公路交通科技

2023年, 第40卷, 第10期　刊出日期：2023-10-05
  

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    道路工程
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    沥青混合料动态模量多因素耦合的预估模型分析
    周雯怡, 张鑫, 于文, 华尔单, 易军艳
    2023, 40(10): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.001
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    沥青混合料动态模量是沥青路面设计的必要参数之一，为进一步提升沥青混合料动态模量的适应性，提出了一套沥青混合料动态模量虚拟试验方法，确定了沥青混合料动态模量的主要影响因素，实现了对动态模量的精准表达。首先，基于离散元模拟，以不规则形状集料颗粒随机生成方法配合沥青砂浆的填充与空隙特征的补充，重构了AC-20、ATB-25和SMA-13等常用沥青混合料虚拟试件。其次，以细观力学为基础，确定了模型内部各材料单元适宜的材料参数，实现了各组成单元间接触行为的有效模拟。最后，基于室内动态模量实测值，验证了虚拟试验的有效性，并结合影响因素显著性分析，提出了动态模量预估模型多种参数组合方式，构建了适用于常用沥青混合料的多因素耦合动态模量预估模型。结果表明：沥青混合料动态模量虚拟试验有效性良好，与室内试验相比误差可控制在3%以内；从沥青混合料内部组成特征与动态模量外部试验条件考虑，沥青混合料的加载频率、油石比、矿料间隙率、空隙率、沥青动态剪切模量、0.075的通过率、4.75的累计筛余对动态模量影响较为显著；基于数学与统计方法所构建的多因素耦合预估模型可以较好地描述常用沥青混合料动态模量，为实际工程沥青路面设计提供参考。
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    透水沥青混合料抗堵塞性能及功能恢复研究
    秦旻, 杨小丁, 赵毅
    2023, 40(10): 10-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.002
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    为获得透水沥青混合料在服役期间的性能衰变规律，对其在颗粒堵塞及水-荷耦合作用下的堵塞性能及透水功能恢复性能进行了研究。首先，制备了PA-13型透水沥青混合料试件，对其路用性能进行了测试。然后，自行设计了抗堵塞性能试验方案，通过全级配砂分批次堵塞和分次浸水轮碾试验，研究了在颗粒堵塞及水-荷耦合作用下透水沥青混合料的抗堵塞性能，模拟了透水混凝土路面通车运行后的服役情况。最后，采用细砂、粗砂和全级配砂作为堵塞材料，分析了不同级配堵塞物对透水沥青混合料的堵塞效果，并利用高压水冲清洁方式对试件的透水性能进行恢复，研究了冲刷水压对透水沥青混合料功能恢复的影响。结果表明：1#级配的抗堵塞性能优于3#级配，每15 g堵塞材料将造成9.6%~23.2%的透水损失，试件第2次堵塞造成的透水损失较为严重，第1次轮碾后试件的渗透系数有所增大，车轮的初次"泵吸"作用有助于透水性能局部恢复；不同堵塞物堵塞效果优劣排序为细砂>全级配砂>粗砂，0.15~0.3 mm和0.3~0.6 mm粒径范围内的颗粒是造成透水沥青混合料堵塞的关键粒径；采用高压水冲养护方式对透水沥青混合料的透水功能恢复较好，恢复效果能达到初始状态的80%~90%，其中15 MPa水压为高压水冲养护方式的最佳水压。
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    粉煤灰基地质聚合物植生混凝土的制备及性能研究
    李九苏, 张安, 保安青, 陈伟
    2023, 40(10): 18-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.003
