2024年, 第37卷, 第8期　刊出日期：2024-08-31

  

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  中国公路学报. 2024, 37(8): 2-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2024, 37(8): 3-0.

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  车桥耦合振动理论与应用新进展专栏导语

  中国公路学报. 2024, 37(8): 4-0.

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      我国交通基础设施网络规模居世界前列，公路与铁路桥梁总数已超过120万座。然而，随着经济的迅速发展，行车密度日益增加、荷载逐渐加重，如何保障桥梁安全运营和车辆行驶安全是当前面临的巨大挑战。车辆与桥梁的动力相互作用是影响桥梁结构性能和车辆舒适性、安全性的重要因素，深入开展车桥耦合振动相关研究，对桥梁设计建造与安全运维都具有重要的理论价值和工程意义。
      近年来，在车桥耦合振动理论与应用研究领域，众多学者和科研人员开展了大量卓有成效的工作，取得了丰富的研究成果，为我国桥梁设计与建造技术的提升和交通基础设施的安全运营提供了重要的理论和技术支撑。为充分展示我国车桥耦合振动理论及其应用领域的最新研究成果，引领该研究领域的发展方向，推动车桥耦合振动的理论与应用技术创新，《中国公路学报》编辑部联合湖南大学孔烜教授（我刊青年编委）、邓露教授（我刊编委）共同策划了(车桥耦合振动理论与应用新进展)专栏，并邀请东南大学蔡春声教授、长沙理工大学韩艳教授、长安大学韩万水教授（我刊编委）、西南交通大学李小珍教授、重庆大学王志鲁副教授、同济大学夏烨副教授（我刊青年编委）、北京交通大学张楠教授作为组稿专家，共同向该领域的知名专家学者约稿，出版本期(车桥耦合振动理论与应用新进展)专栏。本专栏共收到车桥耦合振动及其应用新进展相关理论、技术、方法及试验研究等论文40余篇，最终录用10篇。研究内容集中于以下3个方面：
      （1）车桥耦合振动理论研究。主要内容包括：考虑薄壁箱梁阻尼下的车-桥耦合振动解析理论、时变空间路面模型建立及其对车-桥耦合振动的影响、横风下公铁两用双层钢桁梁桥中汽车气动特性等。
      （2）车辆荷载识别与动态称重。主要内容包括：大跨桥梁车辆追踪与荷载时空分布智能识别、基于最大熵正则化的桥梁动态称重算法与试验验证、基于视觉大模型和机器学习的非接触式车辆动态称重方法等。
      （3）基于车桥耦合振动的桥梁性能研究。主要内容包括：基于过桥重载车辆动力响应的桥梁影响线识别、基于随机车流-桥梁耦合振动的板梁桥铰接缝裂缝扩展分析、改进型波形钢腹板组合箱梁桥构造细节的疲劳应力研究、考虑非平稳因素的大件车与普通车流混行中小跨径桥梁安全评估。
      在此特向专栏组稿专家、审稿专家、论文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车桥耦合振动领域的理论创新与技术进步。《中国公路学报》将持续关注该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，促进我国桥梁建设的高质量与可持续发展。由于水平及时间有限，专栏中的不足之处在所难免，恳请各位专家不吝指出。
车桥耦合振动理论与应用新进展专栏
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  考虑薄壁箱梁阻尼下的车-桥耦合振动解析理论与应用

  莫向前, 杨永斌, 史康, 高丝雨, 耿波, 袁佩, 郑植

  中国公路学报. 2024, 37(8): 1-16. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.001

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  阻尼作为桥梁的固有属性，可以显著减小桥梁的动力响应，从而提高行车的安全性和舒适性。然而，为方便求解移动车辆下的空间桥梁动力学方程，通常会忽略桥梁阻尼的影响。因此，以单轴双自由度车辆通过单箱单室空间薄壁箱梁为例，推导了考虑薄壁箱梁阻尼影响下车-桥耦合振动解析解。依据该解析解验证了利用车辆响应或轮胎-桥梁接触点响应识别桥梁扭转-弯曲耦合频率与竖向弯曲频率的可行性。此外，桥梁截面的单对称轴形式使得其质心与剪切中心不重合，导致桥梁横向与扭转运动耦合，而竖向运动相对独立。考虑桥梁双向阻尼特性，即允许为竖向运动和横向-扭转运动分配不同的阻尼比。同时，基于横截面刚性假设推导了车辆的摇摆和竖向接触响应，实现了桥梁扭转-弯曲频率和竖向频率的分离，并通过残余接触点响应技术消除了路面粗糙度的影响。研究结果表明：①通过摇摆和竖向接触响应可分别识别桥梁的前几阶扭转-弯曲耦合频率和竖向频率；②竖向和扭转-弯曲方向的阻尼比只影响自身方向频率的可见性，尤其是高阶频率；③残余接触响应技术表现出一定的鲁棒性，即在较差的路面状态下仍表现出较好的识别效果；④实际工程应用时，建议检测车以10 m·s^-1 (36 km·h^-1)的速度运行。
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  时变空间路面模型建立及其对车-桥耦合振动的影响分析

  王俊峰, 韩万水, 袁阳光, 杨干, 张浩宇, 申世豪, 卢清

  中国公路学报. 2024, 37(8): 17-31. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.002

