2022年, 第35卷, 第5期 刊出日期:2022-05-20
  

  • 全选
    |
    目录
  • 中国公路学报. 2022, 35(5): 0-1.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
  • 中国公路学报. 2022, 35(5): 2-0.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
  • 苏权科
    中国公路学报. 2022, 35(5): 3-0.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    “700多年前,文天祥在《过零丁洋》写下'留取丹心照汗青’,充满了悲壮与无奈。1840年鸦片战争,英国人就是从伶仃洋口打进来的。所以在这里建桥,一定要建一座为中国人争气的桥,一座在世界上拿得出手的世界一流的桥!”苏权科说。作为港珠澳大桥主体工程的技术总负责人,他已在大桥坚守16年,从年富力强走到两鬓泛白,终于完成了这个梦想。情定南粤,与桥结缘1985年,苏权科结束了高中物理老师的生涯,进入西安公路学院成为桥梁与隧道专业的一名研究生。怀揣修桥铺路的梦想,毕业后苏权科来到了广东省交通科学研究所,开始进行桥梁结构的设计、检测及科学研究。一年半后,广东省成立公路工程质量监督站(现为省交通工程质监站),不满28岁的苏权科被任命为副站长,分管全省桥梁工程质量监督、检测管理工作,“从此以后我就能够深入接触全省的桥梁,了解每一座在建桥梁的建设水平和存在的问题了”。1991年年底,汕头海湾大桥上马,苏权科出任驻地监理工程师、计划合同部主任。该桥是我国第一座自主设计、建造的现代悬索桥,其混凝土加劲梁的结构在同类桥型中是世界第一。当时国家尚没有相应的建设标准,设计规范、施工规范及成熟的检测检验方法、规程都没有,基本上是凭经验及参考一般路桥建设的做法。苏权科查阅了大量国外同类型桥梁建设的资料,结合工程实际情况,制定了自己的质量标准和监理流程,并将英文版的《霍朴桥的设计与施工》整本翻译成中文,在最短的时间里编制了一部针对悬索桥设计施工总承包模式的监理管理办法,起草了国内第一部悬索桥的《监理细则》。建设之初,混凝土防海水腐蚀还仅是水运工程领域的概念,国内桥梁建设领域尚无防腐蚀的规定和做法。苏权科找到水运工程界老前辈潘德强寻求帮助,改变了设计文件中参考苏联经验,采用抗硫酸盐水泥的不当做法,引进了混凝土防海水腐蚀的保护层厚度规定、表面涂装和钢结构阴极保护的设计施工理念,成为我国较早在公路行业采用防海水腐蚀的跨海大桥,与国内同时期修建没有做防海水腐蚀处理的跨海大桥相比,效果显著不同。从此,苏权科与桥梁耐久性结缘。1996年,在担任广东台山镇海湾大桥总监代表期间,苏权科继续与潘德强团队合作,探索实践提高钢筋混凝土防海水腐蚀性能的原材料、配合比和施工工艺。1997年7月,苏权科辗转到另一座里程碑式的桥梁——亚洲第一座特大型三跨连续全漂浮钢箱梁悬索桥——厦门海沧大桥。他持续思考和探索跨海桥梁的耐久性和建造品质问题,认真学习和实践城市桥梁的景观设计和精细化施工技术。作为总监副代表,苏权科率先推行了监理工作标准化、规范化运作。随后,他系统总结了3座桥的实践经验,相继完成了《桥梁施工违规纠正手册》《交通工程设施监理指南》《桥梁施工监理方法与要点》,这些作品成为相关专业莘莘学子和监理工程师们案头必备的书目。从陕南的汉江大桥、广东汕头海湾大桥、台山镇海湾大桥,到厦门海沧大桥,苏权科亲历了多座桥梁工程的建设。“技术力量相对薄弱,尤其是在装备和材料方面与发达国家还有较大的差距,建筑理念上譬如耐久性的概念、景观概念也有差异,技术标准滞后,在设计施工阶段,对桥梁的运营和维护也缺乏周密的预先布局。”苏权科对国内桥梁建设水平同国外先进国家的差距有着清醒的认识。作为一名桥梁人,“建设世界一流桥梁”一直是他的梦想。十五年逐梦伶仃,港珠澳铸就奇迹“建一座在国际一流桥梁中能占一席之地的桥”,苏权科把梦想寄托在了跨越伶仃洋的港珠澳大桥上。2003年,国务院批准开展港珠澳大桥项目前期工作,苏权科就是最初参与大桥筹建的13人之一。港珠澳大桥是当今世界总体跨度最长、钢结构桥梁最长、海底沉管隧道最长的跨海大桥,也是公路建设史上技术最复杂、施工难度最大、工程规模最庞大的桥梁,被外媒誉为“现代世界七大奇迹”之一。要在台风、航运、海事安全、环保、景观、航空管制等诸多因素约束的伶仃洋上,建一座涵盖了交通行业内路、桥、隧、岛等各项工程,设计寿命120年的跨海大桥,同时满足内地、香港、澳门不同的技术标准及法律法规,还要克服三地不同制度、语言、货币、观念的差异,这在世界范围内都极具挑战。“回头想想,我之前参与的每个项目,似乎都是在为港珠澳大桥的建设做准备。”要建一座世界级的大桥,得先想清楚它“长什么样”。苏权科很喜欢时任交通运输部副部长、港珠澳大桥技术专家组组长冯正霖讲的那句话:“业主的境界和眼光决定了工程的(下转封三)(上接封二)建设水准。”对苏权科和他的同事们来说,要逐梦伶仃,首先就得拿出一个有境界有眼光的建设方案和标准。为了编制出适合的技术标准体系、科研规划纲要、设计咨询管理办法、质量管理方案,苏权科飞赴世界各地拜访世界级领军人物,观摩了上百座名桥;组织审查了几十万张图纸,反复论证修改了几百本设计施工方案。为见证这一举世瞩目的超级工程,苏权科初任港珠澳大桥总工程师时,还将海沧大桥建成后剃掉的胡须,又蓄了起来,以明建桥之志。为达到高品质目标,苏权科和同事们经过深思熟虑,大胆采用了先进的装配化施工,把原来土木工程粗放的施工改成精细的制造及精准的海上安装。“大型化、工厂化、标准化、装配化建造,把桥梁建设往工业化层面大大迈进了一步,”苏权科说,“先在工厂里把钢管桩、桥墩、桥面箱梁、隧道管节等生产出来,等到伶仃洋风浪流等窗口条件具备时再通过大型装备运输到海上,像'搭积木’一样'组装’超级工程。”研究、测试、演练大部分都是在深夜进行,他和团队历经艰辛,研发建立了国内首条钢箱梁板单元制造自动化生产线,在世界上首次采用多工法、不对称、多塔斜拉桥的施工控制技术,完成3100吨巨型钢索塔整体一次吊装到位。如何确保恶劣条件下的耐久性,是工程建设品质的关键所在。伶仃洋海域气温高、湿度大、海水含盐度高,受海水、海风、盐雾、潮汐、干湿循环等众多因素影响,工程主体的钢筋混凝土构件极易因氯离子侵蚀、化学介质侵蚀破坏等产生锈蚀,从而导致结构性能退化,危及安全和寿命。