中国公路学报

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中国公路学报. 2024, 37(4): 0-0.

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封一/四

中国公路学报. 2024, 37(4): 2-0.

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电动汽车充换电设施布局规划与调控运营专栏导语

中国公路学报. 2024, 37(4): 3-0.

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电动汽车的发展是推进交通系统电气化、低碳化的重要途径，将为实现未来交通运输领域“双碳”战略目标、构建绿色低碳交通系统发挥重要作用。经过多年发展，我国电动汽车产销量已位居世界第一位，充电基础设施数量和服务能力也随之得到快速发展。然而，随着电动汽车的快速规模化发展，我国充换电设施供需不平衡、布局不合理等现象日益突出，亟需在充换电行为机理及需求分析、充换电设施规划及建设时序优化、充换电设施合理布局、充换电设施供需动态平衡等问题上开展理论创新与实践突破，以解决城区、城际、区际等应用场景充换电供需失衡的痛点、难点问题，更好地服务电动汽车大范围、多应用主体的充电需求。
为推动电动汽车充换电设施服务供给与需求分析、充换电设施选址布局优化、“车-桩-路-网”协同与智能发展、充换电设施运营维护、移动充电设施需求响应等交通运输管理领域相关科学问题的理论研究和技术创新，广泛开展学术交流，《中国公路学报》编辑部联合北京交通大学吴建军教授（本刊副主编）、华中科技大学李志纯教授、北京交通大学姚恩建教授共同策划了“电动汽车充换电设施布局规划与调控运营”专栏；并邀请同济大学谢驰教授、大连理工大学刘锴教授、长安大学牛世峰教授、北京交通大学赵晖副教授、合肥工业大学刘昊翔副教授、武汉理工大学李顺喜副教授、河海大学单肖年副教授、北京交通大学杨扬副教授、上海纽约大学陈志斌助理教授、北京工业大学何佳助理教授、深圳技术大学雷天助理教授、北京交通大学潘龙助理教授等青年才俊作为组稿专家，共同向该领域的知名专家、学者约稿，出版本期“电动汽车充换电设施布局规划与调控运营”专栏。
本专栏共收到相关论文40余篇，最终录用8篇，研究内容主要集中于电动公交汽车充换电设施优化、高速路网充换电设施规划、多等级充电站选址及服务能力分析、自动驾驶电动共享汽车充换电设施规划4个方面。
（1）电动公交汽车充换电设施优化。主要内容包括：“光储充”一体化公交充电设施两阶段鲁棒选址优化、电动公交车队置换与充电设施布局协同优化、站点需求响应的电动模块公交车重组调度。
（2）高速路网充换电设施规划。主要内容包括：基于元网络的电动汽车高速公路充电设施选址，构建两阶段混合整数线性规划模型，设计分支定界算法应用于长江三角洲高速公路网；基于拓展交通均衡的高速路网充电桩部署，提出基于多元Logit的交通分配模型与充电选择模型。
（3）多等级充电站选址及服务能力分析。主要内容包括：基于排队论建立充电设备定容优化模型,并利用成都市电动出租车GPS轨迹大数据进行实证；基于K-means聚类方法，从定容及可行性分析等角度对充电站选址结果进行分析。
（4）自动驾驶电动共享汽车充换电设施规划。主要内容包括：考虑混合车位的自动驾驶电动共享汽车系统配置与运营联合优化，构建以车位数、出行定价、时空电池弧流量为决策变量,以运营利润最大化为目标的混合整数非线性规划模型；面向能量网络制定精细化政策和优化能源网络设施设计的先行工作，进行交通流“流速密能”图谱模型构建。
在此特向专栏组稿专家、审稿专家、作者的辛勤付出致谢！希望本期专栏的出版可以进一步推动我国电动汽车充电基础设施的合理布局与健康发展。《中国公路学报》将持续相关领域的国内外最新研究进展，以期为广大专家、学者及工程技术人员提供学习、交流的平台，支撑我国新能源汽车产业持续高质量发展。由于水平和时间有限，专栏中的不足之处在所难免，恳请各位专家不吝指出。

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基于元网络的电动汽车高速公路充电设施选址优化方法

李佳佩, 谢驰

中国公路学报. 2024, 37(4): 1-13. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.001

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针对高速公路网中电动汽车充电基础设施选址优化问题，从由充电节点间子路径构成的元网络出发，构建了一个两阶段混合整数线性规划模型，并相应地设计了一种两阶段优化算法。第1阶段，在原始节点-路段网络中找到每对充电节点间的距离约束最小成本子路径，通过双目标标号修正算法来求解，其结果用以构建充电节点-子路径元网络；第2阶段，在元网络中应用分支定界算法，其核心计算步骤是找到每个起讫对之间的最小成本路径，可通过经典的单目标标号设定算法求解；最后将提出的基于元网络的分支定界算法应用于长江三角洲高速公路网。结果表明：充电站建设成本限制和电动汽车续航里程限制是决定充电站选址决策和出行者路径-充电决策的重要因素；其与传统基于原始网络的分支定界算法在3种不同规模网络算例中的应用性能比较表明，对于求解较大规模的基础设施选址优化问题，基于元网络的分支定界算法表现出压倒性的计算效率优势。

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“光储充”一体化公交充电设施两阶段鲁棒选址方法

刘小寒, 程颖, 王聘玺, 马皓, 马晓磊

中国公路学报. 2024, 37(4): 14-23. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.002