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  路面不平度模型是车-桥耦合振动分析的重要组成部分，路面不平度的横向分布及其劣化对分析结果影响较大。鉴于现有研究中对路面劣化进程中的车辆荷载时变因素及路面横向分布特征考虑不足，本文提出了一种时变空间路面非一致激励模型建立方法，并分析其对车-桥耦合系统的影响。首先，基于交通量发展特征及典型高速公路实测数据，建立车辆荷载时变模型；然后融合路面不平度劣化及轮迹横向分布规律，建立时变空间路面模拟方法；最后以一实桥工程为例对时变空间路面模拟过程进行分析，并研究其对车-桥耦合系统响应的影响。研究结果表明：提出的时变车辆荷载模型可以较好地反映交通量及车质量分布的演变规律；随着服役时间的增长，路面位移功率谱密度不断增大，路面横向位移呈凹凸分布，与累计轴载作用次数的分布相对应，桥梁冲击系数及车体加速度均快速增长，增长速率逐渐增大。采用提出的非一致激励路面模型时，桥梁冲击系数及车体加速度对车辆加载位置的变化较为敏感，基本表现为越靠近超车道，数值越小；非一致激励路面模型的冲击系数计算结果基本介于一致激励最差路面与最好路面之间；非一致激励路面模型对车体横向加速度的影响大于竖向加速度，且对横向加速度有放大效应。研究结论可对桥梁动力性能评估及冲击系数取值的制定提供参考。
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  横风下公铁两用双层钢桁梁桥中汽车气动特性风洞试验

  何旭辉, 马清, 邹云峰, 高宿平, 梁浩博, 郭典易

  中国公路学报. 2024, 37(8): 32-42. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.003

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  为了评估车辆在大风中位于双层公铁桁架桥时的行车安全性，采用风洞测试来获取横风作用下双层公铁桁架桥和车辆的相互气动特性。以公铁两用双层桁架和双层客车为研究对象，设计并制作了1∶50几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型，公铁两用双层桥桥上共分布有6个汽车车道，桥内共计2个列车车道和4个汽车车道，中间2个为列车车道，其两侧各有2个汽车车道。通过风洞试验测试了汽车-桥组合工况下车辆表面风压分布，分析了双层桁架桥梁桥内桥面上车道横向距离对汽车气动特性的影响，并进一步分析汽车表面的风压系数分布，以探究汽车气动力系数变化机理。研究结果表明：公铁两用双层桁架梁桥中横向车道距离的改变对汽车的侧向力系数和升力系数均有较大影响，其次是偏转力矩系数和翻滚力矩系数，但对汽车阻力系数和俯仰力矩系数影响较小，且具有一定离散性；由于风-隧道效应，双层桁架桥桥内双层客车的侧力系数总是大于静止在桥面上时双层客车的侧力系数；由于双层客车的偏转力矩是侧力作用的结果，故其变化规律与侧力系数相同；侧力系数主要受迎风侧来流大小决定，桥内客车侧力系数总是大于桥上客车侧力系数；双层客车在桁架桥桥上的升力系数大于桥内升力系数。
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  大跨桥梁车辆追踪与荷载时空分布智能识别

  黄永, 徐海鹏, 闫昕, 蒋运泉, 金耀, 李惠

  中国公路学报. 2024, 37(8): 43-52. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.004

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  车辆荷载是大跨桥梁最重要的作用荷载之一，也是大部分桥梁疲劳劣化的最主要原因。但桥梁动态称重系统造价昂贵，无法在桥上分布式布置，桥梁车辆荷载分布信息的动态识别仍是挑战性难题。面向大跨桥梁结构健康监测需求，引入计算机视觉与深度学习技术，建立了一套集成化的桥梁车辆荷载时空分布智能识别系统。首先，研究基于交通监控数据和深度目标检测网络的车辆识别方法，开展车辆目标检测任务的YOLOv7深度网络训练，并通过训练后模型获取单摄像头数据中包含车辆类型与时间等信息的车辆图像；其次，引入HardNet深度特征描述符，建立图像点特征匹配方法，通过分布布置的监控视频数据设计搜索匹配策略，实现车流方向多个监控对应车辆图像数据的匹配，并对监控盲区采用线性插值估计车辆位置，得到车辆在桥梁上的时空分布信息；然后，将各方法集成，建立车辆荷载时空分布识别系统，该系统可结合动态称重数据自动输出车辆荷载时空分布信息与可视化结果，实现从监控数据到车辆荷载时空分布的一体化流程；最后，采用九江长江大桥监控数据进行应用验证。研究结果表明：该系统基于视频数据实现车辆目标识别与匹配追踪，运算耗时小于输入视频时长，对大型车辆匹配准确率达97.62%，可以快速、准确地识别车辆荷载分布信息，该系统对保障桥梁服役安全具有重要的意义，应用前景广阔。
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  基于最大熵正则化的桥梁动态称重算法与试验验证

  张龙威, 原璐琪, 邓露, 陈宁, 袁帅华

  中国公路学报. 2024, 37(8): 53-64. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.005

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  车辆超载会对桥梁结构产生不可逆的损伤，降低桥梁的使用年限，严重时可直接导致桥梁垮塌。目前获取过桥车辆轴重的主要途径为商用桥梁动态称重系统。然而，商用桥梁动态称重系统的核心算法——Moses算法通过误差函数得到的轴重识别方程为病态方程，导致在轴距较近、路面较粗糙时存在过拟合的问题，而且进行轴重识别时未区分单个车轴轴重对轴重识别结果的贡献度，导致单轴轴重识别结果精度不高。为此，提出一种基于最大熵正则化的桥梁动态称重算法。首先，引入熵正则化项和与轴重分配相关的权重系数，建立误差函数；其次，计算误差函数的梯度，并将其代入非线性共轭梯度法的迭代公式，得到每个正则化参数对应的轴重；然后，将每个正则化参数对应的轴重代入Regińska公式中计算参数ψ_v，绘制λ-ψ_v曲线，得到曲线极小值对应的轴重，该轴重即为所需轴重值；最后，通过数值仿真和实桥测试验证最大熵算法识别结果的准确性和鲁棒性。结果表明：无论是数值仿真还是实桥测试，最大熵算法的轴重识别精度都优于Moses算法；尤其对于实桥测试，最大熵算法前轴的误差均值为27.1%，远低于Moses算法的36.3%。由此说明，新算法通过引入熵正则化项和权重系数，可以在一定程度上抑制方程的过拟合，消除部分动力效应干扰的影响，提高单轴轴重识别结果的精度，可以更好地应用于实际桥梁的车辆监管。
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  基于视觉大模型和机器学习的非接触式车辆动态称重方法

