公路交通科技

2019年, 第36卷, 第4期　刊出日期：2019-04-05
  

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    道路工程
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    基于多板协同受力的前嫩公路水泥混凝土路面应力有限元分析
    高伟, 李秀凤, 崔巍
    2019, 36(4): 1-7,14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.001
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    公路水泥混凝土路面板的侧面存在着三边约束、四边约束等多板协同受力情况，为此采用有接缝水泥混凝土路面三维有限元分析程序EverFE构建9块板的有限元验算模型，对前嫩（前锋农场-嫩江）公路嫩江支线一级公路水泥混凝土路面进行多板协同受力条件下的应力分析。结果表明：在多板协同受力时，面层板的最大弯拉应力与协同受力作用的强弱有关。当横缝设置传力杆后，板块之间的协同受力作用增强，横缝中部加载时，最大弯拉应力下降；纵向自由边中部加载时，最大弯拉应力有小幅度增长，验算条件下其增长幅度为1.3%以下。负温度梯度下，最大弯拉应力出现在面层板的表面，小于正温度梯度时的弯拉应力，同时其发生位置与正温度梯度情况不同，在加载板的荷载位置、面层板的中部都可能出现，且可能同时出现在多块板上；协同受力作用越强，其表现愈明显。板中加载时，协同受力强弱对面层板最大弯拉应力的影响较小。在零温度梯度情况下，基层刚度的下降将导致面层板最大弯拉应力的增大，此规律不受板块之间协同受力强弱的影响；非零温度梯度情况下，适当降低基层刚度对减小面层板的最大弯拉应力有利，且正、负温度梯度下的情况均相同。
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    乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能评价及技术要求
    王杰, 秦永春, 刘然, 方文达, 崔洪海
    2019, 36(4): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.002
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    针对我国现有规范关于乳化沥青冷再生混合料初期强度评价的空白，选取磨耗试验作为评价方法，用对比试验确定了试验的关键参数，包括成型方式、养生温度、养生相对湿度以及养生时间；分析了不同乳化剂种类、乳化剂剂量、乳化沥青用量、水泥剂量和矿料级配对乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能的影响，据此提出相应的技术要求；利用方差分析法，分析了不同影响因素的显著性。结果表明：提出的磨耗试验简单、可靠，可用于评价乳化沥青冷再生混合料的初期抗磨耗性能；马歇尔击实法或旋转压实法均可作为磨耗试验试件成型方式，推荐采用大型马歇尔击实法（双面各击实75次）作为标准成型方式；养生条件对乳化沥青冷再生混合料磨耗损失影响较大，随温度的升高或养生时间的延长，磨耗损失均逐渐减小，随相对湿度的增加，磨耗损失逐渐增大；结合我国国情，拟定磨耗试验试件标准养生温度为25℃，养生相对湿度为70%，养生时间为4 h。以磨耗损失不大于3.5%为控制指标，可作为优化乳化沥青冷再生混合料配合比设计的依据；影响乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能的各因素依次为水泥剂量 > 乳化剂种类 > 矿料级配 > 乳化沥青用量 > 乳化剂剂量，水泥剂量、乳化剂种类和矿料级配对冷再生混合料初期强度影响显著。
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    基于实体单元的弯沉盆面积指数法改进
    程国勇, 王肖江, 廖梦羽
    2019, 36(4): 15-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.003