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为了促进公交企业深度脱碳，一种可行途径是通过部署“光储充”一体化公交充电设施降低公交系统充电成本与碳排放量。首先确立了“光储充”一体化公交充电设施选址问题的优化目标。其次，考虑气候改变对光伏发电系统输出功率的影响，构建了光伏发电输出功率的预算不确定集，并提出了两阶段鲁棒选址模型。第一阶段问题决定充电场站的位置与类型(常规型与“光储充”型)，第二阶段问题求解光伏发电最优能源调度。以北京市17条公交线路为例进行算例分析，检验了所采用的行列生成算法的性能，剖析了最优解结构特征，并对太阳能资源禀赋、光伏发电设施建设成本、光伏上网电价进行了敏感性分析。研究结果表明：行列生成算法表现良好；“光储充”一体化公交充电设施可以显著降低公交系统总成本、运营成本与二氧化碳排放量；相比于光伏发电设施建设成本，模型结果对太阳能资源禀赋的变化更为敏感；且光伏上网电价能够显著影响光伏发电的经济效益与社会效益。

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站点需求响应的电动模块公交车重组调度优化

高虹, 刘锴, 姚恩建

中国公路学报. 2024, 37(4): 24-36. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.003

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传统的电动公交系统受到固定车辆容量等限制，难以通过灵活地调度应对时空不均衡的站点需求。为突破这一瓶颈，基于一种采用耦合/解离操作实现容量动态调整的电动模块车技术，提出考虑站点需求响应的模块化公交重组调度优化模型，可以较好解决乘客在车站的滞留问题。模型以单公交线路为研究对象，通过优化电动模块车在组合站点的容量重组操作和不同班次间的序列决策，旨在最小化包括车辆派遣、运营能耗等多项成本在内的总成本。特别考虑到模块车电池容量较小等特点，调度模型强调了车辆个体的能耗限制和充电计划。针对提出的混合整数非线性规划模型，引入辅助变量将约束中所涵盖的非线性部分转化为线性约束，增强模型的可求解性。采用郑州市电动公交实际运营数据提取的多项参数作为模型输入，将优化后的车辆使用数、系统总成本、未服务乘客的惩罚成本以及充电成本等多项指标与其他2种调度策略进行对比。结果表明:相较于传统电动公交，考虑站点需求响应的模块车调度策略可使系统总成本降低约26.6%，特别是站点间动态容量调整的优势可以使滞留乘客的人数降低95.4%，提高公共交通服务的便民性;与非站点响应的模块车调度模式相比，总成本也降低约7.3%，其中运营和充电成本的减少最为显著。最后展开敏感性分析为实际运营中关于车型选择、电池容量配置以及寻找乘客服务水平和运营经济性二者的均衡点提供了决策依据。

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考虑混合车位的自动驾驶电动共享汽车系统配置与运营联合优化

胡路, 徐尉耀, 李皓

中国公路学报. 2024, 37(4): 37-47. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.004

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自动驾驶电动共享汽车作为未来可持续发展的交通方式，结合配建充电车位与非充电车位(混合车位)的站点，是调和城市出行、停车和充电供需矛盾的有效途径。考虑混合车位配置、基于Logit弹性需求研究动态定价和车辆自主调度的联合优化问题。基于单商品流时空电池网络，构建了以车位数、出行定价、时空电池弧流量为决策变量，以运营利润最大化为目标的混合整数非线性规划模型。由于该模型难以得出高质量解，以外内切割线近似方法逼近Logit函数，之后通过一种基于二次方的整数变量分解与车位约束松弛方法，共同将原模型重构为混合整数线性规划，并利用GUROBI优化引擎求解。对比了重构前后的配置和运营联合决策优化结果，表明所提出方法可以有效提升求解效率。成都市案例结果表明：与全部使用充电车位相比，混合车位配置在同等订单满足率的前提下，充电车位提高10.59%的利用率并降低28.87%的成本，缩减4.15%的搬迁成本；与固定出行定价相比，动态定价策略在提升整体运营利润的基础上，有效缩减16.03%的非必要调度；动态定价区间高低与车辆搬迁数、OD实际需求量成反比；高车位成本将使非充电车位的租赁数急剧下降；充电速率下降则减少运营收益可达12.35%，且充电与非充电车位数分别增幅14.75%和12.34%。

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基于电动汽车大数据的多等级充电站选址与服务能力研究

孙健, 宋茂星, 邱果, 刘占文

中国公路学报. 2024, 37(4): 48-60. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.005

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电动汽车充电站规划对设施建设成本、后期盈利以及用户满意度具有重要影响。提出一个多等级充电站双目标优化选址模型，包含2个不可相互转换的优化目标——最小化充电站建设总成本和车辆行驶成本，考虑不同等级充电站的建设成本和服务能力。首先，通过分析已有车辆运行轨迹大数据，提出车辆停驻状态分析方法，基于改进K-means聚类算法获取电动汽车的潜在充电需求，进行充电站初次选址；然后，构建电动汽车多等级充电站选址模型，分析充电需求，并基于禁忌搜索(Tabu Search, TS)算法进行求解和充电站二次选址；最后，基于排队论建立充电设备定容优化模型，并利用成都市电动出租车GPS轨迹大数据进行实证分析，分别基于K-means聚类和多等级选址模型2种方案对充电站进行选址，从服务能力及经济性方便性等方面对比选址结果。研究结果表明：2种选址方案均具有较好可行性，基于多等级选址模型方案的2.5 km服务半径覆盖率为91.2%，虽较K-means聚类选址方案的93.6%略差，但均超过90%覆盖率。经济效益方面，基于多等级选址模型方案明显优于K-means聚类选址；该方案在建设成本降低了11.7%的前提下，总盈利提高14.4%，利润率提升23.4%；表明提出的电动汽车充电设施选址定容方法可有效降低充电设施建设成本，提升设施盈利水平以及用户充电体验，进而获得良好的社会效益。

