2023年, 第36卷, 第7期　刊出日期：2023-07-31

  

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  中国公路学报. 2023, 36(7): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2023, 36(7): 2-0.

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  大型桥梁结构阻尼特性与识别方法专栏导语

  中国公路学报. 2023, 36(7): 3-0.

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  阻尼是大型桥梁抗风抗震（振）等动力分析的关键基础参数。然而，实际桥梁结构的阻尼产生机理极其复杂，目前缺乏结构阻尼统一的理论分析模型，因此在结构设计与建造阶段难以准确确定结构的阻尼。尽管很多大型桥梁竣工后开展了动力试验，但对大型桥梁开展阻尼识别研究的报道相对较少，导致大型桥梁的实测阻尼比等参数非常匮乏。因此，开展大型桥梁结构阻尼特性、测试与识别研究工作具有重要工程意义和学术价值。
  为汇集该领域的最新研究成果，《中国公路学报》编辑部邀请湖南大学教授、中国工程院陈政清院士，湖南大学华旭刚教授，重庆交通大学周建庭教授，大连理工大学伊廷华教授，同济大学孙利民教授，东南大学徐赵东教授，长安大学梁鹏教授，中交公路规划设计院有限公司崔冰教高，中铁大桥勘测设计院集团有限公司万田保教高，港珠澳大桥管理局高文博博士作为组稿负责人，共同向该领域的知名专家、学者约稿，出版本期“大型桥梁结构阻尼特性与识别方法”专栏。本专栏共收到相关论文30余篇，经过严格审稿，最终录用11篇。研究内容主要集中于以下2个方面：
  （1）桥梁结构阻尼及阻尼装置的理论研究：包括大型桥梁结构阻尼特性及识别方法研究综述、旋转式摩擦阻尼器滞回性能及其在多阶段抗震中的应用、基于应变能分析的钢-混组合桥梁结构阻尼比特性研究、钢桁梁断面大幅后颤振结构和气动阻尼非线性特性风洞试验研究、Halbach阵列板式电涡流阻尼单元参数分析与优化设计。
  （2）基于动力响应的阻尼识别：包括基于频域分解法正交模态分离的阻尼比识别研究、基于监测数据衰减响应模式提取的斜拉桥阻尼比特性分析、台风下大跨度斜拉桥钢桥塔动力特性实测研究、环境激励下斜拉索阻尼识别的贝叶斯方法、基于实测加速度的悬索桥涡振全过程模态参数演变、飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究。
  本期专栏的出版将进一步推动大型桥梁结构阻尼特性与识别方法的研究，为大型桥梁的设计、建造与运维提供有力的理论支持和实践指导。《中国公路学报》将继续关注该领域的国内外最新研究进展，更好地为学界和工程界专业人员提供学习和交流的平台，促进我国桥梁建设的高质量快速发展。
大型桥梁结构阻尼特性与识别方法专栏
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  大型桥梁结构阻尼特性及识别方法研究综述

  陈政清, 华旭刚, 封周权, 崔冰, 张吉仁

  中国公路学报. 2023, 36(7): 1-30. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.001

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  随着桥梁跨径的不断增加，结构体系的创新以及轻质高强材料的应用，大型桥梁结构阻尼日趋降低，进一步加剧了大型桥梁对风、车辆和地震等动力荷载的敏感性。为总结大型桥梁阻尼特性及识别方法的最新研究成果，推动大型桥梁激振技术及阻尼识别方法的快速发展，从以下几个方面进行了系统性总结：首先，剖析了结构阻尼理论体系，并对大型桥梁阻尼特性的研究现状进行了较为系统的梳理；其次，归纳了大型桥梁激振技术的工作原理、激励设备和应用现状；再次，深入分析了基于环境激励的大型桥梁阻尼识别的时域、频域和时频域方法的研究进展，还围绕阻尼识别的智能化、自动化和不确定性量化等方面的最新成果进行系统阐述，并总结了基于人工激振法的阻尼识别方法及其应用现状；最后，从阻尼理论、激振技术、感知系统和识别方法4个方面指出了需进一步深入研究的方向。研究结果可为大型桥梁结构阻尼理论及其识别研究的发展提供一定的理论基础，有助于进一步完善桥梁阻尼取值及相关规范条文，为大型桥梁结构设计和智能运维等领域的研究提供有益的借鉴。
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  旋转式摩擦阻尼器滞回性能及其在多阶段抗震中的应用