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    由于传感器的布置方式与采用数量的多样性导致了国内外弯沉盆面积指数法存在多种计算形式，目前民航规范对这些分析公式并没有具体的适用性及可靠性描述。为反映机场道面板实际变形情况，基于弹性地基板理论采用实体单元的有限元分析结果为依据，通过120种工况对比分析了国内外常见的5种弯沉盆面积指数法的分析误差，分析结果表明：采用远端传感器构造弯沉盆面积指数的国外两种方法（USFA、SHRP 5-outer）分析误差较小，其分析误差范围分别为1.01%~31.48%，15.05%~31.09%；采用近端传感器构造弯沉盆面积指数的国外两种方法（SHRP 4-in、SHRP 7-in）分析误差较大，其分析误差范围分别为-56.14%~-10.27%，23.56%~104.71%，中国民航规范公式最为精确，其分析误差范围为-22.99%~31.51%。通过分析各方法传感器布置形式与数量，结合105种工况下的有限元分析进行数值拟合，构造出了精确的回归公式，最终提出采用6远端传感器方案的弯沉盆面积指数法。对比5种国际方法，新公式在数值模拟中精确度更高，在实际评估应用中更准确安全。通过有限元分析新公式误差可限制在-25.51%~0.15%，对于厚度为20~45 cm的道面板适用性较好。
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    非均质与各向异性临坡地基承载力上限计算
    侯超群, 章哲一, 孙志彬, 邓欣
    2019, 36(4): 21-27,35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.004
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    为探究土体非均质与各向异性对临坡地基承载力的影响，运用极限分析上限方法，结合单侧临坡条形基础地基破坏模式，引入土体内摩擦角、黏聚力、基础与边坡坡顶距离等参数，分析临坡地基极限承载力的变化趋势。首先，根据极限分析上限理论，建立破坏模式的机动许可速度场，考虑非均质与各向异性原理，在计算中导入非均质系数与各项异性系数，得到机构各部分内能耗散计算公式，推导出地基承载力系数Nc的计算表达式。在此基础上，设定机构所需满足的约束条件并导入用Matlab软件编制的优化程序，程序考虑了非均质与各向异性对地基破坏面位置及形状的影响，最终得到地基承载力最小上限解所对应的非均质与各向异性下地基承载力系数N'c。结果表明，计算数据与现有成果具有较好的一致性，揭示了非均质与各向异性对临坡地基承载力系数N'c的作用规律。当非均质系数η增大时，N'c随之增大；当各向异性系数k增大时，N'c随之减小，且减小幅度趋缓，有效地弥补在临坡地基承载力中土体非均质与各向异性研究领域的不足。当破坏模式转化为水平地基形式时，所得结果与其他方法计算结果很好吻合，证明了此方法解决水平地基问题的可行性。
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    路基宽度对多年冻土区透壁式通风管-块石复合路基降温效应的影响
    李越, 孙红, 葛修润, 朱东鹏, 陈建兵
    2019, 36(4): 28-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.005
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    多年冻土区公路路基大多属高温冻土、极易受工程的影响产生融化下沉，多年冻土区宽幅公路聚热效应尤明显，路基宽度的增加会导致路基病害加重，路基稳定性问题已成为青藏道路工程建设亟待解决的关键问题。透壁式通风管-块石复合路基是一种主动降温措施。为研究其在宽幅公路的冷却效果及路基宽度的变化对路基降温效应的影响，基于块石层和通风管中空气的流速场和多孔介质传热的温度场的特征，采用两相物理场耦合关系，在考虑全球气候变暖以及路基两侧阴阳坡的条件下对宽幅公路透壁式通风管-块石复合路基的温度场进行数值模拟，分析路基施工后10年间的降温效应。研究结果表明：相较于素土路基，透壁式通风管-块石复合路基在路基下侧形成稳定冰核，对宽幅公路的冷却效果更为显著，宽度对路基的风速场和温度场影响明显。路基宽度增大，透壁式通风管风速减小，块石层风速增加，冰核面积及其下移深度增长速率变小，路基稳定时间加长，透壁式通风管-块石复合路基的降温效应逐渐减弱。当路基宽度大于32 m时，块石层风速增长速率明显放缓，低温区域面积增长速率及边缘深度下移增长速率下降，路基稳定时间延长，零温线上升高度减小。