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    为制备出低能耗、低排放的植生混凝土，利用地质聚合物作为胶凝材料，通过正交试验分析了影响粉煤灰基地质聚合物植生混凝土（FGVC）有效孔隙率和抗压强度的主要影响因素。在实验室制备了FGVC，系统研究了其物理力学性能，确定了其最佳配合比和制备工艺。以氢氧化钠及水玻璃作为活化剂来激发矿渣-粉煤灰体系，石灰岩为粗骨料，基于正交试验法选定了碱活化剂模数、碱固含量与粉煤灰质量比、矿渣掺量这3个影响因素进行了3因素3水平试验，研究各因素在水胶比为0.3和固化温度为65℃时对FGVC孔隙率、渗透系数、抗压强度和孔隙环境pH值的影响程度，进而优选出有效孔隙率适宜、强度较高和pH值适中的配合比。结果表明：当碱活化剂的模数从1.0增加到1.4时，FGVC的总孔隙率和有效孔隙率呈下降趋势，抗压强度呈上升趋势，碱度呈下降趋势；当碱固含量与粉煤灰质量比从0.10增加到0.20时，FGVC的总孔隙度和有效孔隙度呈现先减小后增大的趋势，抗压强度先增大后减小；当矿渣含量由10%增加到20%时，FGVC的总孔隙率和有效孔隙率呈现先减小后增大的趋势，抗压强度先增大后减小；当碱活化剂的模数为1.4时，碱固含量与粉煤灰质量比为15%，矿渣掺量为15%时，FGVC的物理力学性能最佳，透水性良好，混凝土孔隙碱度最低。
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    SMA与GAC路面抗滑性能衰变规律
    黄宏敏, 罗传熙, 黄志勇, 曲大海
    2023, 40(10): 27-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.004
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    为进一步提升沥青路面抗滑性能的耐久性，分析了SMA与GAC路面抗滑性能衰变规律差异，找出影响SMA与GAC路面抗滑性能耐久性的关键指标，进而提出磨耗层施工改进措施。针对广东省应用频率最高的SMA-13与GAC-16磨耗层，开展周期性的横向力系数试验工作，分析了SMA-13与GAC-16路面横向力系数随着交通量变化的衰变行为。在室内采用搓揉试验代表车辆荷载作用，开展周期性的压力胶片、构造深度与摆式摩擦试验，获得了不同路面与轮胎的有效接触面积、接触应力峰值、构造深度与摩擦系数的衰减趋势，分析了SMA-13与GAC-16磨耗层初始抗滑性能差异的原因，构建了搓揉试验与现场车辆荷载作用关系，研究了不同类型路面抗滑性能衰变规律与抗滑耐久性的关键指标。结果表明：由于SMA-13路面集料裹附沥青胶浆，其初始抗滑性能低于GAC-16路面，但胶浆磨损后，SMA-13路面抗滑性能提升幅度可达49%，其抗滑性能优于GAC-16路面；在持续车辆荷载作用下，SMA-13路面横向力系数将始终高于GAC-16路面；SMA-13路面抗滑耐久性主要由表面集料与轮胎的咬合作用形成，施工过程中应增加反击破碎比例，尽量提高集料的棱角性与表面粗糙度；GAC-16路面抗滑耐久性主要由表面构造深度形成，施工过程中应将级配曲线调为粗型，同时在碾压过程中降低胶轮碾压温度，尽量提高表面构造深度指标。
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    不同成型方法SMA-13混合料性能评价
    蒋应军, 张文辉, 张嘉伟, 范江涛, 易勇
    2023, 40(10): 35-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.005
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    为了对比成型方法对SMA-13混合料性能的影响，研究了垂直振动法（VVTM）、马歇尔法（Marshall Method）、旋转压实法（SGC Method）制备的SMA-13混合料路用性能，进而对SMA-13混合料性能进行了评价。