  杜修力, 王宇迪, 董慧慧, 韩强

  中国公路学报. 2023, 36(7): 31-46. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.002

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  为了满足多水准设防的需求，提出一种具有变滞回特性功能的新型旋转式摩擦阻尼器（VH-RF），将其应用于桥墩结构中并验证其分阶段抗震性能。首先阐述了新型阻尼器的基本构造，揭示了工作机理与变滞回原理，建立了新型阻尼器的简化分析模型。然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型阻尼器的实体有限元模型，并根据新型阻尼器的有限元模型分析以及简化分析模型，系统地研究了新型阻尼器的滞回性能及影响规律。最后在OpenSees软件中二次开发了新型阻尼器的恢复力模型，基于新型阻尼器优良的滞回性能，将其应用于双柱式桥墩中实现结构的分阶段抗震。结果表明：①VH-RF能够在不同变形时呈现出不同的滞回特性，小变形时具有稳定的耗能能力，大变形时不仅具有耗能能力还具有优良的自复位功能，VH-RF的简化分析模型和数值模拟结果吻合良好；②通过调整VH-RF设计参数，可有效实现调节VH-RF滞回性能的目的，具有良好的性能可调节性；③在双柱式桥墩中附加VH-RF可有效实现分阶段抗震的目的，进而提升桥梁结构抗震韧性。
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  基于应变能分析的钢-混组合桥梁结构阻尼比特性研究

  华旭刚, 李鹏辉, 王甜, 温青, 申杨凡, 陈政清

  中国公路学报. 2023, 36(7): 47-55. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.003

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  基于应变能方法发展了一种钢-混组合桥梁的结构等效模态阻尼比计算方法。以一座钢-混组合梁悬索桥为例，基于应变能原理分析计算了大桥的竖弯模态阻尼比，并与现场试验结果进行对比，验证了所提方法的可行性；基于该方法进一步研究了组合梁悬索桥侧弯、扭转模态的阻尼比特性。结果表明：对于钢-混组合梁悬索桥的不同模态，钢主梁、桥塔、主缆等不同子结构的应变能占比差异显著，其中主缆的应变能在竖弯模态中占比最大，钢主梁和混凝土桥面板总应变能在侧弯模态中占主导，扭转模态中不同子结构的应变能占比随阶次而改变；钢-混组合梁悬索桥侧弯等效模态阻尼比最大，竖弯等效模态阻尼比最小且远小于抗风规范建议值。最后，研究了钢-混组合梁悬索桥和斜拉桥的竖弯模态、侧弯模态及扭转模态阻尼比的差异，除侧弯模态外，钢-混组合梁斜拉桥的等效模态阻尼比均大于钢-混组合梁悬索桥。所提计算方法可用于钢-混组合桥梁结构的模态阻尼比计算，计算结果可以为抗风分析提供参考。
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  钢桁梁断面大幅后颤振结构和气动阻尼非线性特性风洞试验

  韩艳, 宋俊, 李凯, 胡朋

  中国公路学报. 2023, 36(7): 56-66. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.004

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  通过大振幅的自由振动风洞试验，研究典型钢桁主梁断面节段模型单自由度扭转和两自由度竖向扭转系统的后颤振特性，量化结构和气动阻尼随振幅的非线性演化规律，并从该角度揭示钢桁主梁断面发生极限环颤振的机制；通过对比单自由度和两自由度系统的颤振行为，分析了竖向自由度对非线性极限环颤振的影响，并揭示其影响机制。此外，进一步探究了结构阻尼和弯扭频率比对非线性极限环颤振的影响。研究结果表明：结构阻尼和气动阻尼对振幅的依赖性是诱发非线性极限环颤振的主要原因；相对单自由度系统，竖向自由度的参与向两自由度系统引入了一个偏线性的竖向耦合气动负阻尼，会降低系统的稳定性，使得两自由度系统的颤振临界风速低于单自由度系统，同时也使得极限环颤振振幅大于单自由度系统，因此颤振分析中不可随意忽略竖向自由度；增加结构阻尼能够显著提升钢桁主梁断面的颤振临界风速，并降低后颤振极限环振动的振幅。
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  Halbach阵列板式电涡流阻尼单元参数分析与优化设计