  高康, 陈子达, 张皓炜, 刘松荣, 吴刚

  中国公路学报. 2024, 37(8): 65-76. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.006

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  为解决现有基于计算机视觉的车辆称重系统在泛化能力和环境适应性方面的局限，提出了一种基于视觉大模型与机器学习的非接触式动态称重方法。首先，通过视觉大模型设计了一个创新的边缘检测算法，用于精确获取轮胎变形参数;其次，基于Mask-RCNN (Mask-Region-based Convolutional Neural Networks)开发了一个包含完整轮胎字符数据库的通用识别模型，能够准确标记并提取轮胎侧壁的特征信息;进一步，采用LightGBM (Light Gradient Boosting Machine)构建了一个用于预测车辆轮胎与路面接触力的机器学习模型，并验证了其准确性、可行性和有效性。特别地，通过对SUV车辆和载重货车的测试，证明了该方法与传统动态称重系统相比，最大误差不超过5%，显示出高精度和优越性能。该研究提供了一种不需安装传感器的车辆称重技术，操作简便、成本低廉，未来在收费站、高速公路等交通工程领域有着广泛应用前景。
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  基于过桥重载车辆动力响应的桥梁影响线识别方法

  陈志为, 肖钧垚, 任伟新, 张尧

  中国公路学报. 2024, 37(8): 77-87. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.007

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  桥梁是公路交通运输网络的重要组成部分。桥梁在使用过程中会出现不同程度的损坏与老化，因此需要定期评估桥梁的健康状态以保证桥梁的安全运营。除了桥梁的模态参数之外，桥梁的影响线也是评价桥梁健康状态的重要指标，在实际工程中得到了广泛的应用。传统方法大多直接从检测车辆过桥时桥梁产生的位移或应变中提取影响线，因此需要在桥梁上布置位移或应变传感器，并在检测车辆测量时限制交通。该文研究了重载车辆与桥梁的耦合作用，利用频率调制技术推导了重载车辆过桥动力学响应的解析解，提出了基于加权多项式调频小波变换的桥梁影响线识别方法，并分别利用数值模拟与缩尺试验对该方法进行了验证。该方法利用重载车辆过桥的竖向加速度而非桥梁的动态位移来提取桥梁影响线，是一种典型的间接测量方法，具有操作简单、现场测量方便的优点。数值模拟的结果表明：得到的重载车辆与桥梁动力学响应的解析解比将重载车辆简化为移动力的经典解析解更加准确，能够更好地反映重载车辆在桥梁不同位置时车桥耦合系统频率变化的特征，利用该方法提取出的桥梁位移影响线与基准影响线吻合良好。缩尺试验的结果表明，该方法在重载车辆不同行驶速度与不同车重的情况下均能准确地识别出桥梁位移影响线。
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  基于随机车流-桥梁耦合振动的板梁桥铰接缝裂缝扩展分析方法

  战家旺, 许鑫祥, 张飞, 雷爽, 王大宝

  中国公路学报. 2024, 37(8): 88-97. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.008

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  为明确公路空心板梁桥铰接缝在随机车流荷载长期作用下的裂缝扩展情况，提出一种基于随机车流-桥梁耦合振动的铰接缝疲劳裂缝扩展分析方法：首先，基于Monte-Carlo法建立随机车流模拟模型；其次，将随机车流荷载作为外部激励，并结合车桥耦合理论，建立随机车流-桥梁耦合振动分析模型；最后，基于Paris疲劳裂缝扩展模型，开展铰接缝裂缝扩展行为分析。以一座公路空心板梁桥为分析对象，进行缝裂扩展规律探究，结果表明：空心板梁桥铰接缝裂缝在随机车流作用下的扩展形式以下缘混凝土轴拉疲劳开裂为主；实际工程中，应重点关注与行车道中心线较近的铰接缝健康状况，其次应关注距超车道与行车道的总中心线较近的铰接缝状态；铰接缝裂缝的扩展速度随车重、超载车辆数目及初始裂缝高度增加而加快。
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  改进型波形钢腹板组合箱梁桥构造细节的疲劳应力研究

  罗奎, 邵天彦, 冀伟, 孔烜, 邓露, 李捷奇

  中国公路学报. 2024, 37(8): 98-110. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.009