在苏权科的带领下,联合中交四航工程研究院与清华大学组成耐久性研究团队,与潘德强的继任者王胜年、陈肇元院士团队的李克菲等人,数年探索,采用相似环境长期暴露试验数据与工程调查数据,提出了基于可靠度理论的混凝土结构耐久性设计新方法,建立了基于近似概率的质量与寿命定量关系模型,解决了120年耐久性设计施工难题,被国际同行称为“港珠澳模型”。同常规跨海通道相比,港珠澳大桥集桥、岛、隧于一体,结构复杂、构件类型多、运营环境各异,特别是海底沉管隧道对混凝土结构裂缝要求极高。港珠澳大桥的海底隧道长约6.7千米,由33节沉管组成,一个标准管节长180米,重约8万吨。如何确保这些沉入伶仃洋底的33个“航母”,在最深达43米的海底,120年设计使用寿命期内不漏水呢?苏权科与科研、施工单位一起,基于温度应力仿真和智能控制技术,研究制定了混凝土防裂技术规程。沉管预制厂试验室主任张宝兰和年轻的团队,坚守荒岛,埋头苦干,光试验就用坏了5个搅拌机,创造了沉管预制百万方混凝土无裂缝的奇迹。港珠澳大桥从2003年前期工作开始到建成,共开展科研专题约300项,累计投入近5亿元。2010年,由科技部支持立项的国家科技支撑计划“港珠澳大桥跨海集群工程建设关键技术研究与示范”项目正式启动实施,苏权科担任总负责人。他既要兼顾设计、科研、施工等各个方面,带领团队解决技术难题;又要组织协调,听取各方面意见制定方案,让研究者了解一线实际,让建设者跟踪科研进展,推动科研与生产一线的沟通交流;还要给团队工程师加油打气,凝聚人心。经过14年的探索与努力,苏权科终于和团队一起,攻破了海洋环境下深埋(大回淤)沉管隧道设计与施工、无掩护海域桥隧转换人工岛设计与施工、海上装配化桥梁建设、混凝土结构120年使用寿命保障、跨境交通运营管理及桥—岛—隧集群工程防灾减灾及节能环保等一系列技术难题,构建了跨海集群工程建设关键技术的体系。这些研究成果解决了工程推进中的重点难题,有力支撑了工程建设,也对我国大型跨海通道工程技术进步发挥了重要推动作用。重整行装再出发,用好管好大桥2018年10月23日,习近平总书记宣布:“港珠澳大桥正式开通!”随后总书记乘车巡览大桥,并在蓝海豚岛接见了20名建设者代表,苏权科就是其中之一。习近平总书记指出,港珠澳大桥是国家工程、国之重器,它的建设创下多项世界之最,非常了不起,体现了一个国家逢山开路、遇水架桥的奋斗精神,体现了我国综合国力、自主创新能力,体现了勇创世界一流的民族志气。这是一座圆梦桥、同心桥、自信桥、复兴桥,要用好管好大桥,为粤港澳大湾区建设发挥重要作用。苏权科说,听到习近平总书记的评价以后,他想起中国几代桥梁人艰难的追求,才真正理解了港珠澳大桥光荣的使命。能在伶仃洋上建一座“争气桥”,自己是最幸运的工程师,也最应感谢这个伟大的时代。韩正副总理在开通仪式上提出,港珠澳大桥作为世界范围内规模最大、建设条件最复杂、技术要求最高的跨海集群工程,技术含量高,大桥在建设过程中积累形成了数百项发明专利和一系列科技成果,构建了跨海集群工程建设关键技术的体系,如何将这些实践中获得的宝贵经验和财富尽快转化为行业标准和规范,使中国桥梁建设技术走出国门,为构建“一带一路”做出新的贡献?苏权科如今想做的,就是把港珠澳大桥的经验和标准推向全国乃至全球。“20世纪80年代,日本为建造本(州)—四(国)联络桥,提前10多年组织研究,制定了'本四标准’。几十年来,全世界修建跨海大桥的工程师都把这个标准作为首选的参照”,他希望,“'港珠澳标准’能够跟'本四标准’相媲美,得到更多国家的认可,代表中国标准走向世界。”为此,苏权科和同事们正在努力工作,将港珠澳大桥项目标准转化为中国公路学会团体标准以及相关行业和地方标准。2019年11月16日,“粤港澳大湾区交通建设智能维养与安全运营工程技术研究中心”在珠海揭牌并正式启动,苏权科担任主任,由大桥管理局联合香港理工大学、澳门大学、中交四航工程研究院有限公司、澳门土木工程实验室、香港大学和珠海交通集团共同成立,将着力解决港珠澳大桥营运维护技术难题。2019年年底前后,国家重点研发计划“港珠澳大桥智能化运维技术集成应用”和广东省重点领域研发计划“重大跨海交通集群工程智能安全监测与应急管控”项目相继启动,在5G、北斗、大数据、三维数字化模型等新技术与结构安全监测系统、应急管控系统集成及融合等方面开展研究,希望形成新一代安全监测系统和应急管控系统,更好地保障港珠澳大桥及粤港澳大湾区重大交通集群工程的安全运营,开创湾区科技创新协同发展的新局面。港珠澳大桥通车时,苏权科没有把胡须全部剃完,他说:“以前,港珠澳大桥是世界一流的物理大桥。未来,我们要把港珠澳大桥建设成世界一流的数字化大桥。”新型基础设施建设得到国家的大力支持,其中5G基站建设、大数据中心、人工智能、工业互联网等领域与大桥的数字化建设息息相关。“我们正在做的事情,正好符合新基建的要求。”他还和港区全国政协委员一起,建议在港珠澳大桥上进行无人驾驶的试验。在未来交通发展中,无人驾驶的意义深远,如2019年年底暴发的新型冠状病毒肺炎疫情中,用无人驾驶就能解决疫区物资运输问题。苏权科说,“我的使命还没有完成,所以还在继续为把这个桥管好、用好、维护好,再做很多技术创新方面的努力。”
  • 道路工程
  • 马涛, 方周
    中国公路学报. 2022, 35(5): 1-11. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.001
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为研究路基振动压实过程中振动轮动力学响应的产生机理,进而为连续压实监测技术中的谐波比类指标提供理论支撑,基于有限元方法,分别考虑了纯弹性和弹塑性2种土体本构模型,针对振动压实过程中的加速度信号进行了仿真分析,分别研究了几何非线性、接触非线性以及材料非线性对加速度信号畸变的影响,探讨了加速度信号频谱中谐波分量和次谐波分量的产生机理,并对其随弹性模量、黏聚力等土体参数的变化规律进行了分析。其中,弹性模型在发生跳振之前,可以分析几何非线性和由于接触面积变化引起的接触非线性的影响,在发生跳振之后,可以用来考虑由于脱空引起的接触非线性的影响,弹塑性模型可以反映材料非线性的影响。研究结果表明:几何非线性对加速度信号畸变的影响不大,材料非线性和接触面积变化引起的接触非线性是加速度信号谐波分量的产生原因,而跳振引起的接触非线性是次谐波分量的产生原因。此外,随着压实过程的进行,土体模量和屈服极限同时提高,接触面积变化引起的接触非线性增强,但材料非线性的影响减弱,由于压实的中后期土体弹性因素占据了主导地位,塑性变形量很小,同时由于局部脱空的影响,导致实际工程中,随着压实过程的进行,二次谐波分量呈增大趋势。最后,跳振不仅会引起次谐波分量,还会导致谐波分量量值的减小,同时跳振发生前后加速度波形并不是连续变化,而是发生了突变。