结果表明：VVTM对混合料施加了振动作用，集料处于振动状态，静摩擦力逐渐转变为动摩擦力，内摩阻力会减小，集料移动更加充分，易达到密实，且骨架结构完整，从而提高路面性能；与Marshall法、SGC法相比，VVTM制备的SMA-13混合料试件密度增大，最佳油石比、空隙率、矿料间隙率减少；3种成型方法制备的SMA-13混合料试件压实度和粗集料破碎率均得到了有效增加；矿料级配一定，在各自最佳油石比下，相比Marshall法和SGC法成型的试件，VVTM设计的试件马歇尔稳定度、动稳定度、抗剪强度、劈裂强度均有明显提升，力学性能至少提高30%和5%，同时可以反映出高温稳定性有大幅度提升；VVTM疲劳方程截距值更大，斜率值更小，不同应力水平下VVTM设计混合料都具有更好的抗疲劳性能，且VVTM设计的混合料疲劳寿命较Marshall法至少提高了31%，较SGC法至少提高了10%；采用室内试验方法模拟SMA-13混合料的短期老化和长期老化过程，在长期老化后VVTM设计SMA-13具有较好的抗老化性能，而且性能变化幅度较小。因此，VVTM成型的SMA-13混合料相较于Marshall法和SGC法有更好的路用性能。
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    基于可靠度理论的高速公路长大下坡坡长研究
    张航, 贺洪伟
    2023, 40(10): 43-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.006
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    为解决现行道路路线设计规范中高速公路连续长、陡下坡设计未将坡度及坡长与设计速度进行联系、以及现行规范是基于确定性思想进行设计的问题，利用温度指标来表征货车制动失效的程度，通过分析货车下坡时制动不失效、制动性能衰退但不明显以及制动完全失效这3种情况下制动毂的温度，引入了可靠度理论，建立了货车制动毂温度与速度、质量的功能函数，用可靠概率来表征货车在这3种情况下能安全下坡的坡长安全程度。考虑高速公路80，100，120 km/h设计速度下货车在3%，4%，5%平均坡度下行驶，制动毂温度分别达到200，220，260℃，基于可靠度理论，利用蒙特卡洛法进行计算，得到了可靠度概率大于95%对应设计速度与坡度的安全坡长、一般安全坡长、极限安全坡长。结果表明：一定设计速度下，坡度一定时，坡长越长，货车发生制动失效的概率越高；80，100，120 km/h设计速度下，3%，4%，5%坡度所计算得到的极限安全坡长值均比现行道路路线设计规范小，现行规范所规定的长、陡下坡坡长值偏于危险；设计速度越大，与规范所规定的坡长值差值越大。最后结合工程实例，验证了事故率与坡长可靠概率的关联，坡长可靠度越高，事故率越低。
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    基于合成坡度的连续下坡路段货车行车风险评价方法
    张驰, 向宇杰, 兰富安, 王博, 白皓
    2023, 40(10): 51-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.007
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    为了分析高速公路连续下坡平纵组合路段的货车行车风险要素及其影响情况，提出了合成坡度和制动毂温度风险因素，利用货车事故率量化行车风险，研究了风险因素交互作用。首先，基于制动距离表征制动效能的角度，通过行车动力学仿真试验发现了货车制动衰退与道路的合成坡度在影响货车平纵组合路段行车风险方面存在一定交互作用。然后，以2013—2020年雅西高速公路3处连续下坡路段原始交通数据处理与分析为基础，基于实际事故数据，通过聚类及相关性分析方法揭示了合成坡度-制动毂温度-货车事故率内在的指数增长相关性。最后，采用非线性回归法拟合了相关性曲面函数，择优构建了货车事故风险度量方程，结合风险分级标准提出了高速公路连续下坡路段货车行车风险评价方法并进行了实例验证。结果表明：二元非线性指数函数能够较好地解释货车在连续下坡平纵组合路段发生的事故风险变化规律，通过对风险模型剖析，合成坡度与制动毂温度的交互作用主要体现在合成坡度5%以上和制动毂温度200℃以上的组合路段，交互作用导致货车行车风险的急剧增大。研究结果可为高速公路连续下坡路段道路线形优化、安全措施布设尤其是避险车道布设提供有效的参考依据。