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    基于改进关键链法的高速公路建设项目进度管理
    孙月峰, 许明昊, 张表志, 张小永, 蒋民阳
    2019, 36(4): 36-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.006
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    高速公路建设项目进度管理一直是施工单位和政府主管部门面临的主要问题之一。结合高速公路建设项目进度管理中存在的资源受限度高、工序约束度大、施工团队不确定因素多等特点，对关键链技术进行改进，提出了一种基于多资源受限度、工序约束度和团队胜任力的关键链缓冲区大小计算方法。综合考虑资源多样性和资源紧张程度，计算多资源受限度；充分考虑工序在运行过程中的约束程度，基于各工序的位置系数和紧前工序数，提出了工序约束度的计算方法；引入结构方程模型对团队胜任力的影响因素进行定量分析。充分考虑团队胜任力中各潜变量与观测指标间的因果关系，采用形成性和反映性混合的观察指标作为测量模型，确定了团队胜任力系数。选取某高速公路建设项目进行实例分析，将所提方法与3种常规的缓冲区计算方法进行了对比分析。结果表明：改进的关键链法所计算的工期比原计划工期1 056 d减少了350 d，有效地缩短了计划工期。所提方法与常规方法相比在确定项目工期大小、项目工期的合理性方面都有其优越性，验证了所提方法的可行性和实用性。该方法能够有效地解决高速公路建设项目中出现的资源冲突、进度管理困难等问题，对高速公路建设项目的进度管理具有重要的借鉴意义。
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    高速公路停车视距可靠性设计
    张航, 张肖磊, 吕能超
    2019, 36(4): 44-49,87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.007
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    针对高速公路的停车视距进行研究，在现行规范《公路路线设计规范》计算停车视距的基础上，考虑汽车实际的制动过程，将制动过程分为4个阶段：驾驶员的感觉反应阶段、制动系统的间隙消除阶段、制动力上升阶段以及完全制动阶段，改进停车视距计算模型；并引入可靠度理论，基于该模型构建视距可靠度功能函数，对"驾驶员反应时间、汽车运行速度、路面摩擦系数等"随机变量的随机性及其分布规律进行分析。采用一次二阶矩方法讨论现行规范的停车视距设计取值的安全可靠性，提出采用失效概率来描述行车视距的安全可靠性。根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》，为满足高速公路对应安全等级的可靠度要求，计算在120，100，80 km/h共3种设计速度下的停车视距值，并结合实例验证计算结果具有较高安全性。研究结果表明：引入可靠度理论经改进后计算模型计算的停车视距值大于现行规范值，其安全可靠度也明显高于规范值，120，100，80 km/h速度下停车视距失效概率分别降低22.32%，13.2%，18.9%；视距失效概率较大，表明视距设计不足，易引发交通事故，推行基于可靠度理论计算得到的停车视距值进行高速公路设计，可提高道路安全性。
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    高强钢筋与高体积率微钢丝钢纤维混凝土黏结性能试验研究
    何小兵, 易铸, 申强
    2019, 36(4): 50-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.008
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    为提升混凝土与钢筋之间的黏结性能，充分发挥高强钢筋的强度特性，选用直径0.2 mm的镀铜微钢丝钢纤维制备一种纤维体积掺量高达6%，工作性和强度兼备的高体积率微钢丝钢纤维混凝土，研究其与高强钢筋的黏结性能。参考已有的钢筋-混凝土黏结性试验规程相关建议，设计了高强钢筋-混凝土中心拉拔试验，分别研究高强钢筋与高体积率微钢丝钢纤维混凝土和普通混凝土对比组的黏结破坏过程，获得其典型破坏模式、加载端荷载位移曲线和极限黏结强度，进而得到加载端荷载-位移关系模型，并采用数值模拟方法对试验结果进行验证。试验结果表明，高强钢筋-高体积率微钢丝钢纤维混凝土拉拔试件破坏模式由普通混凝土对比组的混凝土劈拉破坏转变为高强钢筋的受拉屈服破坏，黏结强度较普通混凝土对比组试件提高125.5%以上，充分发挥了高强钢筋的强度特性，黏结性能显著改善，数值分析与试验结果较吻合。
