。以圆心为原点，半径为单位长度重构笛卡尔坐标系。再基于此坐标系，将鱼眼成像通过经纬映射投射至3D空间球面并在球心建立虚拟相机，利用梯度下降获取视锥体最优旋转角后进行视角重构并成像，直接获取该方向鸟瞰图，实现通过一步变换完成鱼眼校正与逆透视变换，达到提升车载全景影像生成速率与减少图像失真的效果。最后，对图像位置进行配准，使虚拟相机直接成像在指定位置，并对4幅图像进行融合，从而降低由于拼接缝带来的图像信息损失，保证生成的车载全景影像最大程度保留道路信息。研究结果表明：使用该方法在同等硬件平台下，基于标定参数计算生成车载全景影像速率提升接近1倍，从视觉上图像失真程度明显降低；该算法可以提升车载全景生成速率，减少计算资源占用，降低图像失真，从而提升基于车载全景影像的辅助驾驶系统的实时性与可靠性。
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  基于视知觉的交通可变标志信息认度评价

  刘伟, 杜建玮, 陈科全

  中国公路学报. 2020, 33(1): 163-171. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.017

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  交通可变信息标志（Variable Message Signs，VMS）作为交通信息动态发布设施，被广泛应用于城市道路及高速公路管理中。由于VMS发布的图符信息数量及大小等缺乏标准，无法衡量发布信息是否有效传递给了驾驶人。为了准确度量VMS发布信息的视认有效性，基于驾驶人视知觉理论和VMS识别过程的特征，建立VMS信息量的量化方法，提出VMS认度概念。根据影响静态VMS有效视认的信息量、驾驶人动视力、车速等因素，以认度率为评价指标，建立信息量-认度评价模型；对影响动态VMS有效视认的屏幕信息滚动周期、视认冗余距离等因素，以周期有效度为评价指标，构建周期-认度评价模型。然后，通过视觉信息获取试验，将1 s时间内人眼可获取信息量与实际信息量的比值作为可获取信息系数：当信息量在50比特内，测试对象可获取信息系数最大，可获取信息系数趋于常数1；当信息量增加至56~105比特时，测试对象可获取信息系数呈指数骤减，随后趋于稳定（人眼可获取信息系数ρ=0.22±0.02）。最后，通过对实际道路中驾驶人对VMS信息获取情况的调查，采用认度评价模型与驾驶人实测结果进行对比分析，当静态VMS信息量大于90比特时，信息量轻微过载，驾驶人无法准确获取标志信息；当动态VMS标志周期有效度小于0.9时，驾驶人无法完整视认标志。该认度评价方法经过路测试验验证，可为VMS设计、信息发布管理提供参考。
汽车工程
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  电动二轮车驾驶人头部损伤再现不确定性方法

  韩勇, 徐甲芍, 石亮亮, 高秀晶, 钱宇彬, 杨震

  中国公路学报. 2020, 33(1): 172-180,190. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.018

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  为了减少交通事故中不确定性信息在受伤害者损伤再现中造成的不利影响，采用拉丁超立方（LHS）试验设计和响应面蒙特卡洛相结合的方法对电动二轮车驾驶人头部损伤再现进行损伤不确定性分析。首先采用多体系统动力学方法对具有详细事故信息（含视频信息）和损伤记录的2起电动二轮车事故中的汽车碰撞速度进行再现和不确定性分析，并对比事故信息（视频信息、最终位置、电动二轮车驾驶人的运动学），进而验证事故再现结果的有效性。在此基础上，应用有限元方法将获得的电动二轮车驾驶人头部碰撞的边界条件加载至THUMS人体头部有限元模型，分析电动二轮车驾驶人头部损伤参数的不确定性与简明损伤准则AIS累计频率的分布关系，并对比电动二轮车事故案例中电动二轮车驾驶人的头部损伤法医鉴定记录。研究结果表明：蒙特卡洛不确定性分析方法能够较准确地预测电动二轮车事故中的汽车碰撞车速，采用该分析方法获得的电动二轮车驾驶人头部损伤等级与法医鉴定的脑部损伤记录高度吻合；蒙特卡洛不确定性分析方法可以适用于评估电动二轮车事故中电动二轮车驾驶人的头部损伤等级，研究结果可为电动二轮车驾驶人头部损伤研究提供理论依据和实证方法。
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  仿生层级薄壁方管的耐撞性研究

  白中浩, 周存文, 龚超, 张林伟, 谭雯霄, 卜晓兵

  中国公路学报. 2020, 33(1): 181-190. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2020.01.019

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  为了进一步改善车辆结构部件的耐撞性能，基于甲虫翅鞘微观锥形小梁结构提出新颖的仿生层级薄壁方管（BHST）结构，包括SBHST-4，SBHST-9，BHST-4和BHST-9。通过非线性有限元软件和试验验证结果建立BHST有限元模型，并对比其与传统多胞薄壁方管结构的轴向吸能特性。考虑到结构壁厚、截面尺寸和空间位置因素对BHST-9结构耐撞性能的影响，采用参数分析方法，研究小方锥管下截面尺寸b分别和空间位置参数λ、结构壁厚t对BHST-9结构轴向吸能特性的影响。此外，结合径向基函数（RBF）神经网络代理模型技术与非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对BHST-9结构进行多目标优化分析，以获取BHST-9结构的最优配置。研究结果表明：BHST-9结构呈现出较优异的轴向吸能效果，其比吸能较传统9胞薄壁方管在等质量的条件下提高了22.87%，初始峰值力降低了10.22%；适当增加结构壁厚和小方锥管下截面尺寸有利于提升BHST-9结构的吸能能力；随着λ的增加，BHST-9结构的比吸能呈现出先增后减的趋势，当λ为0.5时，不同下截面尺寸小方锥管的BHST-9结构整体上具有较高的比吸能和较稳定的折叠变形模式，且初始峰值力变化幅度较小，但BHST-9结构中的仿生小方锥管下截面尺寸和结构壁厚较空间位置参数对比吸能的提升作用更为显著；当BHST-9结构初始峰值力不高于140 kN时，其最优设计参数t，b分别为1.61，24.67 mm。