  黄智文, 蒲怡达, 张弘毅, 华旭刚, 陈政清

  中国公路学报. 2023, 36(7): 67-79. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.005

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  为了提高板式电涡流阻尼单元的耗能效率，在板式电涡流阻尼单元中引入了Halbach永磁阵列，并开展了参数分析和优化设计研究。首先制作了一个Halbach阵列板式电涡流阻尼单元，并通过试验验证了采用三维电磁有限元分析计算其阻尼系数的可靠性。然后基于三维电磁有限元分析方法，研究了永磁体厚度、磁极数、磁极对数、极长比及永磁体背铁对Halbach阵列板式电涡流阻尼单元阻尼系数的影响。最后提出了二维电磁有限元分析与MATLAB遗传算法相结合的板式电涡流阻尼单元永磁阵列参数优化方法，并通过算例分别对有背铁Halbach阵列、无背铁Halbach阵列、垂向极化阵列和纵向极化阵列等4种方案进行了优化设计。研究结果表明：在一定范围内增加永磁体厚度能显著提高Halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数；在永磁体阵列总长度不变的情况下，阻尼系数随着Halbach阵列磁极数量的增大而增大，但增速逐渐减慢；设置永磁体背铁可提高Halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数，但永磁体厚度较大或磁极数较多时，其影响逐渐减弱；存在最优极长比使阻尼系数最大，其中有背铁时约为0.65，无背铁时约为0.5。针对优化设计算例，从耗能能力来看，有永磁体背铁的Halbach阵列大于垂向极化永磁体阵列大于无永磁体背铁的Halbach阵列大于纵向极化永磁体阵列；通过参数优化，可大幅提升板式电涡流阻尼单元的耗能能力。
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  基于频域分解法正交模态分离的阻尼比识别研究

  曲春绪, 刘宇飞, 周宇, 崔春义, 伊廷华

  中国公路学报. 2023, 36(7): 80-89. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.006

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  频域分解法是一种频域模态参数识别方法，因其操作简单、抗噪声能力强而被广泛使用。虽然频域分解法对于振型和固有频率有着较高的识别精度，但是对于阻尼比的识别精度不够高，其原因是在多自由度结构下，求解阻尼比需要将固有频率窄带范围内的最大奇异值数据傅里叶逆变换到时域，并通过对数衰减法求解阻尼比，而窄带范围的数据很可能会受到其他阶模态的干扰，进而影响阻尼比的识别。因此提出了正交模态分离频域分解法识别结构的阻尼比。首先，通过结构响应计算出结构的输出功率谱矩阵，并使用频域分解法识别结构各阶固有频率和振型；然后，将识别出的固有频率和振型代入计算公式，使用振型正交等方法将各阶模态分离，并计算出各阶模态的增强输出功率谱函数，通过增强功率谱在频域计算出结构各阶的阻尼比；最后，在数值算例中对比了频域分解法以及正交模态分离频域分解法的阻尼比识别结果，并将理论应用于实桥的测试中，计算出该桥梁的前4阶阻尼比。结果表明：该方法可以将多阶输出功率谱矩阵分离成多个单阶的增强输出功率谱函数，并且通过分析增强输出功率谱函数的曲线直接在频域计算出结构的阻尼比，避免了在阻尼比识别中不同模态的相互干扰以及频时域转化带来的影响，提高了阻尼比的识别精度。
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  基于监测数据衰减响应模式提取的斜拉桥阻尼比特性分析

  夏烨, 龚丰宗, 尚志强, 孙利民

  中国公路学报. 2023, 36(7): 90-101. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.007