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    装配式混合连接钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究
    韩普各, 赵伟, 陆森强
    2019, 36(4): 58-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.009
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    为了实现小跨径钢-混凝土组合梁桥的快速装配化，在传统装配式钢-混凝土组合梁中引入胶结连接件。为了研究小跨径装配式混合连接钢-混凝土组合梁的力学性能及连接可靠性，设计并制作了2榀10 m跨径组合梁足尺试件，并进行了抗弯性能静力试验。通过对组合梁整体及界面的破坏模式观察，及加载过程中试件的承载力、下挠程度、界面滑移与应变值的测定，得到了荷载-挠度曲线、荷载-界面滑移曲线、应变沿截面高度分布曲线，分析了试件的抗弯承载力、刚度、界面滑移性能和平截面假定的符合性。结果表明，装配式混合连接组合梁具有较好的塑性变形能力，其刚度和强度均满足规范要求，具有较高的安全储备；钢梁与混凝土板连接界面的滑移很小，计算时可不考虑连接界面的滑移影响；在3倍工作荷载内跨中和1/4跨的截面应变符合平截面假定。最后，结合钢-混凝土组合桥梁设计规范（GB 50917-2013）与国外相关文献中的公式，给出了该装配式混合连接组合梁的抗弯承载力计算方法，并通过理论计算与试验结果的对比，验证了该计算方法的合理性。
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    基于索梁组合结构的悬索桥锚跨段索力修正算法
    范剑锋, 刘涛, 彭自强, 刘争
    2019, 36(4): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.010
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    在悬索桥锚跨段索力测试中，传统的振弦法将锚跨段索振动看作为理想弦振动，忽略了锚跨段拉杆的抗弯刚度，带来了较大的索力测量计算结果误差。为了求解更加精确的锚跨段索力值，保证悬索桥主缆索力监控的精确性、成桥阶段主缆线型的准确性和吊索索力的均匀分布，通过分析索梁组合结构模型，建立了锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合力学模型，运用主缆振动频率的索力计算方法，运用Hamilton变分原理推导提出悬索桥锚跨段，锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合结构的索力修正算法。分析了锚跨拉杆与索连接处的边界条件问题，保持索梁连接处为铰接状态，不改变边界条件的物理属性。基于Mathematica数学计算软件上，设计求解程序并求解索梁组合结构振动矩阵方程，得出对应索梁组合结构频率的索力值的数值解。通过对比分析数据理论计算、有限元分析软件及恩施水布垭清江特大悬索桥实际工程实例测量结果，来验证考虑悬索桥锚跨段拉杆的抗弯刚度修正算法的合理性。研究结果表明：相对于传统的索力测试简化算法，运用索梁组合结构推导的锚跨段索力计算公式，可以更准确地表达索力、锚跨拉杆抗弯刚度和索力基频之间的关系，进而减小因为拉杆抗弯刚度所带来的索力计算结果的误差，得到更加符合实际主缆张拉状态的索力值。
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    横向四滑道步履式顶推宽幅钢箱梁局部应力分析
    李传习, 陈卓, 董创文, 李涛
    2019, 36(4): 72-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.011