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    振动沉桩施工对船撞损伤桥墩基础影响的安全距离
    陈慧芸, 冯忠居, 谢富贵, 王鹏超, 李古暄
    2023, 40(10): 62-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.008
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    为了研究振动沉桩影响下受损桥墩的动力时程响应，确定振动沉桩安全施工距离和合理振动施工参数，避免修复受损桥梁时临时平台的钢管桩振动下沉造成桥梁的二次破坏，结合番禺北斗大桥船撞事故和抢险修复工程现场情况，采用了小孔扩张理论、振动理论和有限元非线性动力分析相结合的方法，确定了沉桩挤土塑性区范围。研究了钢管桩振动下沉时受损墩柱的动力时程响应，确定了振动过程的影响范围及施工安全距离，提出了抢险平台钢管桩振动下沉施工的激振力和振动频率合理范围。结果表明：通过小孔扩张理论计算得到钢管桩振冲下沉过程的挤土效应塑性范围为14.66 m；采用有限元方法模拟振动荷载作用下地基土的速度时程响应，根据现有规范中最大速度限值，得到振动荷载对受损桥墩的径向影响范围为3.02~19.08 m；综合考虑沉桩工艺、沉桩速率、沉桩顺序等工艺，在激振力不超过600 kN情况下，受损墩柱抢险工程钢管桩振冲下沉施工的最小安全距离容许值为15 m；结合数值模拟时程计算和现场工程情况，确定了番禺北斗大桥修复抢险振冲沉桩施工的合理参数，建议钢管柱振冲下沉施工时激振力不超过600 kN、振动频率不低于16 Hz。研究结果可为确保受损桥梁抢险修复工程的施工安全性提供理论支撑和借鉴。
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    孔道压浆密实度定性检测方法的适用性及优化
    洪晓江, 吴波涛, 向程龙, 吴佳晔, 王伟
    2023, 40(10): 73-78,103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.009
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    为提升冲击弹性波定性检测方法在孔道压浆密实度检测中的精度，评价指标计算的科学性、激振工具和检测方法的适用性，结合现行规程对定性检测方法的收录情况，分析了定性检测方法在行业中的应用情况。通过研究冲击弹性波定性检测方法的基本检测原理、检测方法、现场实施和综合压浆指标算法，发现冲击弹性波定性检测方法的综合评价指标结果离散较大，单方向激振与受信偏于过高估计压浆质量，信号质量受激振影响大的问题。又分别研究了定性检测方法中的基于能量变化的全长衰减法，基于频率变化的传递函数法和基于波速变化的全长波速法的原理和力学意义，发现全长衰减法的检测结果易受结构和系统误差影响，传递函数法的分析结果易受压浆缺陷长度的影响，全长波速法的检测结果受压浆质量影响较大等特点。通过提出专用的激振工具，双向激振技术和适用性分析，结合理论验算和实际应用，提升了全长衰减法、传递函数法和全长波速法的检测效果。通过适时选择分析方法和建立压浆指数基准值等方法，使预应力孔道压浆密实度定性检测的综合分析方法更具参考性，并总结、阐明了定性检测3种方法的优缺点和适用性。
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    二次受力粘钢加固PC箱梁力学性能研究
    侯洋, 张连振, 曹朋辉
    2023, 40(10): 79-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.010