  • 颜可珍, 杨胜丰, 黎国凯, 周华, 潘勤学, 吕松涛
    中国公路学报. 2022, 35(5): 12-22. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.002
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了更加精确、全面地表征沥青混合料的动态黏弹性力学特性,基于四参数分数阶导数Zener模型(FDZ)分配微分算子后,分别得到修改五参数分数阶导数模型(MFPFD)和改进五参数分数阶导数模型(IFPFD)的本构方程,并进一步得到了模型的复数模量解析表达式。将复数模量分离实部和虚部得到存储模量、损失模量及损耗因子的系数解析表达式。采用LARE目标函数,基于时温等效原理,构造了3个模型的黏弹函数主曲线,通过拟合优度和目标函数最优值评价模型拟合的效果,并对2种分数阶导数模型进行了对比。研究结果表明:FDZ模型和MFPFD模型黏弹函数呈现相似的性质,说明FDZ模型分配微分算子后黏弹函数的特性未发生变化;IFPFD模型采用1套参数即可较好地表征沥青混合料的所有动态黏弹函数,如存储模量、损失模量、相位角、动态模量、损耗因子及Cole-cole曲线,满足Kramers-Kronig关系;与FDZ模型相比,IFPFD模型增加模型参数β,能够更好地描述损失模量的峰宽和其他黏弹函数的非对称特征。最后,IFPFD模型的参数具有一定的物理意义,而根据数值优化所得的模型参数,能确定参考温度下动态黏弹性分数阶导数的微分方程,且分数阶微分本构方程较为简单,研究结果可为沥青混合料设计和路面动力学分析提供新的思路。
  • 周航, 李籼橙, 刘汉龙, 王增亮
    中国公路学报. 2022, 35(5): 23-32. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.003
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    矩形桩作为一种典型的横截面非圆形桩,通常采用等效圆形桩的近似方法来分析,未能从理论上考虑桩-土相互作用。针对该问题,结合复变函数保角变换技术提出一种适用于竖向受荷矩形桩的三维弹性变分方法。基于最小势能原理和变分法获得桩位移函数和土竖向位移传递函数的控制微分方程,为克服土体位移传递函数求解域边界形状复杂的困难,应用保角变换将桩-土接触面的复杂边界形状转化为简单边界,并获得了桩位移函数的解析解及土体竖向位移函数的半解析解。使用MATLAB软件编制相应的分析程序,并将分析得到的结果与有限元分析及现有解答进行对比。最后,对影响桩沉降的主要因素进行参数分析。研究结果表明:所得解与有限元分析结果吻合得更好,证明了所提分析方法的正确性;摩擦桩量纲一化的桩顶刚度随桩-土模量比的增加逐渐减小,当桩的长细比增加到某数值时,其对桩顶刚度的影响可忽略不计,即摩擦桩存在有效桩长;相对于摩擦桩,当桩-土模量比较大时,其对端承桩的桩顶刚度影响较小,当端承桩长细比足够大时,可转化为摩擦桩;桩顶刚度随土体泊松比先减小后增加,间接表明其不仅受土体抗剪强度的影响,而且受土体压缩性能的影响;在相同混凝土用量下,当桩-土模量比较小时,与等横截面面积圆桩相比,矩形桩的桩顶刚度明显大于圆桩,当桩-土模量比超过某数值时,二者桩顶刚度逐渐趋于一致;当桩-土模量比较小时,等横截面面积矩形桩随横截面长宽比的增加,桩顶刚度增加。
  • 曹硕鹏, 付宏渊, 高乾丰, 于光涛, 曾铃
    中国公路学报. 2022, 35(5): 33-43. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.004
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对降雨作用下裂隙红黏土边坡失稳破坏问题,开展红黏土边坡裂隙演化、降雨入渗及冲刷模型试验,提出基于图像摄影识别技术的边坡裂隙特征及含水率分布定量表征方法,揭示红黏土边坡裂隙演化规律,分析裂隙发育程度与降雨强度对红黏土边坡渗流特征与冲刷模式的影响。结果表明:干燥作用下红黏土边坡表面裂隙发育,其中坡面裂隙发育最强烈,其最大裂隙平均宽度为4.1 mm,最大裂隙深度为7.7 cm,最大裂隙率为10.4%,但坡底子裂隙和分支裂隙发育最充分,且主裂隙最先出现于远离坡面处;降雨作用下,雨水极易沿坡表裂隙形成优势流迅速渗入边坡内部,使边坡含水率增加且呈不均匀分布,出现局部暂态饱和区;裂隙发育程度和降雨强度的增强均会提高前期降雨入渗速率,并增加最终降雨入渗深度,其中坡底处入渗深度最大;极端降雨对裂隙红黏土边坡冲刷作用明显,造成坡面松散层流失,坡底显现冲刷痕迹,坡脚局部发生滑动。基于图像摄影识别技术定量分析边坡含水率分布的方法简单有效,研究成果可为裂隙性红黏土边坡灾害防治提供参考。
  • 马羊, 王书易, 张家钰, 程建川, 于斌
    中国公路学报. 2022, 35(5): 44-59. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.005
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    现役道路基础设施管理过程中缺乏大范围区域内不同路段的现状或实时的竖向净空数字化资料,导致部分过高车辆撞击跨线桥或其他上空构造物的事故时有发生,造成了重大财产损失与人员伤亡。针对该问题,基于车载LiDAR数据构建公路竖向净空自动化评估方法框架。通过数据重构方法将复杂道路线形的车载LiDAR点云转化为简单的直线形式,利用基于线性索引的点云数据分块方法实现重构场景下车载LiDAR数据的条形、柱形与体素单元的快速分块,建立柱形单元非平面点初步滤波、基于K-Means与体素聚类的复杂LiDAR点云环境中路面优化分割流程。在基于条形单元划分提取道路边界后,利用体素聚类将路面上方点云进行划分。以提取的路面点云作为二维插值基准面,完成不同物体的竖向净空计算,并利用江苏南京市内的2条公路LiDAR数据的对算法框架进行测试。研究结果表明:所提方法在噪音存在的复杂LiDAR环境中可以有效分割出道路上方物体并完成竖向净空的计算;通过部分算法提取与人工标注结果的对比,显示公路1与公路2的竖向净空平均绝对误差分别为0.94、1.57 cm,具有较好的可靠性;在32 GB内存、Intel® Xeon® E5-1650 v4@3.6 GHz六核处理器的计算机上完成公路1与公路2竖向净空评估的平均时间分别为6.62、7.83 s·km-1,算法效率可满足大尺度场景下的公路竖向净空自动化计算;相比于已有研究方法,所提方法框架考虑了车载LiDAR点云环境内的路面上测量噪音的存在,对变宽度路面条件复杂场景下的公路竖向净空评估具有更好的适用性。