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    采用横向四滑道步履式顶推的宽幅钢箱梁，其与顶推支撑接触区域的局部受力特性如何缺乏研究，且对能否确保顶推安全与顺利至关重要。以泸州沱江四桥变曲率竖曲线钢箱梁顶推施工为背景，采用通用有限元软件ABAQUS建立典型不利工况下"梁-壳-实-接触"混合有限元模型，对局部受力最不利的L5临时墩滑道处钢箱梁的应力及其对材料参数、施工误差的敏感性进行了分析。结果表明：典型不利工况下滑道处钢箱梁线弹性局部稳定安全系数和应力满足规范要求；无应力状态横向四滑道顶面标高相同，梁底横向标高相同；在钢箱梁自重作用下，横向四滑道支反力不等，内外侧滑道支反力分配比为1.69：1；垫块在采用设计面积条件下，等效弹模降低至钢材的60%，滑道处钢箱梁局部受力最佳；滑道处钢箱梁主要受力构件应力对横向四滑道顶升不同步、转角偏差较为敏感；竖向顶升高差的安全阈值为±5 mm，外侧钢垫块顶面标高宜比内侧钢垫块顶面标高高2 mm；《公路桥涵施工技术规范》顶推施工轴线偏位的允许值为10 mm，对横向四滑道的钢箱梁顶推施工具有一定的富余度。
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    基于EIC增长的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估
    马亚飞, 王磊, 张建仁
    2019, 36(4): 80-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.012
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    锈蚀和疲劳荷载共同影响下的材料复合损伤机理十分复杂，会显著降低既有钢筋混凝土桥梁的使用寿命。为了能够准确地预测锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命，通过从材料到钢筋混凝土构件的跨尺度分析，提出了一种基于材料失效机理的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估方法。该方法以断裂力学和等效初始裂纹理论为基础，并且可以同时考虑钢筋的不同锈蚀形态。结合锈蚀钢筋的疲劳拉伸试验结果，提出了不同锈蚀水平下的应力集中因子表达式，结果表明随锈蚀率的增长，应力集中因子先增大后减小。然后将局部锈蚀导致的应力集中的影响融入到应力强度因子计算模型中；通过对试验数据进行拟合得到了钢筋疲劳裂纹速率增长分析模型，对该模型从等效初始裂纹尺寸到临界裂纹长度进行积分来实现钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测。为了验证本评估方法的有效性，开展了电化学快速锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验，试验梁失效形式均为受力主筋的疲劳断裂；采用扫描电子显微镜对疲劳失效后的锈蚀钢筋断口形貌进行了微观分析，对比了不同锈蚀程度下钢筋疲劳裂纹扩展形式的差异。将理论计算结果与本研究试验和已有文献中的试验值进行了比较，二者吻合较好，可为日后钢筋混凝土桥梁的腐蚀疲劳寿命评估提供科学依据。
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    不同边界约束对橡胶支座受力性能影响研究
    吴刚, 王克海, 张盼盼, 鲁冠亚
    2019, 36(4): 88-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.013
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    橡胶支座是连接桥梁上下部结构的重要构件，其力学性能对上下部结构地震响应有重要影响，但其力学性能会因安装时采用的锚固边界条件的不同而存在差异。为研究不同边界约束对橡胶支座受力性能的影响，利用有限元软件建立了顶底面锚固、顶面锚固和顶底面均不锚固（无锚固）3种不同边界约束的精细化橡胶支座有限元模型，并通过试验及理论计算验证了所建有限元模型的合理性。随后对具有不同边界约束的支座有限元模型施加竖向力及剪切变形，对比分析了不同边界约束对支座内部应力分布、应力响应值变化等力学性能的影响。结果表明，随剪切变形的增加，支座因受压面积减小而导致内部峰值压应力逐渐增加，不同边界约束下支座的内部峰值压应力增加幅值相差明显，其中采用顶底面锚固的支座增加幅值最大，无锚固边界支座增加幅值最小；在剪切变形作用下，对橡胶支座采取锚固措施会增加支座内部应力响应值，相同水平荷载下，顶底面锚固支座比无锚固支座更易发生橡胶层与钢板间的剥离、撕裂破坏，而且采取顶底面锚固边界约束会增大桥梁结构下部地震力，不利于结构抗震；对于采用无锚固边界约束的支座，随剪切变形的增加，其刚度退化明显，在设计时应考虑因支座支承面处卷曲而造成的有效剪切面减小的影响。