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  在车辆荷载作用下钢结构桥梁的关键构件会受到循环荷载作用而产生疲劳，疲劳的不断积累可能会导致构件发生疲劳损伤甚至断裂。疲劳冲击系数是车辆荷载对桥梁疲劳性能影响的重要参数，随着桥梁运营年限的增加，桥面不平整度会发生劣化，使得桥梁的疲劳冲击系数发生改变。改进型波形钢腹板组合箱梁桥(ICBGBCSW)是一种新型的桥梁结构，其构造细节的受力复杂，研究ICBGBCSW构造细节的疲劳性能至关重要。因此，考虑桥面不平整度劣化，对ICBGBCSW构造细节的疲劳应力进行了研究。首先，利用有限元模型计算静荷载作用下ICBGBCSW的静应力，以确定ICBGBCSW构造细节的疲劳应力分布规律；然后，研究了不同车速和桥面不平整度对ICBGBCSW构造细节的疲劳应力和疲劳应力冲击系数的影响；最后，基于桥面不平整度劣化模型，提出了ICBGBCSW疲劳冲击系数的设计值。结果表明：波形钢腹板(CSW)的波折处容易出现应力集中现象，且桥面不平整度劣化为差和非常差时，其应力和应力幅冲击系数超过AASHTO桥梁规范中规定的0.15；当桥面不平整度为一般且车速小于60 km·h^-1时，应力和应力幅冲击系数也超过了AASHTO桥梁规范值。研究成果可为考虑桥面不平整度劣化的ICBGBCSW疲劳应力和疲劳冲击系数分析提供参考。
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  考虑非平稳因素的大件车与普通车流混行中小跨径桥梁安全评估

  刘博, 韩万水, 赵卫华, 王涛, 刘修平, 王俊峰, 袁阳光

  中国公路学报. 2024, 37(8): 111-124. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.010

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  为满足大件运输车辆与普通车流混合通行中小跨径桥梁安全评估的紧迫需求，提出了基于分项系数模式的混行车流通行桥梁可靠度评估方法。首先，输入考虑空间相关的路面不平整度，建立混行车流-桥梁耦合振动分析系统；其次，根据WIM系统实测车流数据，综合考虑分车道荷载差异与车辆特征参数相关性模拟普通车流荷载，在极值理论框架下将非平稳车载过程离散化建立混行车流极值模型；然后，基于可靠度理论开展对评估基准期、目标可靠指标及分项系数校准问题的研究，并确定了抗力非平稳退化模型；最后，采用构建的评估方法对工程实例开展应用分析。结果表明：混行车流相比大件车单车居中过桥的结构响应增幅可达到30%以上；普通车流模拟结果中重载货车的轴重、轴距分布均匀，与实际车流的分布特征基本相符；基于历史交通量确定的Logistic函数可较好地描述交通量非平稳增长规律；单次混行车流通行桥梁的目标可靠指标受混行车流年均通行次数的影响，呈现增长放缓的趋势；基于Gamma随机过程的抗力非平稳退化模型与连续不间断的退化进程相适应；通过对实例桥梁的安全评估，经校准后的分项系数对交通量增长不敏感，抗力退化相比交通量增长对混行车流通行安全的影响更为显著，综合考虑二者非平稳因素对结构安全评估尤为重要。所建立的评估方法可为大件运输车辆与普通车流混行中小跨径桥梁的安全评估提供参考。
桥梁工程
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  悬索桥自适应锚碇基础土压力与变位离心模型试验

  梁发云, 华建, 江铸炜, 卢永成, 戴建国

  中国公路学报. 2024, 37(8): 125-134. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.011

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  以上海黄浦江某越江大桥在方案研究中提出的自适应锚碇基础为背景，针对埋置于砂土地基中的自适应锚碇基础开展了离心机模型试验，分析了主缆拉力作用下锚碇的侧土压力分布及变位规律，探讨了偏心填土对锚碇稳定性和变位的影响。研究结果表明：锚碇在主缆拉力作用下呈现绕侧面趾部的旋转变位模式，靠近锚拉点一侧受主动土压力作用，远离锚拉点一侧受被动土压力作用，两侧的土压力差能够提供一定的水平抗力。锚碇基础承受主缆拉力作用时，其主要的变位模式为转动变位，刚性水平变位对锚碇整体变位的贡献较小；偏心填土显著减小了锚碇的水平变位，有利于提高锚碇抗倾覆稳定性与变位控制。研究结论对于自适应锚碇基础的理论分析和工程设计具有参考价值。
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  Rayleigh波对跨V形河谷拱桥地震反应的影响

  罗超, 盛川, 宛俊舟, 许春荣, 郭慧乾, 王昊

  中国公路学报. 2024, 37(8): 135-146. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.012

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  为了研究Rayleigh波输入对跨越河谷拱桥地震反应的影响，以某跨越V形河谷拱桥为例，开展了Rayleigh波在V形河谷地形中传播时引起的河谷两岸的非一致激励对桥梁结构地震响应影响的研究。以SV波输入作为参考，对比了Rayleigh波和SV波作用下的河谷场地地面运动的分布特征、拱脚处地震动输入、桥梁结构内力分布规律和桥梁结构关键部位地震响应。研究结果表明：相较于SV波，Rayleigh波入射时河谷场地的地震动峰值加速度PGA分布呈现出入射一侧放大和出射一侧减小的特点，具有显著的非一致特性；在桥梁结构内力反应方面，Rayleigh波入射时的主拱圈的轴力、弯矩和剪力均显著大于SV波入射时的情况，其中轴力和弯矩的最大放大倍数在1.8倍以上，同时2种波入射时桥梁结构的轴力和弯矩在拱圈上的分布规律也有显著区别；在桥梁结构关键部位的地震反应方面，Rayleigh波入射时主要激发绕横桥向转动的振型，而SV波输入时主要激发纵桥向的振型；Rayleigh波输入时高阶振型放大系数最大，考虑到高阶振型频率对应的反应谱值更大，会出现结构反应由高阶振型起控制作用的情况。在地震动输入时考虑Rayleigh波对桥梁结构地震反应有显著的影响，在工程设计中应予以重视。
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  模块式三维加筋土桥台变形特性载荷试验