  • 桥梁工程
  • 周银, 王玥, 周建庭, 黄梓恒, 张雪松, 向中富
    中国公路学报. 2022, 35(5): 60-72. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.006
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    在大跨径的钢管混凝土拱桥中,钢管拱肋的斜拉扣挂成拱过程面临计算困难、大悬臂结构频繁调整、成拱状态偏离等难题。在成拱的理论计算方面,引入了基于无应力参数精确控制的成拱控制方法,明确了大跨径钢管拱斜拉扣挂施工过程控制目标。基于该控制方法,构建了钢管拱桥的成拱计算理论方法。该计算理论首次给出了钢管拱肋合龙前后的力学状态联系方程,建立了成拱后拱肋线形误差与施工过程索力的数学关系,构建了同时考虑施工全过程约束条件与成拱后线形偏差的一次调索优化模型。该一次调索优化模型可在任意给定的成拱线形误差范围和施工过程中的塔偏、封铰、合龙等耦合约束条件下,求解最优的扣背索一次张拉索力。在成拱施工控制方面,首次提出采用三维扫描技术进行大型钢管拱肋的无应力参数精确控制与检测方法,给出了详细的封铰控制、拱肋节段无应力参数控制和合龙控制的具体实施方法。在跨径为507 m的合江长江公路大桥的建设全过程,采用了所提出成拱计算理论与控制方法。实践表明:所提出的成拱计算理论具有控制目标少、计算目标明确、索力分布与张拉最优的优点;所提出的控制方法确保了钢管拱肋制造与安装无应力尺寸的精度,极大地减少了施工过程中拱肋线形误差调整次数。大桥拱肋成拱后实测结果表明,拱肋线形与应力状态与一次落架状态吻合良好。
  • 贺绍华, 关沛东, 廖家成, 李丽娟
    中国公路学报. 2022, 35(5): 73-83. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.007
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为提高开孔板连接件(PBL)的抗剪性能,提出了带柔性套筒的复合型PBL连接件,并对其抗剪性能进行试验研究,建立复合型PBL承载力计算方法。基于贯穿钢筋弯拉受力模型,推导其抗剪作用表达式,得到PBL孔内应力扩散角对贯穿钢筋抗剪作用的影响规律。设计制作8个PBL推出试件并进行破坏试验,探究柔性套筒壁厚对复合型PBL抗剪刚度、承载能力、延性、破坏模式及孔内钢筋混凝土榫传力机制的影响。研究结果表明:极限状态下,复合型PBL的贯穿钢筋弯拉变形较大,荷载-滑移曲线呈现明显的强化特征,且连接件延性得到显著改善;与无柔性套筒的常规PBL比较,贯穿钢筋周围包裹2 mm壁厚套筒的复合型PBL极限承载力和相应滑移分别提高了40.0%和42.6%;继续增大柔性套筒壁厚,由于孔内混凝土榫的有效剪切面积削弱,且两侧混凝土对贯穿钢筋的局部支撑作用减小,连接件承载力有所降低,但延性得到持续改善。将试验结果与已有常规PBL承载力计算公式进行对比分析表明,以钢筋混凝土榫剪切变形为主的常规PBL承载力计算公式对复合型PBL抗剪承载力计算误差较大,相关公式计算值均小于试验实测值。结合复合型PBL传力机理,给出了考虑混凝土榫剪切作用、贯穿钢筋作用和混凝土板局部支撑作用的PBL承载力计算公式。与试验结果对比发现,所提承载力公式计算值与试验结果吻合良好,可用于复合型PBL抗剪承载力的确定。
  • 黄福云, 单玉麟, 何凌峰, 陈伟
    中国公路学报. 2022, 35(5): 84-94. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.008
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    整体桥因整体性、抗震性、行车舒适性而被广泛应用。为了能吸纳整体桥在温度、地震作用下的水平往复变形,实际工程中其桩基主要采用H形钢桩。为深入研究整体桥H形钢桩基水平变形机理,以某整体桥为背景,开展了传统平衡土压力状态下H形钢桩-土、台后不平衡土压力下的H形钢桩-土以及整体式桥台-H形钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比了H形钢桩桩身水平变形规律,滞回、耗能和骨架曲线。试验研究表明,不平衡土压力对桩身水平变形影响较大。正负向加载时,HP模型桩身水平变形较为对称,变形规律为沿埋深方向逐渐减小,接着反向增大后减小至桩底为0。对于UHP模型,正负向加载时的桩身变形不对称,其中正向加载时的变形规律为沿埋深方向逐渐减小至0,接着反向增大至最大后减小;负向加载时的变形规律则与HP模型基本相似。AHP模型桩身水平变形规律则较为复杂,其变形介于HP模型和UHP模型之间。研究还表明:HP模型的滞回曲线较为饱满和对称,而AHP模型的滞回曲线存在显著的非对称;AHP模型的承载力和耗能能力最高,但延性最低。
  • 林津, 宗周红, 甘露, 陈力, 覃磊
    中国公路学报. 2022, 35(5): 95-103. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.009
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为研究爆炸荷载作用下斜拉桥钢绞线斜拉索的破坏模式和剩余承载性能,开展了8根15.7-7钢绞线斜拉索试件的野外爆炸试验以及爆炸损伤钢绞线的静力轴向拉伸试验,得到了钢绞线斜拉索在接触爆炸及近距离爆炸作用下的破坏形态和损伤钢绞线的剩余承载力;并根据断丝数量和承载力损失定量比较了高密度聚乙烯护套(HDPE)、单层钢管护套(SST)、双层钢管护套(DST)以及泡沫铝夹层钢管护套(FAFST)4种不同防护措施的抗爆防护效果。研究结果表明:在接触/近距离爆炸作用下,钢绞线斜拉索的损伤破坏主要表现为正对爆炸作用区域部分钢丝断裂和局部横向变形;采用FAFST防护可以有效地改善钢绞线斜拉索的破坏程度,HDPE防护效果有限;相较于无防护的祼索,SST与DST防护反而加剧了斜拉索试件的损伤程度;爆炸损伤钢绞线的剩余承载力与剩余钢丝数量成正比。基于试验结果和回归分析方法,提出了爆炸损伤钢绞线斜拉索剩余承载力评估的实用公式,可以在爆炸灾害后根据钢绞线断丝破坏情况,快速评估斜拉索的剩余承载能力。