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    拉-剪状态下锚固节理剪切强度与破坏模式分析
    何栋梁, 杨伟军, 林杭, 曹日红
    2019, 36(4): 95-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.014
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    为了分析拉-剪加载下锚固节理的剪切强度与破坏模式，基于颗粒流数值模拟方法，建立不同锚固角度的锚固节理模型（锚固角度分别为15°，30°，45°，60°，75°，90°）。拉剪速率比设置为1：1，结合数值模拟结果，从细观角度分析不同锚固角度下的岩石节理面破坏模式与锚杆变形状态。结果表明，锚固角度对模型的峰值剪切强度、剪切曲线以及黏结力分布趋势均存在较为明显的影响：（1）锚固角度对节理拉-剪作用下的破坏模式存在较大影响，随着锚固角度的不断变化，试样的破坏模式也存在较大的区别。当锚固角度较大时锚杆与节理交界处存在明显的核状破坏，在加载后期取决于拉伸裂纹的扩展。而锚固角度较小时，锚固节理的破坏主要是拉伸裂纹的扩展所致，锚杆与节理面接触位置并未出现明显的破坏现象。（2）当锚固角度较大时（60°~90°），锚杆尖端并无明显的拉伸应力分布，且锚杆内部拉伸应力集中于锚杆中段。然而，当锚固角度较小时（15°~45°），锚杆大部分区域均存在明显拉伸应力集中现象，且锚杆尖端位置岩体内部也出现了明显的拉伸应力。（3）峰值剪切应力随着锚固角度的增大呈现出先增大后减小的趋势，锚固角度为0°时峰值剪切应力处于最小值，锚固角为75°时峰值剪切应力达到最大值。
  • 隧道工程
    顺层岩体隧道地震行波效应的不对称性
    胡鸿运, 周晓军, 陈韬
    2019, 36(4): 102-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.015
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    因地震波斜入射而产生的行波效应会显著增加隧道结构的内力和位移响应，从而对隧道抗震产生不利影响。为研究顺层岩体隧道地震行波效应的特征，对qP波斜入射方向与隧道纵断面相平行的工况，考虑顺层岩体的横观各向同性本构关系，应用波动分析方法并采用ANSYS进行地震响应数值分析。以某顺层岩体中高铁深埋隧道为工程背景，研究岩层倾角和岩层各向异性对隧道洞身段地震响应行波效应的影响。结果表明：当岩层水平或竖直时（即岩层倾角为0°或90°），隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量相同，这意味着顺层岩体隧道的地震行波效应左右严格对称，即横断面仍为平面；而岩层倾斜时（即岩层倾角不为0°或90°），隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量却不等，这意味着隧道横断面扭成不规则且不对称的曲面；随着岩层倾角的增大，曲面不对称性先增强后减弱（约倾角为45°时最强），呈非线性关系。此外，又进一步研究了岩层各向异性强度对行波效应的影响，结果发现：当岩层倾斜时，行波效应的不对称性随顺层岩体各向异性的增强而线性增强，这意味着顺层岩体各向异性越强，隧道横断面在地震波作用下所形成不规则曲面的不对称幅度也越大。
  • 隧道工程
    浅埋隧道单侧扩建施工方案优化
    谭仪忠, 刘元雪, 蔡守军, 王培勇, 陈俞龙
    2019, 36(4): 108-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.016