  朱晨, 蔡晓光, 李雨润, 李思汉, 黄鑫, 冯加煜

  中国公路学报. 2024, 37(8): 147-157. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.013

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  三维加筋土桥台因前墙宽度有限，上部荷载作用下前墙与翼墙均会发生变形，仅在平面应变条件下讨论其变形特性显然与实际工程情况不符。为此，以实际桥台为原形，开展大比例尺载荷模型试验，研究三维条件下加筋土桥台顶部沉降、面板水平位移、土体水平位移和筋材应变规律，并将试验结果与现有计算方法结果进行对比分析。结果表明：顶部沉降值随荷载增加而近似线性增大，最大沉降发生在桥座处；桥台在使用极限状态(100 kPa荷载)下的沉降值小于1%H(H为桥台下部结构高度)，联邦公路管理局规范中使用极限承载力设计相对保守；桥台前、翼墙的最大面板水平位移均出现在桥台中上部，变形规律基本一致；考虑三维效应的变形修正方法计算结果与实测结果具有较好的一致性；顺桥向筋材应变最大值为1.31%(600 kPa下)，潜在破裂面为双折线形；横桥向筋材最大应变都发生在桥座下，在同一高度下整体沿横桥向呈现中间大并向两侧衰减的变化特征；实测筋材拉力最大值与刚度法计算值具有很好的一致性。
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  矩形钢管混凝土柱-软钢板组合高墩的抗侧刚度

  蔡哲罕, 卓卫东, 王志坚, 黄新艺, 刘秋江

  中国公路学报. 2024, 37(8): 158-169. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.014

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  抗侧刚度是高墩设计中需要关注的构件基本性能之一。通过4个试件的低周往复水平荷载试验，初步研究了轴压比和软钢板相对高厚比对新型可更换部件的矩形钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩抗侧刚度的影响。试验结果表明：在弹性阶段，新型组合高墩试件具有较大的初始抗侧刚度，可满足高墩对墩顶位移量的控制要求；软钢板发生弹塑性屈曲后，试件的抗侧刚度下降32%~53%。利用试验结果对新型组合高墩有限元模型进行验证，以验证后的有限元模型为基础进行参数拓展分析，探讨影响新型组合高墩抗侧刚度的关键因素。参数分析结果表明：轴压比、软钢板相对高厚比及其屈服强度对高墩的初始弹性抗侧刚度几乎没有影响；软钢板发生弹塑性屈曲后的高墩抗侧刚度与软钢板相对高厚比密切相关，当软钢板相对高厚比由200降至100时，屈曲抗侧刚度和最小抗侧刚度分别增加37%和48%。将新型组合高墩简化为由软钢板连接的多肢钢管混凝土柱，分别推导建立了适用于新型组合高墩初始弹性抗侧刚度和屈曲抗侧刚度的实用计算公式，理论计算结果与试验结果和有限元计算结果吻合良好；当软钢板属于中厚板或厚板时，后者计算公式可用于估算大震后新型组合高墩的抗侧刚度。
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  短线预制悬拼连续梁施工误差实桥试验及安装线形分析

  刘红平, 邢江, 陈浩, 程高, 周浩, 刘江

  中国公路学报. 2024, 37(8): 170-178. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.015

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  短线法节段预制悬拼连续梁安装线形偏差源于节段制造尺寸、质量、安装时机、温度、接缝宽度、预应力等施工误差，设置接缝垫片来纠偏安装线形易产生接缝不密实、渗水、预应力损失、整体刚度削弱等问题，但目前尚无其他有效纠偏方式。为探明短线法节段梁施工偏差及其对大跨连续梁悬拼安装线形的影响规律，依托某短线法节段预制拼装大跨连续梁桥，基于三维点云数据进行节段的虚拟拼装及线形控制，开展梁段质量、温度、胶接缝宽度等实桥测试和悬拼线形监测，分析施工偏差变化特征并基于有限元模型揭示主梁安装线形受施工偏差的影响规律，提出安装线形纠偏策略与方法。实桥试验及有限元分析结果表明：短线法预制连续梁节段质量偏差介于-6%~6%，而悬臂梁边中跨总质量偏差约4.5 t，仅为单个节段质量的1/10。以连续梁最大悬臂状态恒载产生最大挠度为基准值，可得到因节段制作尺寸、温度、胶接缝宽、存梁时间、节段质量及预应力等施工误差产生的下挠值分别为259.2%、108.9%、81.8%、20.5%、9.0%和7.5%。节段制造尺寸是引起安装线形偏差的关键，间接影响节段质量、胶接缝宽度，首节段尺寸偏差对安装线形的影响最大。节段制作尺寸若不及时纠偏，可产生最大83 mm的高程偏差。提出的节段预制逆作法和安装线形“两级纠偏”方法为大跨变截面连续梁安装线形控制提供参考。
隧道工程
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  节段预制拼装综合管廊承插式接头抗弯性能研究

  凌同华, 余彬, 谷淡平, 谭嘉诺, 肖健

  中国公路学报. 2024, 37(8): 179-190. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.016