  • 彭建新, 肖骏逸, 周亚栋, 刘新华, 张建仁
    中国公路学报. 2022, 35(5): 104-115. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.010
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    侵蚀环境下高性能钢结构普遍存在局部锈蚀病害,这将削弱结构的整体承载能力。为了研究局部锈蚀对钢结构承载力的影响程度,设计制作了7片H形Q550E高性能钢梁,研究不同局部锈蚀对高性能钢梁抗弯性能的影响。首先对其中6片试验梁的弯剪段和纯弯段开展了不同锈蚀率的加速锈蚀,另1片为未锈蚀对比梁。接着,对试验梁开展四点弯曲分级加载试验,采集并对比分析了试验梁关键截面的应变和挠度数据。结果表明:锈蚀导致试验梁的承载力、屈服挠度、极限挠度和延性降低,相同锈蚀率下纯弯段性能降低程度大于弯剪段;右半截面承载力比下半截面降低程度更大;所有试验梁均为受压翼缘屈曲失稳破坏;SCR梁屈曲发生在弯剪段,其他试验梁屈曲位置位于纯弯段;弹性阶段腹板应变符合平截面假定,试验梁受拉翼缘一般先于受压翼缘屈服,因此随着荷载的增加,会出现截面中性轴上移现象;整体锈蚀比纯弯段下半截面锈蚀时的剩余承载力低,主要因为整体锈蚀时受压翼缘存在锈蚀削弱,导致试验梁屈曲提前,承载力降低;局部锈蚀的不均匀性会产生翼缘应力集中,导致PCR试验梁比整体锈蚀梁承载力低;与普通钢梁相比,锈蚀对于高性能钢梁承载力退化影响更大;对于顶板和底板锈蚀,梁的剩余承载力与其锈蚀程度为线性关系。
  • 隧道工程
  • 张治国, 沈安鑫, 徐晨, 马少坤, PAN Y T, 蒋康明
    中国公路学报. 2022, 35(5): 116-127. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.011
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    列车荷载作用下衬砌长期渗漏会显著影响软土盾构隧道周围土体的固结沉降,对邻近环境和地铁的安全运营造成不良影响。针对盾构隧道周围土体固结沉降的既有理论研究一般多考虑衬砌不透水条件,较少考虑衬砌渗漏水及列车荷载耦合作用对于地层固结沉降的影响。引入隧道衬砌半渗透边界和列车三角形循环时效荷载,基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用Boltzmann三元件模型模拟土体流变效应,推导了列车荷载作用下黏弹性地层盾构隧道渗漏水诱发的土体超孔隙水压力消散和地表固结沉降的复变函数解析表达式,并与6个工程实测数据进行对比,验证了所给出解析解的正确性与适用性。此外,通过参数分析讨论了衬砌-土体渗透比和列车荷载参数对土体固结沉降的影响。结果表明:衬砌-土体渗透比是影响盾构扰动地层固结快慢的主要影响因素,衬砌-土体渗透比越大,固结完成时间越早;列车荷载作用下,早期固结沉降速率相较于不考虑列车荷载时会有较明显的增加,但在列车荷载当量增加后,固结沉降速率的增长有所放缓,且其增量与衬砌-土体渗透比密切相关,衬砌-土体渗透比越大,沉降增加量则越大;隧道衬砌可以视为扰动地层的排水边界,其加速了土体固结沉降,而列车荷载与衬砌半渗透性耦合,进一步改变了土体固结沉降形态。
  • 卢锋, 李聘聘, 郑余朝, 仇文革
    中国公路学报. 2022, 35(5): 128-139. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.012
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为探明裂损衬砌维修加固后的力学性能,对裂损衬砌新型网-锚、板-锚轻型快速微创组合加固结构的全过程力学特性进行了研究。通过自主研制的卧式偏心加载装置,对网-锚、板-锚加固裂损衬砌后形成的组合结构进行大偏心受压反复加卸载试验,揭示了钢筋混凝土和素混凝土裂损衬砌加固组合结构的全过程荷载-挠度关系、破坏模式、裂缝发展规律及网/板片应变演化过程。研究结果表明:对于钢筋混凝土衬砌,未加固、网-锚加固和板-锚加固结构5次反复加卸载后峰值承载力相比首次峰值承载力分别降低了28.9%、25%和16.7%,网-锚加固和板-锚加固后结构的主裂缝总开展量相比未加固时分别减小了74.3%和61.4%,总挠度分别增加了25.5%和25.54%,裂损衬砌结构的裂缝宽度发展得以有效抑制,峰后韧性显著提高,剩余承载能力得到了更充分的发挥;对于素混凝土衬砌,网-锚加固和板-锚加固后最大峰后荷载相比首次峰值点分别增加了30.8%和6.7%,峰后总位移比峰前分别增加了1 040.6%和413.0%,受拉侧主裂缝总开展相比开裂时的裂缝宽度分别增加约11.78倍和11.81倍,素混凝土衬砌由开裂后“一裂即坏”的脆性破坏转化为延性破坏,峰后韧性大幅增加;网-锚加固后结构掉渣风险显著降低且无掉块现象出现,板-锚加固后无掉渣、掉块现象;短锚无拔出迹象,仅个别短锚出现轻微弯曲变形;板-锚组合加固结构的峰后韧性要优于网-锚组合加固结构。
  • 高启栋, 靳军, 王亚琼, 冷振东, 卢文波, 周海孝
    中国公路学报. 2022, 35(5): 140-152. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.013
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为比较评价起爆点位置对隧道掏槽爆破效果的影响,分别基于一维等熵流爆轰理论和柱状药包爆炸应力场叠加模型,分析了柱状药包爆轰波传播的方向效应和时间效应,揭示了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用机理;通过单孔爆破现场试验,对比分析了正向起爆、反向起爆和中点起爆等传统起爆方式下孔口岩体的破裂形态及地表爆破振动峰值,佐证了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用规律;依次建立了普通单孔爆破和隧道掏槽爆破数值模型,模拟计算了正向起爆、反向起爆和中点起爆3种传统起爆方式下的炸药爆轰加载特征与爆破损伤演化规律,评价了传统起爆方式下掏槽爆破效果的优劣,并探讨了掏槽孔起爆方式的改进方案。研究结果表明:起爆位置的影响作用机理源于柱状药包爆轰波传播的方向效应和爆炸应力场叠加的时间效应,柱状药包起爆后爆轰产物和爆炸能量偏向于爆轰波传播的正向传输,其应力场也在爆轰波传播的正向叠加增强;试验结果显示,反向起爆时孔口岩体破裂与鼓包痕迹最为显著,中点起爆次之,而正向起爆最小;传统的反向起爆、正向起爆和中点起爆均有各自的利弊,反向起爆利于形成爆破漏斗,但易于造成根底,限制了掏槽爆破进尺,正向起爆虽有助于孔底岩体破碎,但容易在孔口形成大块,岩体抛掷效果也较差,中点起爆可兼顾孔口与孔底岩体的破碎,但孔中部岩体的破碎不充分,为此尝试提出了一种基于邻孔反向传爆的混合起爆方式,其结合了传统起爆方式的优点,且增强了邻孔之间的拉伸和剪切效应,岩体破碎较为均匀。