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    目前国内外常见隧道扩建施工大都采用传统新建隧道的施工方法，但由于传统开挖方法忽略了原隧道衬砌对围岩的长期支撑稳定优势，降低了施工效率。依托重庆渝州隧道扩建施工实例对扩建优化施工方案进行了深入研究，提出了浅埋隧道单侧扩建优化施工方案，即横向采用合理拱轴线开挖，纵向采用跳槽开挖的新方法。通过现场监控量测和ANSYS三维有限元模拟还原施工全过程进行对比分析。采用优化施工方案时，随着开挖掌子面的推进，原隧道衬砌受压应力计算值增大，纵向跳槽开挖时未拆除的原隧道衬砌能够发挥柱的作用，承担因跳槽开挖而产生的围岩压力，可有效提高施工安全稳定性。横向采用合理拱轴线开挖，使得开挖后围岩压力传递更加合理，并显著降低了初期支护结构拉应力和一定程度上增加了初期支护结构压应力。数值计算结果及现场监控量测数据对比显示，浅埋隧道单侧扩建开挖方案优化后拱顶位移比现状开挖方式小约16%~20%，且拱顶基本不出现受拉区，证明优化后的开挖方案在地下工程开挖卸荷时改变了原围岩的应力路径，能够充分调动围岩的自稳能力。故采用优化施工方案不但能够减少拱顶沉降，降低衬砌的拉应力，还能在保证施工安全的同时缩短施工工期，为今后的类似隧道扩建工程提供借鉴。
    • 城市交通
  • 城市交通
    基于交互式BP-UKF模型的短时交通流预测方法
    唐智慧, 郑伟皓, 董维, 李娟
    2019, 36(4): 117-124,134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.017
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    城市路网具有功能多样、组成复杂、交通量大、交叉口多等特点。优化短时交通流预测模型能够增加交通状态判别的精准度，有利于市民预知交通出行信息，为交通诱导措施的发布提供数据支持，免陷入拥堵困境。针对目前短时交通流预测模型优化过程中出现的模型适应性差，使用条件要求高、单一模型无法准确地描述交通流在不同时段内的变化规律等因素造成短时交通流预测精准度低的问题，采用Kohonen神经网络对交通流数据进行聚类分析，令聚类得到的不同交通流模式下的交通流数据作为训练多个不同BP神经网络模型的输入，将不同神经网络模型与无迹卡尔曼滤波结合组成多个交通滤波器，完成交通流量的非线性预测与在线校准，最后使用交互式方法融合各估计器预测结果得出综合交通流预测结果。仿真实例构建了多个估计器和1个基于该方法的联合估计器，将以上各个估计器用于某断面的流量预测中，验证了几类估计器的流量预测性能。试验结果表明：该方法搭建的联合估计器在各种交通模式下较单估计器的预测准确性均有所提高，且在交通流遭遇多因素影响下发生特征变化时表现出一定的自适应性；相比于传统系统预测模型，大大降低了对训练数据量的要求，取得了较为满意的短时交通流预测效果。
  • 城市交通
    多因素耦合作用下的停放车辆行驶时间模型
    邓社军, 钟煜一, 叶晓飞, 陈峻, 于世军
    2019, 36(4): 125-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.018
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    以进出城市路外停车场的停放车辆为研究对象，分析了车辆在进入停车场的过程中所受到的主要影响因素，并将其行驶时间定义为穿越等待时间与穿越行驶时间。首先，通过理论分析与实测数据，根据非机动车流的不同群间隙大小，构建了穿越等待时间的计算模型；然后，基于出入口处的道路条件、停放车辆尺寸和非机动车流的群间隙特性，构建了穿越行驶时间的计算模型，并以南京某停车场的实测数据进行了验证分析；最后，基于车辆停车率的实测数据，对不同非机动车道宽度与非机动车流量组合条件下的穿越时间进行了敏感性分析，主要结论有：相对于非机动车道宽度而言，穿越时间受非机动车流量大小的影响更为明显；在相同的非机动车流量下，当车道越宽时，非机动车的行驶空间越大，行驶路径选择的自由度越高，此时对停放车辆的干扰越小，特别是当非机动车道宽度大于6 m时，穿越时间受其影响变化较小；穿越时间的变化与非机动车道宽度成反比，当车道越窄时则自由度降低，对停放车辆的干扰增大，特别是当非机动车道宽度小于5 m时，穿越时间受其影响变化显著。文中相关研究结论对于优化城市路外停车场出入口的交通组织与管理具有一定的现实意义。
  • 城市交通
    基于城市公共交通可达性的医疗服务空间分异及均等化——以大连市为例
    郭建科, 邱煜焜, 王方雄, 王利, 白家圆
    2019, 36(4): 135-143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.019