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  运营环境下桥梁受到的车辆荷载是非平稳的，不满足一般运营模态分析方法的基本假定，在桥梁阻尼比识别过程中可能引入较大误差。为了提升基于非平稳监测数据的桥梁阻尼比识别准确性，探究其变化规律，提出了一种基于衰减响应模式提取的桥梁阻尼比识别方法，从大量的识别结果中分析阻尼比在运营期间的统计特征及规律。该方法利用U-net卷积网络从桥梁的监测数据中提取出衰减响应数据，进而利用希尔伯特变换方法识别桥梁阻尼比。分析了一座独塔斜拉桥2年的监测数据，并识别了桥梁前2阶竖弯模态的阻尼比，统计了其在不同时段概率密度分布，分析了温度和交通荷载对阻尼比的影响规律。研究结果表明：所提方法可以从海量监测数据中有效提取出监测数据中的衰减响应；桥梁阻尼比分别与环境温度及交通荷载存在弱负相关和强正相关关系；桥梁阻尼比受车辆荷载影响显著，主要来源于摩擦耗能与车桥耦合效应，前2阶阻尼比平均值在车辆较少时分别为0.72%和0.58%，白天车流量较大时阻尼比平均值分别为1.05%和0.79%。
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  台风下大跨度斜拉桥钢桥塔动力性能实测研究

  茅建校, 桂桂, 王浩, 聂佳豪, 宗海, 何祥平

  中国公路学报. 2023, 36(7): 102-113. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.008

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  以南京大胜关长江公路大桥钢桥塔为对象，利用台风“温比亚”和“利奇马”途经桥址区时大桥结构健康监测系统的实测数据，探究了台风作用下大跨度斜拉桥超高钢桥塔动力性能的演变规律及其影响因素。首先，分析了台风期桥址区风速和温度的变化特征，据此探究了环境因素影响下钢桥塔位移和加速度响应的演变规律。然后，采用随机减量法识别了钢桥塔的自振频率和阻尼比等模态参数，据此研究了台风期间实测环境因素对钢桥塔模态参数的影响。研究结果表明：在风速较小的情况下，钢桥塔加速度响应随温度升高而略有增加，这与温度增加导致的结构刚度降低有关；当平均风速大于10 m·s^-1时，风速成为钢桥塔加速度响应变化的主导因素，纵桥向加速度响应随风速增加明显增大；台风期间钢桥塔横桥向自振频率与温度、加速度呈负相关，与平均风速成正相关；台风期间钢桥塔纵桥向阻尼比与风速的相关性较显著，阻尼比随着风速的增加而增加。研究结论可为类似钢桥塔的抗风设计与安全评估提供科学参考。
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  环境激励下斜拉索阻尼识别的贝叶斯方法研究

  封周权, 张吉仁, 王亚飞, 刘志文, 华旭刚, 陈政清

  中国公路学报. 2023, 36(7): 114-124. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.009

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  斜拉索是大跨度斜拉桥中最关键的结构构件之一，其动力特性（频率和阻尼等）在大跨度斜拉桥的设计、施工、监测和振动控制中发挥着重要作用，斜拉索阻尼识别对于斜拉索的振动分析和减振设计至关重要。为了实现在环境激励状态下斜拉索阻尼比的高精度识别，并同步对识别结果不确定性进行量化分析，首先通过建立斜拉索模态参数的后验概率密度函数（Probability Density Function，PDF）将模态参数识别转化为求最大后验概率点的约束优化问题，从而得到模态参数的最佳估计（Most Probable Values，MPV）；其次推导了负对数似然函数的Hessian矩阵解析表达式，并进一步得到后验协方差矩阵，从中提取和计算变异系数（Coefficient of Variation，COV）以量化模态参数最佳估计的不确定性；最后将所提方法应用于某大跨度斜拉桥斜拉索阻尼比的识别，使用加速度计采集了该桥7根斜拉索的环境振动数据，利用所提方法得到了模态阻尼比的MPV值及其变异系数。研究结果表明：所提方法可以得到目标模态参数的最佳估计，并能够有效量化最佳估计的不确定性，由Hessian矩阵解析方法得到的后验协方差矩阵具有良好的计算精度；环境激励下由加速度响应数据识别所得多根斜拉索模态阻尼比变化规律基本一致，均随模态阶数呈现“先增后减”趋势，计算所得模态阻尼比COV值均小于0.005%，表明识别结果具有较高的可靠性。
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  基于实测加速度的悬索桥涡振全过程模态参数演变