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  抗弯刚度是表征接头抗弯性能的重要力学参数，为给预制拼装综合管廊承插式接头抗弯设计提供理论依据，开展了等尺寸承插式接头抗弯力学性能试验，研究了弯矩作用下接头应变、挠度、张开高度、底部张开量、转角等参数变化规律及破坏特征，并计算接头抗弯刚度。建立了预制拼装综合管廊承插式接头抗弯力学模型，推导了接头抗弯刚度计算解析表达式，并采用有限元软件ABAQUS建立了接头抗弯数值模型，对比分析了3种方法计算得到的接头张开距离、张开高度和转角随弯矩的变化规律，以验证接头力学模型与数值模型的正确性。结果表明：接头抗弯刚度计算解析公式及有限元数值模型计算得到的接头张开高度、接头转角和底部张开距离随弯矩变化规律均与试验结果基本相同，三者结果吻合良好，验证了接头力学模型与数值模型的正确性；预制拼装综合管廊承插式接头受弯变形可分为3个阶段(全截面受压阶段、弹性阶段及极限承载阶段)；接头屈服弯矩约为极限弯矩的83%，接头屈服张开距离与转角约为极限状态的1/3；弹性阶段抗弯刚度为40 000 kN·m·rad^-1，极限承载阶段抗弯刚度为5 461 kN·m·rad^-1；弯矩作用下承插式接头顶部外侧和承口端底部受压开裂破坏，插口端顶角出现混凝土剥落导致接头破坏。研究结果可为预制拼装综合管廊承插式接头抗弯性能安全评价与设计提供科学依据。
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  隧道围岩块体垮塌声发射与自振频率演化特征试验

  胡杰, 张延欢, 吴威涛, 刘洪亮, 贺鹏, 潘浩岚, 徐一帆

  中国公路学报. 2024, 37(8): 191-203. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.017

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  隧道围岩垮塌灾害防控技术对隧道安全建设具有重要意义,监测预警技术是隧道灾害主动防控的重要手段。针对传统位移、应力等监测指标对隧道围岩突发块体灾害难以有效响应的难题,从块体垮塌灾变机制出发,分析灾变过程的声发射和自振频率演化规律。首先基于理论推导,从简化二维应力状态的角度对块体失稳过程进行简化分析,建立了隧道围岩块体振动模型,分析了不同失稳模式下规则方形块体自振频率与应力、接触面积、摩擦力等要素的对应关系。同时基于自研的新型块体垮塌过程模拟试验系统,设计开展了室内块体失稳大尺度物理模拟试验,研究了应力状态、接触面积等因素对块体失稳过程自振频率的影响,进一步研究了块体失稳过程滑移面摩擦声发射信号的演化规律。研究成果表明：滑动型块体自振频率随着侧压力的增加而增大,当侧压力由0.1 MPa增加至0.5 MPa和1 MPa时,自振频率分别增加了16.18 Hz和25.79 Hz。接触面积减小,自振频率随之减小,块体自振频率可以有效反映滑动面对关键块体的约束作用；岩块滑动过程声发射主频分布带宽相对较小,但集中分布的频段较多,绝大部分声发射信号集中于0、20、40、50、150 kHz频带附近,与侧压力大小无关。该研究成果可为隧道围岩块体垮塌灾害的“声-振”联合监测预警方法提供必要的理论支撑。
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  隧道爆破炮孔堵塞结构运动规律与长度优化研究

  叶志伟, 陈明, 杨建华, 姚池, 张小波, 周创兵

  中国公路学报. 2024, 37(8): 204-215. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.018

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  合理确定炮孔堵塞长度对提升爆破破碎效果及控制爆破有害效应具有十分重要的意义。针对隧道爆破堵塞结构的运动规律与长度优化，基于一维轴向运动模型，对炮孔堵塞结构进行了受力分析，考虑了炮孔扩腔膨胀、岩体裂隙扩展及堵塞结构运动对爆生气体压力的影响，优化了爆炸荷载的计算方法，同时还考虑了堵塞结构冲击压缩对滑动摩擦阻力的影响，揭示了附加滑动摩擦阻力的产生机制，建立了用于计算堵塞结构宏观运动过程的“分时分段”计算模型，揭示了堵塞结构滑动摩擦阻力自底部至顶部递减的分布规律，分析了岩体类型、装药结构及堵塞长度对堵塞结构运动规律的影响，提出了允许堵塞结构部分冲出炮孔的“运移式”优化原则，并基于此计算了隧道爆破不同岩体工况下掏槽孔、崩落孔及周边孔的最优堵塞长度。结果表明：堵塞结构运动过程并不是固定不变的，岩体类型、装药结构及堵塞长度均会对其产生显著影响；隧道爆破常见工况下炮孔最优堵塞长度范围为0.3~0.6 m，对于等级为Ⅰ或Ⅱ类的较好岩体，取0.5~0.6 m，对于等级为Ⅲ类的中等岩体，取0.4~0.5 m，对于等级为Ⅳ或Ⅴ类的较差岩体，取0.3~0.4 m；对于较好岩体，掏槽孔与崩落孔的最优堵塞长度相等，且均大于周边孔；对于中等岩体和较差岩体，掏槽孔和周边孔的最优堵塞长度相等，且均小于崩落孔。最后通过工程案例分析验证了结果的可靠性。
交通工程
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  基于脑电信号的不良驾驶状态识别研究综述

  任立海, 聂珍龙, 于潇, 陈可欣, 蒋成约

  中国公路学报. 2024, 37(8): 216-230. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.019

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  驾驶人是“人-车-路-环境”交通系统的重要环节之一，驾驶人状态与自身的驾驶行为密切相关。脑电信号(Electroencephalogram, EEG)作为驾驶人大脑活动的直接体现，能够有效地表征驾驶人当前时刻的驾驶状态。基于现有文献研究成果，阐述了EEG与驾驶人分心、疲劳及情绪等不良驾驶状态之间的内在关联，并对EEG研究中涉及的试验环境、数据处理及分析方法进行重点归纳总结。结果表明：大部分研究的本质可解释为不同驾驶人状态与EEG之间的定性与定量关系研究，通过志愿者模拟驾驶等方法收集EEG相关数据，利用线性或非线性等分析方法提取EEG特征值，以数学模型或神经网络模型对驾驶人的状态进行识别。进一步地，为提高状态识别模型的准确率，基于EEG的多源信息融合方法在不良驾驶状态等场景中的研究逐步增多，基于EEG在驾驶状态识别系统中的运用也逐步走向市场化。由此表明，目前基于EEG的驾驶人识别算法具有良好的安全应用潜力及前景，但在EEG特征提取、实时处理、不同驾驶人状态识别精度等方面仍具有较大改进空间。
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  基于半监督学习的驾驶路怒情绪低侵入度分级辨识方法