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    为解决国内PC箱梁桥腹板粘贴钢板抗剪加固后在正常使用状态下缺乏明确设计理论的问题，从PC箱梁腹板粘贴钢板对其抗弯刚度和斜裂缝宽度的影响为切入点，采用线性叠加原理、刚度分配理论研究了PC箱梁受弯构件腹板粘贴钢板加固后二次受力状况下加固构件的抗弯刚度与斜裂缝宽度计算方法，通过Abaqus仿真分析软件，建立了二次受力状况下PC箱梁桥的实体有限元模型，并将模拟结果与理论计算结果进行了比较。结果表明：当腹板斜裂缝宽度较大时，可以忽略腹板混凝土的抗弯刚度，理论公式计算结果与有限元模拟结果相近，抗弯刚度计算公式初步可用；针对斜裂缝宽度的计算，通过荷载-裂缝宽度影响曲线发现，当荷载小于某临界值时，荷载与斜裂缝宽度近似呈现出线性相关规律，此时可利用刚度分配理论对斜裂缝宽度进行计算，但当荷载增大到一定程度时，结构发生二次应力重分配裂缝发展出现明显拐点，刚度分配理论不再适用，此时建议采用较大的裂缝修正值。综上所述，当裂缝宽度在某限值之下时在荷载作用下钢板、混凝土、箍筋传力机制比较明确，线性叠加原理、刚度分配理论可以适用，一旦裂缝宽度超过限值，钢板对裂缝发展的抑制作用明显减弱，传力机制较为复杂，以上理论不再适用。
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    单主缆悬索桥结构扭转刚度研究
    代百华, 胡钦侠, 朱金柱
    2023, 40(10): 87-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.011
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    为探讨不同关键设计参数对单主缆悬索桥结构整体静、动力扭转性能的影响，以广西英华大桥为工程背景，分别考虑加劲梁刚度、中跨跨径、有无外伸跨、中跨空间吊索、边跨空间吊索等参数，基于单一参数变量法建立了多种不同设计参数模式下的有限元静、动力计算模型，并对得出的计算结果进行了对比分析。结果表明：跨中处加劲梁扭转角位移随着外伸跨长度的增加而降低，结构静、动力扭转刚度均能提高，但不宜设置过长，否则对结构扭转刚度提升效果不明显；另外，设置一定长度外伸跨可保证偏载作用下桥塔处支座全部处于受压状态；增设中跨空间吊索对数，提高了结构扭转静、动力刚度，但不宜设置过多，否则提升效果有所降低，另外合理跨径设计能较好提升该类结构扭转刚度；综合可知，通过增大加劲梁自身的抗扭刚度、设置一定跨度的外伸跨及在中跨近塔处设置一定数量的空间吊索等措施可以有效提高单主缆结构的整体抗扭刚度；综合考虑汽车、人群荷载偏载以及结构扭转频率等多因素，建议单主缆悬索桥主跨合理跨径为400 m左右，跨径设置过大会大幅削弱结构扭转刚度，中跨单侧塔附近空间吊索合理对数为4~6对。
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    支盘桩极限承载力现场破坏性试验及理论分析
    王安福, 熊力, 李国维, 周洋
    2023, 40(10): 95-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.012
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    针对当前规范法支盘桩极限承载力计算结果偏于保守、经济性不足的问题，依托中江高速改扩建项目对3根不同桩长和支盘组合的支盘桩进行了破坏性静载试验和理论研究。首先，通过分析试桩荷载-沉降曲线和桩体内力数据，研究了支盘桩桩体破坏以及荷载传递特征。其次，以Meyerhof基础极限承载力理论为基础推导适用于支盘桩的极限承载力模型，并引入投影面积比和截面突变系数以考虑分支承载力。最后，将理论模型计算和试验结果进行对比验证了理论可行性。结果表明：依据现有规范设计的3根试桩安全系数分别为2.8，3.0，3.0，可知支盘桩安全系数较大，有待进一步研究；由分支和支盘组成的支盘桩，盘体作为主要的承载部件，载分担比例最高，六分支承载能力仅约为等直径盘体的50%，并且桩端对总承载力的贡献度很小；短桩相对于长桩直杆段占比小，分支和支盘承载占比更大；支盘各部分的承载力发挥与桩长、分支/支盘设置以及支盘埋深密切相关；依据Meyerhof深基础端承力理论提出的支盘桩极限承载力通用计算方法可以考虑埋深、土体等参数对支盘承载性能的影响；理论和实测值的比较发现所提方法具有较高的计算精度；分支/支盘极限承载力的计算误差小于17%，支盘桩极限承载力计算误差小于13%，满足工程需求。
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    自复位榫卯式节段拼装桥墩抗震性能分析