  梁鹏, 王杨, 贺敏, 刘玖贤, 罗伟讼, 周之晗

  中国公路学报. 2023, 36(7): 125-137. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.010

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  为探明桥梁涡振全过程模态参数演变规律，对发生涡振的某悬索桥12 d实测加速度数据进行分析。首先，基于涡振特征指标与改进的随机子空间法，识别并追踪桥梁涡振分布和模态参数；然后，根据涡振报警级别将频率、阻尼比进行分类，研究模态参数在涡振前、中、后的变化规律；最后，分析模态参数与涡振特性之间的相关性。结果表明：在这12 d内，该悬索桥间断地发生了多次、多阶频率，多种程度的涡振；前6阶频率均值仅由于环境影响出现小幅度波动；在涡振期间，各阶频率离散性更小，波动范围仅在0.002 Hz左右；前6阶阻尼比均值线基本保持在稳定区间内，但局部波动变异很大；在涡振期间，由于气动阻尼影响，桥梁涡振锁定频率所在阶次对应的识别阻尼比先明显下降后很快恢复，其他阶次阻尼比没有明显变化；涡振对阻尼比识别值影响较大，但对结构阻尼比影响很小。研究结果揭示了该悬索桥涡振全过程的频率和阻尼比变化规律及其与涡振的关系，可为更准确找出涡振原因和涡振管控提供参考。
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  飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究（双语出版）

  陶天友, 金早, 王浩, 石棚

  中国公路学报. 2023, 36(7): 138-146. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.011

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  为表征雷暴风对大跨度斜拉桥的作用，以苏通大桥监测数据为基础，开展了飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究。首先，基于短时平稳假设，分析了飑线风的实测风场特性，探究了桥梁抖振响应与风速的相关性，并刻画了其在风速突增与下降过程中的差异；然后，计算了不同时段内主梁实测竖向、侧向和扭转加速度的功率谱密度，并分析了飑线风对主梁振动频谱的影响；最后，采用随机减量法，开展了飑线风作用全过程大跨度斜拉桥的模态参数识别，获得了桥梁的模态频率与阻尼比，从而研究了飑线风对大跨度斜拉桥模态参数的影响。研究结果表明：主梁抖振响应均方根与风速呈非线性正相关，飑线风前端与后端风场对桥梁抖振响应的影响总体类似；在飑线风作用时段内，大跨度斜拉桥各阶模态对应的振动能量相较其他时段更为显著；多阶竖弯、侧弯和扭转模态的频率随风速的增加而增加；阻尼比受风速影响较大，各阶模态的影响规律不尽相同；主梁1阶竖弯和1阶侧弯模态的阻尼比随风速的增加而增加，而1阶扭转模态的阻尼比随着风速的增加而减小。
桥梁工程
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  并列异形PBL-钢纤维增强混凝土组合剪力键受剪性能研究

  王宣鼎, 廖岳, 沈敏慧, 钟国辉, 周绪红, 刘界鹏

  中国公路学报. 2023, 36(7): 147-157. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.012

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  为解决PBL连接件在装配式组合梁中应用困难的问题，提出了一种并列异形PBL-钢纤维增强混凝土（SFRC）组合剪力键。以连接件内贯穿钢筋数量为参数，进行了5个简化单边推出试验，得到试件的破坏模式与荷载-位移曲线，对比分析关键受剪变形特征的变化规律。基于试验结果，建立与试验结果吻合较好的有限元模型，并分析了不同材料部件的应力、应变发展及分布特点；对异形钢板剪力键的断裂机制进行了初探性研究。研究结果表明：并列异形PBL-SFRC组合剪力键具有初始剪切刚度大和延性好的特点；贯穿钢筋可有效防止SFRC的纵向劈裂破坏，减小连接件的拔出效应；组合剪力键的整体性随贯穿钢筋数量的增加而提高；有限元分析较好地揭示了该类剪力键从PBL屈服到SFRC损伤再到PBL断裂的破坏过程，PBL剪力键断裂点的钢材应变较大，与钢材颈缩应变吻合较好。
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  基于AO算法优化VMD参数联合小波阈值的桥梁信号去噪方法