  • 王峰, 张路华, 袁松, 周科, 王宇
    中国公路学报. 2022, 35(5): 153-160. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.014
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了探究高海拔与低海拔公路隧道火灾燃烧特性的差异,掌握高海拔隧道火灾烟气控制临界风速计算方法,给高海拔隧道防灾通风及人员疏散设计提供参考,建立1∶16的缩尺寸移动式水平模型隧道试验台,对海拔高度为504、3 297、3 544、4 103、4 446 m的5个地点开展隧道火灾热释放率试验研究,并采用三维数值计算方法和量纲分析,对不同海拔高度、不同火灾热释放率工况下水平隧道内烟气控制临界风速进行研究和分析。结果表明:在油盘尺寸相同的情况下,随着海拔高度的增加,火灾热释放率明显减小,燃烧时间显著增长,当海拔超过3 000 m时,高海拔地区隧道稳定段火灾热释放率仅为海拔504 m隧道火灾稳定段热释放率的60.9%。隧道火灾临界风速随着海拔高度的增加而增大,其表现出2种典型变化规律:火灾热释放率大于30 MW时,海拔高度对临界风速影响较小,同一火灾热释放率下,海拔5 000 m时隧道内临界风速较海拔0 m时提高了不到2%;火灾热释放率小于30 MW时,海拔高度对临界风速的影响显著增强,且随着热释放率的减小影响不断增大,当火灾热释放率分别为5.73、12.67 MW时,海拔5 000 m隧道内临界风速较海拔0 m时分别提高了26%和13%。基于高海拔隧道火灾热释放率及隧道火灾临界风速的变化规律,提出了典型双车道高海拔隧道火灾烟气控制临界风速的计算方法。
  • 陈超, 聂鹤翔, 李琼, 刘畅, 沈铮, 王平, 赵芮
    中国公路学报. 2022, 35(5): 161-169. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.015
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    多点进出城市地下道路结构形式复杂且位于城市人员密集区,机动车在行驶过程中排放的污染物(CO、NO<i>x等)不仅将对隧道内驾驶人员的健康产生影响,同时还会给隧道洞口附近民众的居住环境及健康带来影响。为此,以机动车流排放污染物CO浓度分布规律为重点研究对象,依据质量守恒定律、并联风路理论,并结合上海和长沙4条隧道现场实测以及1∶8缩尺模型试验研究方法,开展了关于多点进出城市地下道路交通风以及机动车流排放污染物扩散特性的研究;基于研究结果,提出了交通风条件下多点进出城市地下道路机动车流排放污染物CO浓度分布特性预测模型构建方法,包括交通风速Vr、对流传质系数hm和扩散特征系数K等关键参数的确定方法;长沙市营盘路湘江隧道实测结果验证了该模型的有效性,交通风以及污染物浓度预测模型计算值与实测值的误差评估值IA分别为0.992和0.916。当已知隧道结构特征和交通特征时,利用该计算模型即可预测评估多点进出城市地下道路内沿机动车行驶方向各断面的平均交通风速、机动车流排放污染物CO平均浓度;同时可定量评价各分(合)流匝道对主隧道CO浓度分布特性的影响规律。研究结果可为多点进出城市地下道路科学选址及其通风系统优化设计与节能运行提供参考依据。
  • 交通工程
  • 徐进, 孙子秋, 龙岩松, 潘存书, 彭金栓
    中国公路学报. 2022, 35(5): 170-178. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.016
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为明确跨江大桥的跟驰行为特征以及驾驶模式,在重庆菜园坝大桥展开了30位被试的小客车实车驾驶试验,使用华测航姿测量系统和前视碰撞预警系统Mobileye 630采集自然驾驶状态下汽车的连续行驶速度、车头时距和车头间距等数据。通过筛选得到了725条有效跟驰轨迹数据,对比分析发现跨江大桥与城市一般道路的跟驰行为存在一定差异性,明确了菜园坝大桥车头时距和车头间距的分布特征,并且对强跟驰(小于1.6 s)、过渡区间(1.6~2.6 s之间)以及弱跟驰(大于2.6 s)3种跟驰状态和驾驶人性别差异下的跟驰数据进行了分析。结果表明:桥梁段车头时距分布集中在1.6 s处,车头间距分布集中在18 m处;超过1/3的跟驰轨迹处于强跟驰状态,此状态下前车驾驶行为对跟驰车辆具有较强制约性;当车辆处于弱跟驰状态时,前车对于后车的约束性会随车头时距的增大而快速降低;过渡区间的设立更好地揭示了强/弱跟驰状态之间的转变并不是只有一个临界值,而是存在一个转换过程,并且其间车辆跟驰特性的变化与驾驶人本身的操作行为存在较大关联;驾驶人的性别差异对跟驰距离几乎没有影响,但男性驾驶人往往会采取更加冒险的驾驶行为,平均车头时距、车头间距以及相对速度均高于女性驾驶人。
  • 刘成龙, 陶莎, 赵聪, 暨育雄, 杜豫川