    郝常顺, 倪永军, 康召才, 徐岩州, 马俊杰
    2023, 40(10): 104-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.013
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    为促进预制拼装桥墩在中、高抗震设防烈度地区的可利用性，基于ABAQUS有限元模型开展了榫卯式节段拼装桥墩试验，进行了数值模拟对比。在纵向耗能钢筋不同截面配筋率、预应力筋不同初始预应力大小和有无黏结及不同布置位置的条件下对榫卯式节段拼装桥墩进行了抗震性能分析，并设计了一种外置可更换耗能软钢棒阻尼器，通过往复水平加载进行了抗震性能分析。结果表明：与未配置耗能钢筋的MTSP-S0相比，内置耗能钢筋可提高榫卯式节段拼装桥墩的水平承载能力及耗能能力，水平承载能力及耗能能力随着截面配筋率的增大而增大，截面配筋率增大到一定程度时，耗能能力及残余位移的增加有所变缓，存在震后不易修复等不足；预应力筋初始预应力的增大减小了耗能能力，但设置25%初始预应力大小的MTSP-Y0.25会由于墩底相对滑移过大而产生破坏，建议初始预应力不低于30%；预应力筋有无黏结及布置位置对水平承载能力、累积耗能等方面均有影响，对自复位能力影响较小；增设由4个软钢棒组成的外置耗能阻尼器MTSP-S0-D可大幅提高榫卯式节段拼装桥墩的水平承载能力、耗能能力，其抗震性能接近于配置4根直径为20 mm的内置耗能钢筋MTSP-S4，且外置耗能软钢棒阻尼器可以通过更换阻尼器的方式实现震后修复。
  • 桥梁工程
    跨度不等并行桥梁壅水规律试验研究
    陈猇, 陈启刚, 张汁, 王志华, 王振
    2023, 40(10): 116-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.014
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    为优化跨度不等并行桥梁的设计，降低桥孔布置方式对防洪及桥下净空的不利影响，利用明渠水槽开展概化模型试验，研究了并行桥梁的多种跨径组合及布置方式对桥前壅水的影响规律，并基于量纲分析方法研究了影响并行桥桥前最大壅水高度的主要因素。结果表明：桥前壅水高度沿桥梁上游方向先增大后减小或单调减小；当并行桥梁之间的跨径比小于2时，宜将大跨径桥梁布置于上游，而当跨径比大于等于2时，宜将小跨径桥布置于上游，有利于减少壅水高度；对于跨径比不为整数的并行桥梁，将大跨径桥和小跨径桥的一组桥墩沿流向共线布置时的壅水高度小于将两桥桥孔沿河道中心对称布置；并行桥的桥前最大壅水高度受明渠流流态影响较大，随弗劳德数的增大近似呈线性增加，同时，最大壅水高度还随着相对水深和阻水比的增加而变大；并行桥阻水比对壅水的影响机制与单一桥梁有差异，当下游桥墩位于上游桥墩的尾流区时，下游桥墩产生的附加阻水效应极小，因此，并行桥阻水比的计算应考虑上游桥墩对下游桥墩的遮蔽效应。最后，根据试验数据和前人多桥壅水高度研究成果，提出了通过叠加上下游桥梁各自壅水高度计算跨度不等并行桥最大壅水高度的计算方法。
  • 桥梁工程
    冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型及起蚀概率评估
    龙关旭, 盖国晖, 袁阳光, 辛公锋, 黄平明
    2023, 40(10): 126-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.015
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    为构建冰冻海域预应力混凝土（PC）梁的钢筋起蚀概率评估方法，进而为承载能力等性能衰减预测提供关键时间参数，首先开展了室内氯离子扩散试验，确定扩散系数的温度影响函数及冻融循环次数影响函数。其次，基于长期暴露试验，研究了扩散模型中的龄期衰减系数、胶凝材料组成的影响及表面氯离子浓度的时变规律，构建了氯离子确定性扩散模型，通过与暴露试验结果对比验证了模型适用性。进一步对模型中关键参数实现随机性表征，建立了氯离子随机扩散模型。最后，分析了钢筋起蚀评估目标可靠指标，引入基于风险函数的时变可靠性分析，构建了冰冻海域PC梁钢筋起蚀时变概率评估方法，并依托胶州湾跨海大桥非通航孔PC梁阐述方法的应用。结果表明：氯离子扩散系数随温度升高、冻融循环次数增加近似呈线性增长趋势，随服役时间延长，PC梁表面氯离子浓度先增长，而后趋于稳定；评估基准期为1 a，20 a时，起蚀目标可靠指标分别建议为2.46，1.13；钢筋起蚀时间对混凝土拉应力水平十分敏感，混凝土平均拉应力水平从0 MPa增大至1 MPa时，起蚀时间缩短40%，PC梁运营阶段常见压应力水平对起蚀时间影响较小。