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基于拓展交通均衡的高速路网充电桩优化部署

张兆磊, 郝威, 李豪, 唐峰, 吕能超, 刘至真

中国公路学报. 2024, 37(4): 61-71. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.006

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电动汽车(Electric Vehicles, EV)在中长途出行中仍面临行驶里程问题，完善高速公路充电设施有助于缓解驾驶人的充电焦虑。为刻画EV用户的充电选择行为，以EV剩余里程和充电服务区平均必要服务时间为自变量构建效用函数，进而提出了基于多元Logit的充电选择模型。结合交通分配模型与充电选择模型，建立了拓展交通均衡模型，用于获取每个服务区的充电需求。在此基础上，以系统充电服务时间最小化为目标，建立了基于拓展交通均衡模型的充电桩双层规划模型，用于获取每个服务区最优的充电桩数量。针对大型路网下拓展交通均衡模型求解效率低的问题，将其转化为非线性互补问题进行求解，采用遗传算法与GAMS软件联合求解双层规划模型。以湖南省部分区域高速路网为例，对所提充电桩优化部署模型进行可行性分析，结果显示：相较于均匀分布的充电桩部署方案，优化后的方案降低了53.1%的系统服务时间。此外，通过敏感性分析发现，提高EV用户对路网信息的感知水平有助于提高部分服务区充电桩利用率，减少空充电需求服务区的数量。研究成果对高速公路充电桩的部署具有指导意义，有助于提高高速公路充电服务水平。

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电动公交车队置换与充电设施布局协同优化

王玉生, 罗欣欣, 单香琦

中国公路学报. 2024, 37(4): 72-83. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.007

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城市公交电动化可以有效缓解燃油车带来的空气污染和对化石能源的依赖，是公交行业发展的必然趋势。为此，将电动公交车队置换与充电设施布局进行统筹优化，以公交车队全生命周期成本和充电设施布局成本之和最小化为目标，基于时间和空间维度，构建电动公交车队置换与充电设施布局协同优化模型。根据模型特点，通过等价线性变换，将协同优化模型转换为混合整数线性规划模型。为验证协同优化模型的有效性，以江苏省江阴市公交网络为例，设计不同参数值情形下的数值试验。研究结果表明：在本案例参数设置下，协同优化决策获得的公交车队置换方案和充电设施布局方案比单独优化方案的总成本减少467 044.3元，具有较好的成本效益。在预算有限且排放限制要求不严格的情况下，公交运营商通常会购买更有价格优势的燃油公交车。随着电池技术的进步，电动公交车的采购价格有望下降，公交运营商会逐渐减少燃油车和混合动力车的购买，转而选择更环保的电动公交车。此外，公交车队的电动化进程需要与充电设施的建设相协调匹配，确保充电设施能够满足电动公交车的充电需求。政府可以通过增加CO₂的社会成本，促使运营商加速公交车队的电动化进程。研究成果为城市公交车队运营管理和充电基础设施建设提供了决策支持，为推进城市公交电动化进程提供了政策建议。

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交通流“流速密能”图谱模型与应用

黄健畅, 宋国华

中国公路学报. 2024, 37(4): 84-97. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.008

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交通流的物理本质是能量驱动的物质位移。为挖掘交通流和能量的关系，基于交通流功率分布模型探索建立了流量、速度、密度和能量四要素图谱。其中，能量(kJ·km^-1·h^-1)在数学上描述为能耗因子(kJ·km^-1·veh^-1)和交通流量(veh·h^-1)的乘积。首先，基于均衡态交通流不同空间平均速度下的功率分布，建立随平均速度变化的能耗因子曲线；其次，基于4个经典交通流基本图模型(Greenshields、Greenberg、Underwood和Van Aerde)建立速度与流量关系；最后，结合流量和能耗因子得到流量-速度-密度-能量图谱。当能量转换效率为100%时：在速度-能量方面，流量对能量的变化起到主导作用，因此，随着速度上升能量呈现先上升后下降趋势；在密度-能量方面，随着密度上升能量同样先上升后下降，但由于密度和速度呈负相关，其变化原理与速度-能量相反；在流量-能量方面，同一流量可对应低速/高速下的拥堵/非拥堵状态，能耗因子随着流量上升呈现2种状态，能耗因子上升或能耗因子下降，但下降速率低于流量上升速率。该研究是面向能量网络制定精细化政策和优化能源网络设施设计的先行工作。

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基于材料信息学的沥青混合料性能提升综述及展望

刘志杨, 董泽蛟, 周涛, 单丽岩, 马宪永

中国公路学报. 2024, 37(4): 98-120. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.009