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    医疗卫生服务是城市公共服务体系的核心要素，其可达性强度对于城市居民的就医便利化具有决定性影响。利用ArcGIS软件生成大连市主城区医院分布图，使用网络分析模块计算各小区就医平均可达时间；将平均可达时间作为评价指标，探讨高峰与平峰时段，公共交通与私家车的就医可达性水平高低、各小区和医院的空间分布特征及差异；通过Moran's I指数和LISA局部聚类模型，探讨医疗服务均等化存在不足的地区；以各小区最短可达时间为标准，划定各级医院的医疗服务腹地，并分析其形成原因。研究表明：（1）大连市主城区小区就医可达性整体水平较好，高峰与平峰时段的可达性呈圈层式分布。高峰时段公共交通相对私家车就医具有明显的优势；平峰与高峰时段差异较大，平峰时段平均可达时间在10~20 min的小区比重较大，达到68.1%；医院可达性水平整体较好，30 min覆盖面积达到96.53%；从核心区至外围区，交通阻力对可达性带来的影响逐渐增加；街道尺度下的医疗服务均等化水平差异明显，整体空间自相关性较弱，存在医疗资源分配不均衡现象；各医疗腹地内，医院的数量与距离对腹地的医疗服务能力具有决定性影响，缺医地区极易造成居民对一级医院的依赖性。
    • 汽车工程
  • 汽车工程
    子午线轮胎胎圈裂纹的有限元分析
    张宁, 林娟颖, 刘晓颖, 邢立杰, 郝艳华
    2019, 36(4): 144-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.020
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    轮胎内部的稳定对汽车行驶的安全性起着极其重要的作用，气压过高和过低都会影响车身稳定性，从而引发交通事故。米其林公司发明的子午线轮胎具有操纵稳定性好、滚动阻力小、耐磨性好、高速性能好等卓越的使用性能，使其成为众多企业和研究机构研究和优化的方向。针对子午线轮胎在充气工况下含胎圈裂纹扩展趋势及扩展角度问题，建立了子午线轮胎有限元模型，确定了模型材料、边界条件及载荷情况。运用有限元软件对子午线轮胎充气过程进行动态仿真，得出充气完成时刻的Mises应力分布图。分析结果表明：轮胎在充气完成时刻的最大应力发生在胎圈部；在轮胎胎圈部分易产生裂纹处出现不同初始倾角的等长裂纹，计算出裂纹尖端周围沿不同方向扩展时的J积分值。根据所得数据判断裂纹尖端的开裂方向，并分析出裂纹尖端正方向的J积分和裂纹尖端开裂方向随初始倾角的变化规律：裂纹尖端在一定区间内开裂，且开裂方向及J积分峰值随初始倾角周期性波动。有限元分析结果与实际轮胎胎圈裂纹损坏情况基本一致，加深了对轮胎损伤机理内在本质规律的理解，为工程人员进行轮胎结构优化以及开发新型轮胎起到一定的理论指导作用。
  • 汽车工程
    聚丙烯复合材料发动机罩盖行人头部保护优化设计
    都雪静, 王艺群, 陈占丽, 周华晨
    2019, 36(4): 151-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.04.021
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    为研究车辆与行人发生碰撞时汽车发动机罩盖对行人头部的保护性能，减少人车事故中行人的受伤害程度，建立了行人头部冲击器撞击发动机罩盖的有限元模型，分析了行人头部冲击器撞击相同结构的聚丙烯复合材料、钢制发动机罩盖的行人头部保护性能，比较了不同材料发动机罩的吸能特性，探究了发动机罩盖影响头部HIC值的主要影响因素。设计3因素2水平的正交试验，利用LS-DYNA依次进行了试验的仿真计算与分析，确定了各影响因素对头部HIC值的影响顺序，并对复合材料发动机罩盖的结构参数进行了优化调整。为降低复合材料发动机罩盖的头部碰撞损伤相关加速度值，增加其吸能特性，对翼子板进行了局部结构优化设计。结果表明：经过局部优化，铰链结构能使碰撞区域远离行人头部与翼子板尖角处碰撞最为激烈的发动机罩铰链边缘区域；弱化翼子板侧边垂直尖角的结构，能够起到一定的吸能作用，对行人起到保护效果；改进后的长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的质量相比原来降低51.5%，更有利于满足对车身的轻量化要求，增加车辆燃油经济性；对长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的静态刚度进行了分析，扭转刚度得到增加，弯曲刚度和侧向弯曲刚度值变化在10%范围内，符合设计要求。