  柴晨, 冯蕊

  中国公路学报. 2024, 37(8): 231-247. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.020

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  为实时监控驾驶过程中的路怒情绪，及时进行有效的干预和调整，提出一种准确高效的驾驶路怒情绪分级辨识方法。基于侵入度较低的驾驶行为及语音特征展开，并采用半监督学习方法建立模型，以减少对数据标签的依赖，提高小样本低标注条件下路怒辨识的准确性。通过开展由30人参与的高仿真驾驶模拟试验采集驾驶数据，利用滑动时间窗截取路怒事件后，提取特征形成路怒驾驶数据集。在此基础上，将半监督学习(Semi-supervised Learning, SSL)的伪标签融合于梯度提升机算法(Gradient Boosting Machine, GBM)建立SSL-GBM模型，充分发掘数据内部信息以降低对人工标注的依赖，并在自动机器学习框架中自动化完成数据处理、特征工程、模型搜索、参数优化等流程，从而实现驾驶路怒水平的分类判别。研究结果表明：路怒驾驶情绪辨识模型在预测路怒5级评分中，准确率能够达到90.3%，相较于已有模型中表现最好者提高了3.7%；特别对于2~5级路怒的识别准确度均有2.5%以上的提升，检测失效的比例大幅降低。在驾驶全程路怒水平的预测中，模型表现出应用于实时路怒检测的优秀表征能力和泛化性能，由此验证了方法的有效性和合理性。研究结果可为驾驶辅助系统提升危险驾驶监测能力提供技术支撑，在路怒驾驶状态判别方面具有重要的实际应用价值。
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  自动驾驶测试公共服务平台构建技术及应用

  孙剑, 黄, 田野, 余荣杰, 赵晓聪

  中国公路学报. 2024, 37(8): 248-258. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.021

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  自动驾驶是众多国家战略及政产学研各界关注的聚焦点，科学的测试与评价是推动自动驾驶技术进步的重要基础和核心保障。在自动驾驶科研实践中，存在不同研发主体间算法效果难共识、测试场景覆盖度低、测试工具门槛高、测试迭代速度慢、测评标准不统一等共性问题，催生出自动驾驶在线测试公共服务平台的研发需求。为此提出了具备“测试场景高覆盖、测试部署轻量化、测试过程加速快、测评标准统一化”典型特征的自动驾驶测试公共服务平台(OnSite)的建设技术框架；为进一步应对基于场景的自动驾驶测试方法论的新型研究需求，创新性地提出了场景自动泛化生成、关键场景加速测试、被测物与背景车流双向交互测试等平台特色功能。通过分析依托OnSite平台举办的比赛测评结果，讨论了自动驾驶决策规划算法研发中的薄弱点以及对基础研究的启示。最后提出了分别以“规控测评-全栈测评-虚实融合测评-协同驾驶测评-算测一体”为典型特征的五阶段建设计划。OnSite平台建设为自动驾驶测试提供了“泛在”服务，将加速理论成果从“书架”走向“货架”，打通从理论到实践应用的成果转化瓶颈。
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  疏港道路交叉口客货分道信号控制优化方法

  高云峰, 罗昊涵, 石伟宏, 张浩, 孙科

  中国公路学报. 2024, 37(8): 259-274. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.022

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  在疏港道路，常以大型集疏运货车作为主要交通流。由于货车具有总重大、速度低、视野盲区大等特点，会降低交叉口的运行效率，并带来较大的安全隐患。为提高交叉口的安全性和通行效率，设计了交叉口的客货分道布局方案与精细的相位方案，以左转直行冲突量与客货车车均延误为目标建立非线性整数规划模型，并设计相应的遗传算法求解。在建模时，为了充分体现车种的影响，以veh·h^-1作为客货车流量的单位。选取上海自贸试验区临港新片区内的同顺大道与康翔路交叉口作为研究对象，将现状方案与优化后的客货混行方案、客货分道方案进行对比。计算结果表明：客货分道方案既有效减少了左转直行冲突，又兼顾优化了延误，相比于未优化的初始客货混行方案，左转直行冲突量减少了5.14 次·h^-1，客车延误降低了27.5 s，货车延误降低了29.6 s。进一步研究了左转直行冲突量、客车延误与货车延误3个指标的权重取值对所设计的客货分道方案的影响，发现当冲突量权重取值在区间[0.2,0.4]，且客货延误权重之比为2∶5时，客货分道方案的表现较优。另外研究了不同客货比例对优化结果的影响，发现随着货车比例的提高，左转直行冲突量不断下降，且客货车均延误先增加后趋于平稳。所建立的方法可以有效提高疏港道路交叉口的通行效率与安全性，并做到二者的平衡。
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  公路交叉口照明距离与照度-车速协同优化

  李洪涛, 王琳虹

  中国公路学报. 2024, 37(8): 275-288. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.023