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材料信息学是推进材料基因组计划的理论核心，为组成多相、结构随机、行为复杂、具有显著多尺度特征的沥青混合料性能提升与新材料研发提供了重要手段。为推动材料信息学在沥青混合料相关研究中的应用，综述了材料信息学理论在沥青及沥青混合料性能预测与耐久性提升方面的应用研究。首先，总结了材料基因组及材料信息学理论基本内涵及其在沥青路面材料领域的应用；然后，介绍了常见的材料数据标准，总结了沥青及沥青混合料材料多尺度特征与材料特征基因数据库发展；进而，介绍了基于化学组分、胶体结构基因特性的沥青性能预测及改性沥青组成优化研究，总结了数据挖掘及机器学习算法在沥青混合料力学及路用性能预测方面的应用，主要包括混合料设计指标、动态模量、高温抗车辙能力、抗疲劳性能、低温抗裂性及水稳定性预测模型，分析了基于性能预测及智能寻优方法的沥青混合料组成结构优化，从而实现混合料路用性能的定向提升；最后，讨论了沥青混合料材料信息学应用架构，分析了沥青混合料材料基因特性体系与基于机器学习的混合料性能预测研究可能面临的挑战，展望了未来沥青混合料材料信息学研究可能需要解决的问题。该综述对沥青路面材料耐久性提升具有推动作用。

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掺加纳米SiO₂/GNPs/GO的冷再生沥青路面基层性能及作用机理

陈渊召, 李振霞, 冯纪兵, 郭滕滕, 闫浩博, 王朝辉, 房辰泽

中国公路学报. 2024, 37(4): 121-140. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.010

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为解决全深式冷再生基层单纯增加水泥出现的开裂、承载能力低、使用寿命短等问题，基于纳米材料具有的优良改性效果，采取优化级配、振动压实等基础措施进行调整的同时，将少量纳米材料掺入水泥稳定冷再生基层材料中以提升其路用性能。首先对粉体纳米材料(nano-SiO₂、石墨烯纳米微片GNPs、亲水型的氧化石墨烯纳米片GO)进行分散预处理；其次在优化级配基础上，将纳米材料掺入再生混合料中，分别研究不同nano-SiO₂、GNPs和GO掺量对水泥稳定冷再生混合料的力学影响规律，进而对改性后水泥稳定冷再生混合料的抗干缩性、抗温缩性和抗冻性能进行对比分析；最后应用工业CT三维扫描、SEM形貌表征等微观技术对改性前后水泥稳定冷再生混合料的孔隙结构和微观形貌进行深入分析，从细观到微观多尺度揭示纳米材料对水稳冷再生基层材料的作用机理。研究结果表明：改善混合料的级配组成，采用骨架密实结构等措施能增大混合料的密实度，显著提升其无侧限抗压强度，优化配合比后的水稳冷再生混合料7 d无侧限抗压强度超过3.5 MPa；掺加3%nano-SiO₂材料，冻融后试件残留抗压强度增长33.8%，耐冻系数达到84.41%，GO掺量为0.1%时，冻融后试件的残留抗压强度达到峰值5.23 MPa，强度提高了48.65%，耐冻系数达到86.02%，抗冻能力得到了显著提高；纳米颗粒能够增大水稳冷再生基层材料的干缩变形，对基层的抗裂性能产生不利影响，但影响程度会因不同纳米材料种类和发展阶段而表现出较大差异；纳米材料对水泥水化物的水化进程有促进增强作用，可细化混合料的孔隙结构；对集料-砂浆、旧沥青团块-砂浆等ITZ结构的界面密实度、黏结强度等有改善作用；GO纳米片层的掺入对水稳冷再生材料在细观上的孔隙结构会产生显著影响，使较大的毛细孔进一步细化，水泥浆体更加密实，进而对毛细微孔的连通发挥阻断作用；nano-SiO₂能够填充小尺寸的微孔隙，GO与GNPs材料借助其自身薄片结构能够对较大空隙进行填充，在混合料内部受力时其交错分布的三维立体结构能有效发挥支撑拉结作用，凭借超高机械强度产生加筋阻裂的作用效果。

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基于CEL法的砂土中相邻XCC桩贯入对既有XCC单桩影响的研究

周鹏, 夏良利, 刘汉龙, 徐长节, 崔杰, 曹光伟, 丁选明

中国公路学报. 2024, 37(4): 141-154. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.011

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目前现浇X形桩(XCC桩)的研究主要集中于黏土地基，而对于砂土中XCC桩的相关研究却很少；此外，在研究XCC桩贯入问题时，主要分析的是沉桩挤土效应，而忽略了实际工程施工中挤土位移荷载会对邻近既有桩产生附加桩身响应这一关键问题。为此，利用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)大变形数值技术，建立了相邻贯入XCC桩-砂土-既有XCC桩的整体CEL有限元数值模型，并且将数值结果与室内模型试验测量数据进行比较，验证了CEL数值技术在分析相邻XCC桩-土体-既有XCC桩相互作用的可行性和有效性。然后，开展了一系列参数研究，探讨了贯入深度、相邻桩与既有桩的间距、既有桩桩头边界条件等因素对既有桩侧向响应的影响。最后，基于参数分析的结果，编制了一套可用于岩土工程师在设计初期阶段评估相邻XCC桩贯入引起的既有XCC桩最大侧向响应的设计图，以减轻桩基施工带来的相关风险。