  • 桥梁工程
    钢桁梁全焊整体节点应力集中系数研究
    商淑杰, 姜磊, 岳秀鹏, 李正博, 徐晨秋
    2023, 40(10): 137-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.016
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    为探明全焊整体节点的疲劳性能，得到其应力集中系数计算公式并简化疲劳分析方法，首先验证了全焊整体节点的有限元模拟方法，分析了K型和KT型全焊整体节点在弦杆与腹杆平衡轴力、弦杆轴力、弦杆弯矩、腹杆平衡轴力等多种荷载工况下，斜腹杆与弦杆夹角、弦杆高度与圆弧板半径的比值、腹杆与弦杆厚度比对应力集中系数最大值的影响。结果表明：K型和KT型全焊整体节点应力集中系数有限元计算结果与单元类型和网格尺寸密切相关，建议选择C3D20R单元类型进行分析，提出了全局、腹杆和弦杆相贯线局部加密的方式；探明了几何无量纲参数对应力集中系数最大值的影响规律，并提出了K型和KT型全焊整体节点应力集中系数计算公式及应力集中系数最大值的计算公式，对比公式计算结果与有限元计算结果，其比值均值为1.012，均方差为0.034，变异系数为0.034，说明所提出公式具有较高的计算精度；采用应力集中系数计算公式进行实桥节点疲劳评估，计算得到中跨跨中节点最大热点应力幅为48.16 MPa，与有限元计算值44.04 MPa相差8.6%，说明该公式计算值偏大，但采用公式评估节点可得到偏安全结果。
  • 桥梁工程
    旧混凝土桥沥青铺装层结构与材料性能研究
    燕立柱, 王宏畅, 黄九达
    2023, 40(10): 153-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为提升桥面铺装结构的使用性能，改善桥面铺装结构层受力状态，减少旧混凝土桥梁维修改造桥面沥青铺装的病害，掌握铺装结构层受力状况及材料的性能，优选出沥青铺装材料和铺装结构型式。采用有限元分析方法，建立了水泥混凝土桥面沥青铺装层有限元基准模型。选择铺装层层间剪应力、层间拉应力、表面剪应力作为主要力学控制指标，分析了不同铺装层厚度和模量在行车荷载作用下铺装层内部的应力变化规律。结果表明：剪切破坏是桥面沥青铺装层主要破坏形式，沥青铺装层厚度是影响铺装层内部应力分布的主要因素，而沥青铺装层材料模量对应力分布影响很小，合适的沥青铺装层厚度有利于改善其内部应力的分布，由此提出2种桥面铺装结构设计方案——SMA组合结构和AC组合结构；通过室内试验，对所选的SMA-10，SMA-13，AC-13这3种沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性以及渗水性相关路用性能试验研究，可知3种沥青混合料各项性能指标都满足设计规范要求，但在不同的性能上各有其优劣；最后根据性能试验分析结果和桥面铺装材料的优选原则，在性能都满足工程要求的情况下，结合工程造价经济和桥梁结构安全的要求，推荐AC组合结构作为旧混凝土桥面铺装结构，选择AC-13作为旧混凝土桥面铺装上下面层铺装材料。
  • 桥梁工程
    高延性水泥基材料钢桥面湿法黏接界面强度研究
    张冬云, 王世奇, 杜杰贵, 王应伟, 李涛
    2023, 40(10): 161-165,182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.018