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  视线不良是公路交叉口夜间事故多发的重要因素。利用能够感知交通信息并自动调节亮度的智慧路灯改善交叉口支路的照明条件，能够实现以较低的电力消耗提高交叉口夜间安全水平，其中支路照明距离与照度-车速方案的协同优化十分重要。为将驾驶人视觉搜索能力维持在合理水平，研究了照明和车速的协同作用对驾驶人视觉搜索范围的影响，并以视觉搜索范围为约束优化支路照明距离与照明-车速之间的协同方案，以满足驾驶人视认性的需求。首先建立基于视点坐标在空间中透视映射理论的驾驶人视觉搜索范围计算方法。然后利用模拟驾驶平台搭建6种车速和4种照度的双因素耦合场景，以机动车与双侧支路随机出现行人和自行车之间的冲突作为冲突事件，利用眼动仪采集驾驶人在不同场景下的视点坐标，用于计算车辆驶入交叉口时驾驶人的视觉搜索范围。最后构建了基于多元高斯过程回归的视觉搜索范围与照度和车速的关系模型，并结合交叉口照度与车速之间匹配方案计算了不同车速下的支路最小照明距离。结果表明：当照度低于临界值时，驾驶人的视觉搜索范围不会随照度的提升发生显著变化，具体而言，对于车速低于50、60 km·h^-1和高于70 km·h^-1三种情况，对应的照度临界值分别为12、24、36 lx。此外，30、40、50、60、70 km·h^-1车速对应交叉口支路的最小照明距离分别为27.59、29.91、32.71、35.74、38.68 m。因此，当检测到交叉口进口车道内车速增加时，需要在提高支路照度的同时增加支路照明距离，以留给驾驶人足够的视觉搜索空间及时发现支路出现的冲突事件。
汽车工程
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  基于MILS-MIUKF算法的锂离子电池宽温度全寿命荷电状态估计

  夏雪磊, 杨博, 赵志刚, 刘昱, 申江卫, 肖仁鑫, 陈峥

  中国公路学报. 2024, 37(8): 289-301. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.024

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  精确估算锂离子电池的荷电状态(State of Charge, SOC)对于克服电动汽车发展的限制并促进其更广泛的商业应用非常关键。针对宽温度全服役周期内动力电池内部状态难以精确估计的难题，提出一种融合多新息最小二乘法和多新息无迹卡尔曼滤波(Multi Innovation Least Squares Method-Multiple Innovation Unscented Kalman Filter, MILS-MIUKF)的锂离子电池SOC估算方法，实现了在全寿命周期内宽温度条件下锂离子电池SOC的精确估计。首先，采用二阶RC等效电路作为模型基础，利用多新息理论对传统最小二乘法进行改进，实现了动力电池内部状态的实时监测和模型参数的在线辨识，并且与传统最小二乘法辨识结果进行对比；然后，为了解决传统无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman Filter, UKF)对历史数据利用率低导致估算精度低的问题，在UKF框架内融入了多新息理论，提出了多新息UKF的锂离子电池SOC估算方法；最后，基于HPPC和UDDS两种典型的电池测试工况，进行了不同温度、不同老化状态下的试验验证，并与扩展卡尔曼滤波和UKF算法进行对比。结果表明：所提出的MILS-MIUKF方法能够有效改善最小二乘法和UKF对历史数据利用率低的缺点，并且在宽温度全寿命条件下能够准确反映动力电池内部状态和准确估算电池SOC，最大电压误差不超过60 mV，SOC估计误差控制在2%范围内，证明了所提算法的有效性。
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  交通碰撞场景下电动两轮车轨迹预测的轻量级建模方法

  韩勇, 李燕婷, 潘迪, 吴贺, 苏亮

  中国公路学报. 2024, 37(8): 302-310. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2024.08.025

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  针对交通碰撞场景下电动两轮车轨迹预测速度慢导致车辆无法快速预测未来碰撞风险的问题，提出一种电动两轮车运动轨迹预测轻量化模型(Tiny Trajectory Prediction, TP-tiny)的建模方法。首先，构建了基于无锚框方法的检测模型(Vehicle and Electric Two-wheelers Detection, VEDet)，解决了由于电动两轮车对骑车人遮挡导致的误检漏检问题。同时构建了轻量化跟踪网络(Mobile Simple Online and Realtime Tracking, MobileSort)，并采用分组卷积代替传统卷积重新排序卷积层的通道。另外使用Arcface (Additive Angular Margin Loss)为跟踪模型的损失函数，提高了模型在交通碰撞场景下对目标物重识别的能力。其次，使用变分自编码模块学习数据隐变量空间的概率分布潜在属性，并构建新的元素实现对历史轨迹隐数据的降噪处理。采用V-GAN (Generative Adversarial Network with Variational Auto-encoder)预测模块实现电动两轮车未来轨迹预测及图像可视化。最后，基于TRAF (Dense and Heterogeneous Urban Traffic Dataset)和VRU-TRAVi (Vulnerable Road Users Traffic Accident Database with Video)数据集分别验证了TP-tiny模型的预测性能和运行速度。研究结果表明：VEDet模型大小为2.1 MB，分别为Yolov4-tiny、Yolov5s及CornerNet基准模型的1/6、1/7和1/4，检测速度约为上述基准模型的7.8倍、5.5倍和1.3倍；MobileSort (8.6 MB)模型大小(检测速度)分别为DeepSort、MOTDT的1/10(2.25倍)和1/2(2.13倍)；TP-tiny模型大小为14.3 MB，运行速度约为Social-GAN、GCN的5.46倍和3.7倍。在未来3 s的预测时域中，TP-tiny模型在保证电动两轮车轨迹预测精度的前提下，进一步提高了预测速度，证明了模型的有效性。