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循环荷载下镍铁渣-黏土的动力特性及本构模型

尹平保, 邹敏, 贺炜, 杨铠波, 张永杰, 李鑫, 陈彦虎, 张晓曦

中国公路学报. 2024, 37(4): 155-165. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.012

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镍铁渣为一般的工业固体废弃物，经改良后可直接用作道路路基填料，但其动力特性尚值得深入研究。首先，通过筛分试验分析了纯镍铁渣的级配特征，提出了掺加黏土的改良方法，确定了黏土掺量和最优含水量；其次，开展了镍铁渣-黏土动三轴试验，获得了不同黏土掺量、压实度和围压下的动骨干曲线、动弹性模量。然后，通过镍铁渣路基原位试验及理论计算，得到了下路堤在运营期的沉降值。结果表明：纯镍铁渣为级配不良的砾砂，黏土掺量和含水率分别为35%和9%,试样的最大干密度最大；随着黏土掺量增加，镍铁渣-黏土颗粒之间的孔隙随之减小，对应的动强度和动弹性模量则均随之先增大后减小，黏土掺量为35%时，动强度和动弹性模量均最大；围压和压实度越大，镍铁渣-黏土之间作用力越强，动强度和动弹性模量也越大。基于Hardin-Drnevich模型和负幂律函数，建立了镍铁渣-黏土动应力-动应变拟合关系式及动弹性模量衰减模型，回归得到了拟合参数与黏土掺量、压实度及围压之间的关系式，并通过试验数据验证了其合理性。运营期镍铁渣-黏土路堤的沉降较小，满足路基设计要求。

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超2000m级悬索桥重力式锚碇抗滑安全度设计方法

熊文, 王仁贵, 汪涛, 魏乐永, 周小燚

中国公路学报. 2024, 37(4): 166-175. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.013

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超2000 m级悬索桥已超过现行桥梁设计规范的适用范围，传统安全系数法仅从均值或标准值角度反映设计安全度，未能真实反映抗力小于荷载导致失效的概率或风险。基于荷载、抗力以及设计关键参数的数据统计特征与变异性，利用可靠度分析理论，对悬索桥重力式锚碇滑移构建承载能力极限状态设计方程，重点计算基于目标可靠度的抗力项分项系数合理取值，并推导目标可靠度等效的抗滑安全系数表达式。最后以主跨2 300 m世界第一跨径悬索桥为背景工程，构建超大跨径悬索桥重力式锚碇抗滑实用设计表达式，并与传统安全系数设计方法进行安全度对比分析。结果表明：利用极限状态(分项系数)设计方法，与现行规范锚碇设计方法相比，可显著降低超大跨径悬索桥重力式锚碇抗滑设计等效安全系数取值，大幅提升其安全设计的科学性与经济性，并为编制超2000m级悬索桥设计规范提供基础理论与技术支撑。

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往复荷载下自复位CFST桥墩预应力工作及损失机理试验

贾俊峰, 刘洋, 邱灿星, 郭河, 赵建瑜, 郭彬立, 张凯迪

中国公路学报. 2024, 37(4): 176-187. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.014

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为研究预应力筋参数对自复位预制节段桥墩抗震性能的影响，进一步推动自复位预制拼装桥墩体系在强地震区的发展，设计了5个自复位预制节段钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube，CFST)桥墩试件，以考虑不同的预应力筋面积、初始张拉力及预应力损失的影响，并开展了拟静力往复荷载试验。基于试验数据，分析了桥墩损伤模式、预应力损失及锚具回缩、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力和受压区高度等地震行为。研究结果表明：设计的自复位预制节段CFST桥墩表现出良好的抗震性能及自复位能力，最大水平位移荷载下残余偏移率仅为0.41%，同时未出现明显损伤现象；水平往复荷载作用下，桥墩预应力损失值在12%~25%，其中锚具回缩造成的预应力损失占比最大为70.3%，且锚具回缩值在加载位移大于历史位移时增加，建议对预应力筋采用一定超张拉以减小锚具回缩带来的损失；桥墩侧向承载力与预应力初始张拉力呈明显正相关，预应力筋面积的增加会增大屈服后刚度，建议预应力筋最低配筋率不小于0.8%；预应力筋初始张拉力及面积的改变并不会影响桥墩受压区高度，其在加载后期基本趋于定值。研究结果可为自复位预制节段CFST桥墩的结构设计和优化提供参考。

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面向低碳理念的桥梁群多目标维护决策优化研究

王磊, 陈瑞, 戴理朝, 涂荣辉

中国公路学报. 2024, 37(4): 188-200. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.015

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为解决低碳理念下路网桥梁群维护策略制定难题，提出了基于改进第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ算法)的桥梁群多目标维护决策计算框架。首先，基于碳排放因子理论提出了路网桥梁群维护阶段碳排放计算方法，该方法涵盖了加固原材料生产、车辆通行以及辅助设施三级碳排放来源。以单个桥梁和节点连通可靠度为基准，建立了融合碳排放量、综合维护费用等指标的桥梁群多目标维护优化模型。其次，通过遗传K均值聚类法产生最佳聚类中心替代原NSGA-Ⅲ的参考点，利用基于遗传参数的动态交叉变异机制增强种群的多样性，提出了改进NSGA-Ⅲ算法;同时,结合组合权重逼近理想解排序法实现考虑决策者偏好的桥梁网络多目标维护优化模型的快速、精准求解。最后，以某地区桥梁网络为背景，分析了考虑决策者偏好的维护策略,并对比了不同目标组合对维护策略的影响。研究结果表明：不同的权重分配和不同的目标组合均会导致桥梁网络维护策略产生差异；相比于侧重经济效益的策略，侧重环境影响的策略费用增加了23.93%，但碳排放量减少了28.74%；在桥梁网络维修决策中，细化决策目标有助于获得更均衡的维护策略。