  蒋田勇, 喻晨宇, 黄可, 赵杰, 王磊

  中国公路学报. 2023, 36(7): 158-168. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.013

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  当桥梁进行状态评估和健康监测时，所获得的桥梁信号易受外部环境的干扰，难以反映桥梁结构的真实响应。针对桥梁信号夹杂环境噪声等问题，提出了基于联合天鹰算法（Aquila Optimizer，AO）、变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）和小波阈值的去噪方法。该方法首先利用AO算法优化VMD的参数，然后用VMD对含噪声的信号进行自适应分解，再去除方差贡献率较小的模态，最后对剩余的模态进行小波阈值去噪处理，重构信号得到去噪后的真实信号。对模拟信号和桥梁动应变的实测信号分别进行分析，结果表明：基于AO算法优化VMD参数联合小波阈值的去噪方法能有效滤除噪声信号，且去噪效果优于单一的小波阈值去噪、EMD联合小波阈值去噪以及EEMD联合小波阈值去噪等常用的去噪方法，研究成果可为桥梁信号的去噪处理提供有意义的参考。
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  双折线先张预应力高强混凝土I型梁抗弯性能足尺模型试验（双语出版）

  王凌波, 陈杰, 杨永清, 朱钊, 孙宝林, 舒灏

  中国公路学报. 2023, 36(7): 169-179. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.014

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  作为桥梁快速建造中一种高效的装配式新结构，预应力混凝土I型梁采用双折线先张法施工的密束预应力体系，具有预应力损失小、预压应力分布均匀、施工安全性好等特点。为检验该新型结构的抗弯性能，建立其正常使用极限状态及承载能力极限状态的抗弯能力设计及评价方法，开展了结构足尺模型的抗弯承载性能全过程加载试验，观察了结构在全截面工作阶段、开裂阶段和破坏阶段的结构形态、变形与受力特征及破坏模式。试验结果表明：在正常使用阶段，梁体工作性能良好，结构达到开裂荷载前，内力增量与荷载呈线性关系，应变分布满足平截面假定，受压区混凝土压应变、主梁挠度、主筋应变及预应力钢绞线内力增量均呈线性变化；继续加载时，结构内力及变形呈现明显的非线性特征，裂缝逐渐增多，应变增长速率加大，模型梁上翼缘应变横向分布差异性增大，呈现一定的剪力滞效应；随着裂缝深度发展，混凝土逐渐退出工作，预应力束不再与混凝土共同受力，直至梁体发生断裂；试验梁的计算破坏荷载与测试值的比例系数为1.08，静力延性系数为2.27，表明双折线先张预应力高强混凝土I型梁的抗裂、抗弯承载能力计算模式具有较好的适用性和优异的抗弯静力延性。
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  主余震作用下钢管混凝土箱形叠合墩拟动力试验

  袁辉辉, 程军, 吴庆雄, 佘智敏

  中国公路学报. 2023, 36(7): 180-192. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.015