    中国公路学报. 2022, 35(5): 179-188. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    合理设置高速公路收费站ETC (Electronic Toll Collection)车道数量,对高速公路通行效率至关重要。针对目前路网中ETC与MTC (Manual Toll Collection)车辆混行的情况,考虑ETC的普及率,结合多用户路网均衡模型和排队论方法,建立基于双层规划模型的高速路网ETC车道优化布设方法。上层模型以车辆总通行时间最小为目标,优化设置进出收费站的ETC车道数量;下层模型为多用户路网均衡模型,反映ETC和MTC车辆的路径和收费车道选择行为。下层模型通过设计收费站的等价拓扑结构,表征收费站的车道使用规则及车辆的收费车道选择行为,并采用排队论方法估计ETC和MTC车道的收费排队时间。根据模型的特点设计了基于主动集的启发式算法,利用参数二进制与拉格朗日函数法确定迭代下降方向,解决了下降方向与步长难以计算的问题;通过内嵌优化函数的方式,保证在主动集转化过程中上层约束均不会失效,且避免了迭代过程中的模型解退化问题。基于上海市绕城高速进行实证分析,结果表明:随着ETC普及率的提升,收费排队时长按照负指数趋势下降;与按比例布设ETC车道的方法相比,所提方法最高可降低57.4%的收费排队时间,且该方法可以避免ETC车道布设过多对于MTC车道通行能力挤压造成的负面效果。研究成果可以有效指导高速路网ETC车道的布设,提高路网通行效率。
  • 胡晓伟, 宋浪, 杨璐
    中国公路学报. 2022, 35(5): 189-201. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.018
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了解决连续流交叉口车辆多次停车问题,提出了各流向车辆在所遇第2条停车线处不用停车的优化控制策略。通过协调主预信号配时,调整信号控制相位相序方案,促使车辆直接通过所遇第2条停车线,使得左转车辆停车次数由3次减少到2次或者1次,直行车辆停车次数由2次减少到1次。分析各流向车辆到达-驶离图式,构建左转车流在所遇第3条停车线处的延误计算模型,结合Webster经典模型,给出连续流交叉口整体延误计算模型,其计算结果与VISSIM仿真结果基本一致。推导给出车辆不二次停车、车车不冲突以及连续流交叉口自身交通组织等因素所需满足的约束条件,以交叉口车均延误最小化为优化目标,构建连续流交叉口主预信号协调配时优化控制模型,并设计了4种交通场景以验证不同情况下的效益改善情况。研究结果表明:通过信号协调减少1次停车,能够降低50%以上的车均延误和车均停车次数;根据各转向交通量所占比例选择合适的车道分配方案有助于提升连续流交叉口通行效率;在2种策略下交叉口车均停车次数分别为0.88~1.05、0.59~0.77,与已有控制策略约2次车均停车次数相比,明显降低了连续流交叉口车辆停车次数。研究成果可为连续流交叉口控制提供新的视角,对交叉口通行效率的提升效果也更加显著。
  • 邱兆文, 王樽, 李唯真
    中国公路学报. 2022, 35(5): 202-210. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.019
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    近年来,随着中国城市化进程的不断加快,城市高架的数量也与日俱增,但高架桥在缓解交通拥堵的同时也给城市道路空气污染扩散分布带来了新的影响。为了探讨这一新问题,采用实地监测和数值模拟相结合的方法,基于计算流体力学原理(CFD)建立RNG k-ε模型及离散相(DPM)模型,分析对称型街道峡谷内高架桥沿线交通颗粒物的扩散机制。研究结果表明:高架桥的存在会影响街道峡谷内的空气流场,导致桥面颗粒物向桥下地面沉积,造成地面颗粒物浓度增大;高架引桥沿线的交通状态对街谷内湍流动能的分布也有较大影响,进而改变了颗粒物的分布状态,通过模拟发现,车辆湍动能VIT的存在使颗粒物平均浓度相比于未考虑VIT时降低了3.77%,并且加重了高架桥的“盖子效应”,使高架桥面高度以下的颗粒物的平均浓度发生变化,迎风侧浓度增长11.46%~16.52%,而背风侧浓度下降2.82%~8.65%,高架桥源颗粒物在垂直方向上更加容易扩散;同时发现,高架引桥各位置处对应的街谷内颗粒物浓度要高于高架桥面高度处的颗粒物浓度。研究成果可为制定城市高架地区的交通污染控制对策提供理论参考。
  • 汽车工程
  • 何华阳, 苏文英, 王蕊
    中国公路学报. 2022, 35(5): 211-220. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.020
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了明确路面平整度对道路交通标线逆反射亮度系数测试的静态影响机理,减小工程应用中的误差,针对手持式逆反射测量仪和车载式逆反射测量仪,在忽略仪器测量基准平面偏差的前提下,参考公路工程质量检验评定标准中路面平整度“最大间隙”的要求,分析路面平整度影响下的现场测试几何条件,提出逆反射标线板设计方案及其参考值赋值方法,开展手持式逆反射测量仪和车载式逆反射测量仪的测量偏差试验。在逆反射标线板参考值赋值过程中发现,反射照度随着入射角的增大而降低,同逆反射亮度系数随入射角变化产生的变化趋势呈非线性关系。手持式逆反射测量仪和车载式逆反射测量仪无法识别入射角产生的偏差,仅通过测得的反射信号强度计算得到逆反射亮度系数,因此其变化趋势和反射照度随入射角变化的趋势相近。入射角偏差对车载式逆反射测量仪测量结果引入的相对不确定度ur22为4.8%,对开放光路的手持式逆反射测量仪测量结果引入的相对不确定度ur12为7.4%。研究结果表明:入射角偏差对道路交通标线逆反射亮度系数的现场测量结果影响较大,在现场测量时应注意调整仪器的放置位置;车载式逆反射测量仪较手持式逆反射测量仪抗干扰的能力更强,在路面平整度较差的路段选用车载式逆反射测量仪并进行数据修正能够提高测量结果的可信度;建议车载式逆反射测量仪选取9 m内最大高程差不超过7 mm的路段进行现场自校准。
  • 郭应时, 苏彦奇, 付锐, 袁伟
    中国公路学报. 2022, 35(5): 221-230. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    乘坐舒适性是决定乘客对智能车辆接受度的重要因素之一。为了提升智能车辆的舒适性,服务智能驾驶控制算法的设计和优化,开展了基于乘客主观感知的实车乘坐舒适性试验,试验中驾驶人驾驶传统车辆执行多次换道操作,获取了60名被试乘客对换道操作的舒适性评价数据,并采集了车辆的运动数据。选取换道时横向最大加速度、回正时横向最大加速度、横向最大加加速度、横向加速度转换幅值以及横向加速度转换频率这5个车辆运动参数作为研究对象。采用二元Logistic回归单因素分析法分析了这5个车辆运动参数对乘坐舒适性的影响,采用接收者操作特征(ROC)曲线分析法为不同晕车易感性的乘客分别确立了这5个车辆运动参数的舒适性阈值,并根据岭回归分析法确定了不同参数对乘坐舒适性的影响权重。结果表明:所选取的5个车辆运动参数对乘坐舒适性具有显著影响,易晕乘客的舒适性阈值小于不易晕乘客的舒适性阈值,在换道过程中,换道时横向最大加速度、回正时横向最大加速度和横向加速度转换幅值是影响乘坐舒适性的主要因素。最后根据车辆运动参数和乘客生理特征参数建立了基于动态时间归整(DTW)和K最近邻(KNN)算法的乘坐舒适性预测模型,该模型对乘坐舒适性的预测准确率为84%,可用于智能车辆控制算法的舒适性判断。