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天峨龙滩特大桥外包混凝土全过程性能设计与施工质量控制

陈正, 陈犇, 吴昌杰, 郑皆连, 丁庆军, 罗小斌, 徐文, 杨阳, 赵国欣

中国公路学报. 2024, 37(4): 201-211. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.016

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世界最大跨度拱桥天峨龙滩特大桥(在建)跨径长达600 m，要保障其外包混凝土质量，需对其性能与施工质量进行针对性的设计与控制。其难点在于超大跨径条件下混凝土单次泵送方量及距离增加，持续时间增长，以致混凝土工作性能控制难度增大；在浇筑完成后的硬化阶段，需解决降低外包混凝土内外温差、减少局部水化失水干燥、降低收缩应力的问题，以避免裂缝和微缺陷的形成。为解决上述工程难题，揭示了不同原材料和配合比条件下C60外包混凝土力学性能、工作性能及早期体积变化规律，提出了基于早期收缩补偿控制的抗裂混凝土配合比设计方法；根据实际施工流程明确了浇筑区间的工作性能控制指标，建立了基于浇筑区间的工作性能控制方法，全过程中通过外加剂调整技术延长了混凝土最佳施工性能保持时间，提高了施工的效率，有效保障了浇筑均匀性；通过分析计算明确了混凝土入模温度控制要求及方法，揭示了外包混凝土入模及养护施工全过程中的内部温度历程，开展了不同龄期下混凝土在纤维及膨胀剂作用下的混凝土体积变形数值模拟及实测数据对比，从外观及内部体积变形数据上证明了所采用抗裂控制措施合理有效。

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近场爆炸作用下节段预制拼装RC桥墩的易损性评估

刘路, 宗周红, 周海飞, 陈振健, 唐光武

中国公路学报. 2024, 37(4): 212-223. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.017

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为了评估近场爆炸荷载作用下节段预制拼装钢筋混凝土(RC)桥墩的损伤程度，首先开展了节段预制拼装RC桥墩的野外近场爆炸试验，然后建立了节段预制拼装RC桥墩的三维有限元精确化模型，以轴向剩余承载力作为节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤评估指标；接着探讨了近场爆炸荷载的不确定性量化，基于TNT当量和爆心距抽样的爆炸荷载研究了节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤程度以及损伤系数的概率分布，对近场爆炸荷载作用下节段预制拼装RC桥墩进行了易损性评估。结果表明：近场爆炸荷载下节段预制拼装RC桥墩的底节段近爆区发生局部冲切破坏，底节段残余位移最大；爆炸数值模拟与试验结果基本吻合，重启动进行轴向加载得到的轴向剩余承载力是可行的；基于TNT当量和爆心距抽样得到了节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤系数，不同TNT当量下的损伤系数呈对数正态分布；基于对数正态概率密度和条件概率得到了节段预制拼装RC桥墩在近场爆炸作用下的易损性曲线，可评估节段预制拼装RC桥墩在不同TNT当量下的爆炸损伤程度。所得结论可为节段预制拼装RC桥墩的爆炸损伤快速评估提供参考。

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自黏结预应力CFRP修复含缺陷钢板的疲劳性能

陈卓异, 刘雁, 王升旗, 严子卓, 彭晖

中国公路学报. 2024, 37(4): 224-238. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.018

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为研究预应力CFRP加固含中心缺陷和双边缘缺陷钢板的疲劳性能，基于团队自主研发的自黏结型预应力CFRP施加装置，开展了2种缺陷类型和3种缺陷长度下预应力CFRP单面加固含缺陷钢板在拉伸循环荷载下的疲劳试验，分析了试件的两阶段预应力，讨论了有限黏结长度下试件的破坏模式、疲劳寿命以及荷载循环次数-钢板表面应变分布规律。利用ABAQUS建立有限元模型，通过计算结果分析了不同疲劳裂纹长度下钢板、CFRP和胶层的应力分布，讨论了胶层刚度的退化规律，探讨了CFRP和预应力对裂纹尖端应力强度因子幅ΔK的影响，并基于裂纹闭合效应的Paris模型预测了缺陷钢板的疲劳寿命。结果表明：有限黏结长度下，自黏结预应力CFRP加固钢板具有更长的光滑断裂面，更长的疲劳裂纹稳定扩展区域，可以较好增加钢板的临界裂纹长度；预应力可以提高CFRP的加固效果，使CFRP承担更多的荷载，改善钢板和胶层应力分布，降低缺陷区域应力集中程度，延缓胶层刚度退化时间；CFRP和预应力可以有效降低裂纹尖端应力强度因子幅ΔK，提高钢板疲劳寿命；基于有限元计算的ΔK和裂纹闭合效应的Paris公式，可以准确预测缺陷钢板的疲劳寿命，预测值与试验值误差小于10%。

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波形钢腹板组合箱梁日照非均匀温度场研究

黄石基, 蔡陈之, 邹云峰, 何旭辉, 张炎培

中国公路学报. 2024, 37(4): 239-251. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.019