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  为了研究地震动特性、地震动强度和主余震作用下新型组合结构钢管混凝土箱形叠合墩（简称CFSTRC墩）的抗震性能，进行了2个CFSTRC墩1：11.6缩尺模型的拟动力试验。研究结果表明：在峰值加速度（PGA）均按比例调幅为0.05g的10条国内外强地震动作用下，CFSTRC墩试件处于弹性工作状态，其中日本阪神大地震JRT波作用下的最大位移响应是平均值的1.68倍。在9度罕遇主震（PGA约为0.7g）作用下，试件S1进入强度劣化阶段，而试件S2仍处于弹塑性变形阶段；2个试件的破坏形态均表现为沿加载方向腹板的剪切斜裂缝、垂直加载方向腹板的水平向裂缝，同时伴随着柱肢底部钢管局部屈曲引起的外包混凝土竖向裂缝，导致试件刚度显著降低。随着余震PGA逐级增大，主震中已损伤试件的墩顶最大位移响应呈线性增大，累积滞回耗能呈非线性增长；在与主震地震强度相当的余震作用下，2个试件的累积损伤进一步加剧，水平承载力平均下降约17%，累积滞回耗能减少约16%，墩顶最大位移响应增加约3%。最后，采用基于结构最大变形与累积滞回耗能线性组合的地震损伤指标可比较准确地评估CFSTRC墩在主余震作用下的抗震性能。
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  变截面CSW-UHPC组合梁负弯矩区弯曲性能试验研究

  石雄伟, 谢寅涛, 杜春锦, 苗建宝, 李立峰, 钟文

  中国公路学报. 2023, 36(7): 193-203. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.016

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  为改善常规混凝土波形钢腹板（CSW）组合梁受拉区的受力性能，进一步减小结构重量并推动超高性能混凝土（UHPC）在桥梁工程中的应用，提出一种新型变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构，为研究其基本受力特征，特别是其抗弯与抗裂性能，设计并完成了一片预应力变截面CSW-UHPC组合悬臂箱梁的负弯矩静力模型试验，测试得到试验梁的荷载-应变响应、裂缝开展模式、挠度及破坏荷载等试验结果。依据试验结果对结构的剪力滞效应和钢腹板承剪比进行了研究；并深入研究了CSW-UHPC组合箱梁的抗裂性能和抗弯承载力计算方法；同时，完成了试验梁的非线性有限元分析。结果表明：这种变截面CSW-UHPC组合箱梁表现出良好的受力、变形和抗裂性能；试验梁的悬臂根部截面产生了负剪力滞效应，剪力滞效应越靠近加载点越明显；悬臂端部到根部截面，试验梁腹板承剪比从80.33％逐渐减小至2.15％；试验梁的极限抗弯承载能力和抗裂弯矩的理论值与试验值较为吻合，建议在计算承载力时，k值取为0.1~0.2。研究成果可为变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构的设计与应用提供参考。
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  四千米级悬索桥新型结构体系研究

  吴明远, 廉向东, 张伟, 黄月超, 孙义斐, 白桦

  中国公路学报. 2023, 36(7): 204-211. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.017

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  悬索桥是目前跨越能力最大的桥型。随着跨径的进一步增大，其结构动力刚度将不断下降，导致结构抗风能力降低。研发满足结构受力以及抗风稳定性要求的加劲梁断面形式和新型悬索桥结构体系是四千米级悬索桥设计和建造的关键控制因素。为此，首先对采用层流抑振风嘴（V形风嘴、Y形风嘴）和新型紊流制振风嘴的钢箱梁断面开展了节段模型风洞试验，探讨了常规平面缆悬索桥的极限跨径；通过建立全桥三维杆系有限元模型，计算总结了结构扭转基频随跨径的变化规律，并研究了主缆矢跨比、主缆空间化、设置抗扭辅助索等措施对结构扭频的提升效果，提出推荐的新型悬索桥结构体系；最后基于已有结论对四千米级悬索桥进行概念设计。研究结果表明：根据“紊流制振”理论设计的新型加劲梁断面，在保证颤振检验风速80 m·s^-1以上时可以使常规悬索桥跨径达到2 700 m；通过在主缆间设置抗扭索是一种较容易实现的提升大跨度悬索桥动力刚度的措施，此举可以使结构扭频提高47.5%；采用紊流制振风嘴钢箱梁断面及新型悬索桥结构体系的悬索桥，在保证颤振临界风速80 m·s^-1的情况下主跨跨径可达4 000 m；通过增加抗风缆等结构措施，可以使悬索桥跨径进一步提高至6 000 m，这些优化措施为未来建造更大跨度的跨海桥梁工程提供了可能性。
汽车与机械工程
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  基于融合分割和变尺度窗口的车道线距离检测