  • 兰凤崇, 蒋心平, 陈吉清, 曾文波
    中国公路学报. 2022, 35(5): 231-242. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    汽车动力电池包内部的潮湿和凝露现象是温湿度耦合作用的结果,它直接影响电池性能、加剧电池失效且可能引发安全事故,但相关的研究工作还未得到足够关注,开展电池包内部温湿度耦合特性的分析工作尤为迫切。基于此,研究相应瞬态数值分析方法,求解电池包内部空间动态变化的温湿度分布情况。首先,分析电池包内部空间和外界环境的气体交换、热量传递过程,建立热湿传递的物理模型,并根据流体运动三大基本守恒定律以及温湿度耦合关系,建立对应的热湿传递数学模型;利用恒温恒湿箱和安装防水透气阀的电池包箱体进行热湿传递试验,验证外界环境动态变化的温湿度对电池包内部温湿度的影响以及电池包内部出现凝露和积水现象的条件;建立电池包及其内部空间的多物理场耦合三维模型,对电池包内外的热湿传递与温湿度耦合过程进行瞬态数值模拟,根据仿真计算结果与试验结果的对比验证模型的可靠性;采用真实气候环境数据定义模型中动态变化的电池包外部环境,从时间和空间分布的角度分析电池包内部温湿度的瞬态计算结果。研究结果表明:所提出的瞬态数值分析方法的可行性佳,得到了外界环境以及电池工作状态的动态变化对电池包内温湿分布、电池表面凝露时长的影响规律。
  • 郑宜嘉, 孙健, 年光跃
    中国公路学报. 2022, 35(5): 243-253. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    在商用车电气化趋势下,如何准确研究车辆参数对能耗的影响,制定优化方案以降低能耗、提升续航里程成为影响电动商用车未来发展的重要问题。为此,应用短行程法构建目标车型的实际运行工况,采用ADVISOR车辆仿真器,以整车质量、滚阻系数、附件功率等5项车辆参数为变量,以设计优化区间为参数调整范围,开展实际运行工况下的能耗仿真,获得实际运行工况场景下各车辆参数与百公里耗电量的数量关系;在此基础上,通过分析各参数优化百分比与百公里耗电节省量的关系,构建体现各项参数能耗敏感性的节电系数;基于敏感性分析结果,对预计优化效益较高的参数进行优化,并对各优化方案进行成本-收益分析。研究结果表明:相较于“新欧洲驾驶循环”(New European Driving Cycle,NEDC)工况,实际运行工况下的能耗仿真结果与实际能耗相对误差降低超过10%;按能耗敏感性由高到低对各车辆参数排序,依次为整车质量、传动效率、滚阻系数、风阻系数、附件功率;各参数优化方案中,采用铝制白车身、配备低滚阻轮胎和热泵空调具有正面静态收益;利用实际运行工况进行能耗仿真可得到更符合目标车型实际能耗的仿真结果,以该仿真结果为基础的能耗敏感性分析和参数优化具有良好的实际指导意义。
  • 吴忠强, 马博岩, 胡晓宇, 侯林成, 曹碧莲
    中国公路学报. 2022, 35(5): 254-265. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了提高插电式混合动力汽车的燃油经济性、降低污染物的排放,并解决插电式混合动力汽车单一动力电池低比功率、无法响应暂态功率需求的问题,设计蓄电池和超级电容并联的复合储能系统,采用带有滑动窗口的实时小波功率分配策略,并对滑动窗口长度进行选择。该功率分配策略将复合储能系统的需求功率分解成高频和低频两部分,超级电容接收高频分量,蓄电池接收低频分量,避免了高频分量对于蓄电池的冲击,提高了蓄电池的耐久性和可靠性。制定基于规则的控制策略,以整车燃油消耗量和污染物排放量为优化目标,利用多目标蜻蜓算法对相关控制参数进行优化。基于ADVISOR搭建含有复合储能系统的插电式混合动力汽车整车仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行测试,并通过与带精英策略的非支配排序遗传算法进行对比,验证算法的有效性。研究结果表明:利用多目标蜻蜓算法优化后的车辆百公里燃油消耗平均降低了12.71%,污染物综合排放性能平均下降了10.05%;相对于优化前,发动机输出功率减少,电机输出功率增加,发动机和电机的工作效率均得到了显著提升;Pareto最优解的收敛性和覆盖范围优于带精英策略的非支配排序遗传算法,同时得到的多组Pareto最优解为整车设计和优化提供了更多选择。
  • 杨洋, 赵阳, 郝卓, 赵建有, 罗耿
    中国公路学报. 2022, 35(5): 266-274. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.05.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为进一步研究不同级别智能网联汽车全生命周期节能减排绩效,基于生命周期评价方法(LCA),以某国产合资紧凑型纯电动乘用车为评价对象,搭建智能网联汽车生命周期评价模型,研究分析其全生命周期的矿产资源消耗、化石能源消耗及环境排放影响;进而基于不同级别智能网联汽车采用智能装备的差异,对L0~L5级别智能网联汽车全生命周期各阶段能源消耗和环境影响进行评估预测与对比分析。研究结果表明:在智能网联汽车全生命周期矿产资源消耗方面,原材料获取阶段占比最高;在化石能源消耗方面,运行使用阶段占比最高;在综合环境影响方面,受中国电力结构影响,运行使用阶段环境影响综合值最大;随着智能化程度的不断提高,智能网联汽车相邻级别间全生命周期化石能源消耗可降低3.5%~6.3%,GWP、AP、EP、POCP环境排放最高可分别降低约13.9%、13.3%、13.7%、11.7%,其中使用阶段环境排放降低程度最为明显;综上,通过进一步加强汽车轻量化研究,拓展新型材料在智能网联汽车领域的应用,合理优化我国电力结构布局,提升车辆自主决策水平,加快云平台与大数据等关键技术在智能网联汽车上的应用等途径,可有效提升智能网联汽车节能减排效果。