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桥梁结构长期暴露在复杂的自然环境中，在太阳辐射、大气温度波动等多种因素的综合作用下，结构内部会产生显著的非均匀温度分布。以波形钢腹板组合箱梁为研究对象，对其日照温度场分布特点开展试验研究，揭示了波形钢腹板组合箱梁日照非均匀温度场的分布规律及时变特性。试验中测点的温度变化均以日为周期进行波动，其变化周期与变化趋势与大气温度基本一致。波形钢腹板组合箱梁表现出了明显的非均匀温度分布，箱梁北侧和南侧腹板的竖向温度梯度分别可达12.8 ℃和12.1 ℃。建立了波形钢腹板组合箱梁日照温度场三维数值仿真模型，并利用温度试验数据对该模型的准确性进行了验证。所有测点数值模拟结果与实测结果的平均误差均处于0.6 ℃到1.5 ℃，且最大误差不超过3.6 ℃。基于环境要素模型对波形钢腹板组合箱梁日照温度场的长期变化进行了模拟，得出组合箱梁南侧和北侧腹板的极端竖向温差分别为35.6 ℃和27.8 ℃，该温差值超出了现行组合桥梁规范给出的竖向梯度温度荷载。研究可为波形钢腹板组合箱梁的结构设计以及进一步工程应用提供一定的参考价值。

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型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面新结构静力与疲劳性能

孙璇, 邵旭东, 邹德强

中国公路学报. 2024, 37(4): 252-262. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.020

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为解决传统正交异性钢桥面疲劳开裂、铺装层破损难题，研究团队于2010年研发成功钢-UHPC轻型组合桥面体系，并在中国的钢桥上获得了规模化的应用。鉴于UHPC层大幅度提高了钢面板的局部刚度，为简化施工和降低造价，可对传统正交异性钢桥面进一步优化。为此，提出了型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面结构，首次应用在某大跨度拱桥主梁结构中，以实桥为背景展开了桥面方案比选和有限元计算。在此基础上，进行了型钢组合桥面关键部位负弯矩条带静力试验，对UHPC裂缝进行观测和宽度验算；对型钢组合桥面抗疲劳性能做了计算与分析，并针对桥面纵横肋重要连接焊缝开展了负弯矩条带疲劳试验。研究结果表明：负弯矩区UHPC表现出优良的受弯拉韧性，抗拉强度是实桥应力的1.4倍；型钢组合桥面通过新型的纵横肋连接构造，将所有连接焊缝均置于低应力区，将非焊接型钢母材置于高应力区，以达到提高桥面抗疲劳能力目的，型钢组合桥面包含10个钢结构疲劳细节，所有疲劳细节计算应力幅均在常幅疲劳极限以下；型钢组合桥面纵横肋新型连接焊缝在设计疲劳应力幅下等效加载4 840万次才发生疲劳破坏，疲劳强度满足实桥应用需求。综上表明，型钢组合桥面具有优良的静力与疲劳性能，加工制造简便，建设成本低，是一种具有竞争力的新型桥面方案。

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煤矿地面环境与荷载耦合作用下RC柱受压性能

李生元, 吕恒林, 吴元周, 周淑春, 彭浩, 孙呈凯

中国公路学报. 2024, 37(4): 263-273. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.021

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为了研究煤矿地面环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)柱的受压性能，设计制作了14根大偏压RC柱试件，对试件分别进行了0、2、4、6、8、10、12个试验周期的煤矿地面环境与荷载耦合作用，分析了大偏压RC柱在煤矿地面环境与荷载耦合作用下混凝土和钢筋的材料性能退化规律，探究了混凝土和钢筋的材料性能退化对柱受压性能的影响，给出了中、美、欧规范中煤矿地面环境与荷载耦合作用下矩形截面大偏心受压柱承载力计算的修正公式。研究结果表明：相比于单一的荷载作用，煤矿地面环境与荷载的耦合作用加剧了大偏压RC柱中混凝土和钢筋材料性能的退化；随着煤矿地面环境与荷载耦合作用时间的增加，大偏压RC柱混凝土的中性化深度线性增加但抗压强度逐渐降低，同时纵筋锈蚀率逐渐增加但屈服强度和极限强度线性降低，且纵筋屈服强度与锈蚀率呈负相关；煤矿地面环境与荷载耦合作用后RC大偏压柱承载力随作用时间的增加而降低，且屈服荷载和极限荷载均随纵筋锈蚀率增加而降低，通过引入煤矿地面环境与荷载耦合作用后混凝土和钢筋材料强度的退化系数，可以有效地修正中、美、欧规范中矩形截面大偏心受压柱承载力计算公式。

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顶板局部脱空状态下正交密贴下穿通道的车致振动响应研究

章慧健, 付柏毅, 牛晓宇, 王峥峥, 郭宏博

中国公路学报. 2024, 37(4): 274-285. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.022