  王畅, 李勇杭, 张凯超, 袁华智, 葛振振, 李朝

  中国公路学报. 2023, 36(7): 212-222. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.018

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  在车辆安全和驾驶行为相关研究中，车道线距离参数是重要的基础参数。针对传统机器视觉测量方法存在的标定过程复杂、测试成本高且移植性能差等问题，提出一种针对车侧摄像机图像的低成本车道线距离检测方法。首先，构建了一种融合局部Otsu算法与光照样条补偿算法的车道线区域分割方法，可在车道线磨损、复杂光照变化、车道线中断等场景中对车道线区域进行精确分割；其次，针对车道线边缘特征复杂多变的情况，设计了一种变尺度窗口算法来完成车道线边缘检测并可补全残损车道线；最后，采用多项式标定方法建立了车道线距离检测算法，实现了车道线距离的自动化快速检测。验证结果表明：在正常场景和多种复杂特殊场景下，所提出的检测算法平均检测误差为0.4 cm，平均检测速率达到30帧·s^-1，整体上优于目前其他技术方案。该方法在检测成本和可移植性方面具有显著优势，可为相关研究领域的技术人员提供新的解决思路。
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  基于多类型变量空间的驾驶行为基元提取

  李显生, 崔晓彤, 郑雪莲, 任园园, 石磊, 席建锋

  中国公路学报. 2023, 36(7): 223-235. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.019

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  从驾驶数据中提取驾驶行为基元是实现驾驶行为高效准确分析的重要前提。为了更好地理解驾驶行为，使驾驶行为基元能够体现不同驾驶人的驾驶行为差异，考虑驾驶行为产生时所受驾驶人的主观约束，提出基于多类型变量空间的驾驶行为基元提取方法。使用驾驶行为原始变量反映车辆运行状态和驾驶操作，将所选择的原始变量定义为基础变量集；使用基础变量构造能够反映驾驶人对车辆运行状态主观期望的变量，并将其定义为构造变量集。利用基础变量集和构造变量集生成多类型变量空间，使用贝叶斯凝聚型序列分割算法分割数据以提取驾驶行为基元。针对多类型变量空间自调节问题，提出基于分割质量优选滑窗尺寸的方法，使多类型变量空间能够自适应不同数据集的数值特性，确保基元提取的准确度。对所得基元进行特征构造和提取，利用高斯混合聚类算法对直行和弯道路段的行为基元分别进行聚类，并通过分析各类基元的统计特征得到基元的语义描述。最后，通过实例分析验证基元提取和语义解释的准确性，以及多类型变量空间的优越性。研究结果表明：所提取的驾驶行为基元具有多角度语义，不仅能够反映车辆运行状态和驾驶操作，而且能够体现驾驶人对车辆操纵决策的主观期望，有利于从因果角度更全面地理解驾驶行为。
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  基于Udwadia-Kalaba方程的交通锥机器人编队摆放控制方法（双语出版）

  张佳乐, 赵睿英, 焦生杰, 任化杰, 王亚鹏

  中国公路学报. 2023, 36(7): 236-248. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.07.020

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  针对交通锥摆放问题，以一类装有标准交通锥模型的移动机器人为研究对象，提出一种新的编队摆放动态控制方法。该方法根据编队摆放条件，构造出交通锥机器人编队摆放的运动学约束，并将编队摆放约束视为控制目标。基于Udwadia-Kalaba方程，建立满足编队摆放的动力学模型，设计基于模型的编队摆放控制器。研究结果表明：所提控制方法能够实现交通锥机器人的编队要求，可进一步解决当前交通锥有序摆放问题。相较于基于领航者-跟随者模型的模型预测控制和基于神经动力学反步控制，所提出的基于模型设计的控制方法，具有编队距离误差收敛速度快和扭矩易于优化等特点。并借助MATLAB仿真软件和物理试验平台，对所提控制方法进行了仿真与试验验证，实现了三角形工况以及直线工况下交通锥机器人的编队摆放控制。试验结果验证了该控制系统的实用性和有效性，为交通锥的摆放提供了一个新的研究思路。