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为研究密贴结构之间的脱空缺陷与车致振动响应之间的关系，依托新建成都地铁8号线倪家桥车站换乘通道零距离正交下穿既有1号线车站工程，采用数值模拟与现场测试手段，开展了下穿通道结构受上覆车站地铁列车动载响应特性，以及下穿通道顶板与上覆车站底板之间的脱空缺陷对该动载响应的影响规律研究。研究结果表明：下穿通道的动力响应主要受到结构与振源的相对位置和该结构的约束状态影响；从结构与振源相对位置来看，距振源较近的下穿通道顶板竖向加速度峰值大于底板；受边墙约束影响，顶板跨中处的竖向加速度峰值大于跨边，但当距离振源较远后，跨中与跨边振动响应差异不大；横向加速度表现为中隔墙大于被周边土体约束的边墙；密贴结构出现局部脱空等效于约束减弱且传递振动强的实体介质接触净面积减小，因而引发下穿结构振动响应加剧。在所提计算条件下(脱空率取5%~30%)，脱空率与结构加速度和振幅响应正相关，但对下穿通道的频响曲线和时程曲线形态影响不大。此外，脱空区域与振源的相对位置对结构振动响应影响较大，当脱空区域与振源有重叠时(即振源正下方有脱空)，结构加速度响应骤增。

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暗挖隧道SRG拱架节点抗弯性能及参数影响机制研究

宋远, 黄明利, 张旭东, 李然

中国公路学报. 2024, 37(4): 286-296. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.023

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为解决软弱围岩暗挖隧道变形控制技术难题,满足高承载力和高稳定性的支护需求,研发出了一种新型装配式空间网架(SRG)支护结构。节点作为整环结构受力及变形的薄弱部位,其力学特性对准确评价整体承载性能至关重要,为了探明不同节点形式的性能差异,针对SRG拱架开展了螺栓端板节点、组合套筒节点和无节点构件的纯弯室内足尺试验和数值模拟,对比分析了各构件的变形过程和破坏形态,建立了弯矩-曲率函数方程,定量评价了节点抗弯刚度及承载力。系统分析了端板厚度、套筒长度、钢管壁厚等参数对螺栓端板节点、组合套筒节点及无节点试件力学性能的影响规律,明确了节点参数影响机制,提出了拱架节点参数合理取值及设计建议。此外,依托广州地铁暗挖隧道工程开展了SRG拱架的现场应用。结果表明：螺栓端板节点具有较高的韧性和承载能力,在加载过程中节点力系传递明确,受力变形稳定,可作为SRG拱架优选的节点类型;组合套筒节点具有较好的延展性和后期变形能力,在加载过程中组合套筒受力状态良好,未产生明显变形;端板厚度增加,试件的屈服承载力增幅明显,厚度由15 mm增至25 mm,承载力相应提高了14.6%;采用“上3下4”螺栓布置方式的节点构件,其屈服承载力与“上5下6”螺栓布置方式仅相差3.1%;相较于格栅拱架支护,SRG拱架的整体性有所增强,围岩控制效果得到明显改善,拱顶沉降值和周边收敛分别减少了31.6%和31.4%,研究结果可为今后类似工程的设计与施工提供借鉴。

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交叉口自动驾驶车辆事故前场景生成与致因分析

刘倩, 王雪松

中国公路学报. 2024, 37(4): 297-309. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.024

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自动驾驶技术在混合交通环境中仍面临诸多安全挑战，交叉口是自动驾驶车辆事故的高发地，为了解决交叉口自动驾驶车辆事故前场景生成和事故致因分析问题，构建了“道路-交通参与者-关键事件-事故前运动状态”的事故前场景方法。基于加州470份自动驾驶车辆事故报告，生成了交叉口31类自动驾驶车辆事故前场景，基于统计方法确定了自动驾驶车辆与传统车辆事故前场景的显著差异。提出了基于系统控制结构的事故致因方法，解析了自动驾驶车辆事故与道路、交通情况、环境、自动驾驶系统、驾驶人(测试员)、车辆的交互关系，分别识别了追尾和换道场景的九类事故致因类型和致因链。研究结果表明：自动驾驶车辆被传统车辆追尾的比例是传统车辆追尾的4.03倍。追尾事故的主要原因是传统车辆跟车过近、自动驾驶系统减速停止或启动决策不充分；换道事故的主要原因是传统车辆危险换道或超车、自动驾驶系统对他车换道意图识别和减速避撞决策不充分。该研究推动了基于场景的事故致因方法的应用，研究结果可以指导自动驾驶测试场景的构建，并为自动驾驶系统开发优化和交叉口安全改善提供参考。

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基于竞合理论的“双Y形”接驳公交线路共线段站点优化

李文勇, 魏聪, 杨瑞新, 廉冠

中国公路学报. 2024, 37(4): 310-320. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.04.025

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城市交通系统中，轨道交通与地面公交一体化是促进公共交通出行的有效措施。随着轨道交通网络日益扩大，既有接驳公交线路已无法满足乘客日益增长的通勤需求，且存在运营成本高、运行效率低等问题。轨道接驳公交线网规划的关键环节是如何优化选取接驳站点和接驳线路。为解决“双Y形”接驳公交线路共线段站点重复引发的资源浪费与乘客乘车时间过长的问题，引入了竞合理论的公交线路站点跳停优化方法，同时考虑乘客出行时间成本与公交企业运营成本两个优化目标，通过共线段重复站点数量以及线路在该站的客流量给出公交线路的竞合强度约束，建立公交线路共线段站点跳停优化模型，并以北京市公交IC卡数据为例采用NSGA-Ⅱ算法进行求解验证。结果表明：与既有停站方案相比，优化后的乘客在途时长降低了22.5%，公交企业运营成本降低了32.1%。研究结果可为增强接驳公交出行效率提供参考。

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2024年, 第37卷, 第4期　刊出日期：2024-04-30

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