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    为了推进湿法黏接技术在高延性水泥基材料（ECC）与钢桥面间的应用，需要研究水分及气候环境影响下ECC-钢桥面之间的界面黏结性能，通过制作ECC-钢板试件在模拟极端环境作用后进行室内试验。首先，以环氧树脂砂浆作为胶黏剂，采用湿法黏结的胶接结构形式制备ECC-钢板试件。然后，通过不同次数冻融循环和不同时长的湿热水浴对试件进行处理，用于模拟实际工程中冰冻和湿热两种极端气候环境的影响。最终，对处理后的试件进行拉拔试验和单面剪切试验，分析了ECC与钢板界面的抗剪强度和黏结强度。通过压剪试验研究其界面的抗剪强度准则对不同环境影响的结果进行了拟合，总结了极端气候环境影响下界面性能的变化规律。结果表明：以环氧树脂为黏结剂的钢桥面-ECC铺装层湿法连接技术连接效果良好；ECC-钢板界面的拉拔强度、剪切强度均随冻融循环次数的增加而降低，其降低趋势基本呈线性；ECC-钢板界面的拉拔强度、剪切强度均随在湿热环境时长的增加而降低，其降低趋势可用二次多项式拟合；界面的最大剪应力随界面压应力线性增大。研究结论为湿法黏结应用于ECC-钢桥面铺装提供了理论依据。
    • 交通工程
  • 交通工程
    新冠肺炎疫情对居民出行行为的影响
    黄芳, 郭凤香, 周燕宁, 王晓安
    2023, 40(10): 166-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.019
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    为探究新冠肺炎疫情对居民交通出行的影响，于2020年9月在云南省昆明市开展实地问卷调查，收集了1 123名居民在疫情发生前后的出行特征数据，利用MNL模型将出行者的个人特性、家庭特性及偏好作为影响因素，包括性别、年龄、家庭年收入、家庭人口数、家庭是否拥有汽车、所在地区、职业等，揭示了疫情前后居民出行行为的变化，探究了显著影响居民出行次数和出行方式的关键因素。结果表明：疫情发生后，每周出行次数≤3次的居民人数是疫情前的1.89倍，每周出行次数≥7次的居民人数是疫情前的0.46倍；选择步行、自行车、电动车、私家车等私人交通方式出行的居民人数比疫情前增加了10.28%，而选择公交车、地铁、共享单车/汽车、网约车出行的居民人数比疫情前减少了7.9%；疫情发生后，年龄、所在地区、职业、家庭年收入、家庭人口数、家庭是否拥有汽车、是否乘坐公交/地铁、是否乘坐共享单车/汽车、换乘次数是否重要、接触人员数量是否重要这10个因素对居民的出行次数和出行方式有显著地影响；居民的出行行为发生了显著变化，出行次数明显减少，出行方式倾向于选择步行、自行车、电动车、私家车等私人交通方式。
  • 交通工程
    基于多元时空关系的公路交通流量时序预测模型
    王九胜, 戴许海, 缪中岩, 田小霞, 周成
    2023, 40(10): 175-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.020
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    为缓解高速公路养护施工作业对高速公路车辆通行的影响，以甘肃省酒泉高速公路为研究对象，提出了一个基于多元时空关系的公路交通流量时序预测模型。首先，使用数据结构化定义模块将一维时序数据结构化建模为二维特征数据，便于提取序列数据的空间关系。随后，将特征送入自注意力特征提取模块，使模型学习数据样本的时空关系依赖，并根据数据分布对有利于预测任务的特征分配更大的权重。最后，将两个公开交通流数据集（PEMS4与PEMS8）与甘肃省真实半封闭养护施工路段的交通流量数据集进行对比试验，计算出时序预测模型与其他模型在PEMS4与PEMS8上的数据预测误差。结果表明：时序预测模型在两个交通流数据集上有着优秀的性能表现；对比当前SOTA算法图神经网络STFGNN，时序预测模型在PEMS4数据集上的MAE减少0.53，RMSE减少0.45，在PEMS8数据集上MAE减少0.83，RMSE减少0.96；在甘肃省酒泉高速公路真实的半封闭养护施工路段的交通流量数据上，时序预测模型在真实交通流量预测任务中有着更低的预测误差，比STFGNN的MAE减少1.19，达到0.83，RMSE减少2.26，达到2.14，表明时序预测模型在交通流预测中有着更好的预测精度。研究结果可为甘肃省高速公路养护施工提供准确的交通流预测。
    • 汽车工程
  • 汽车工程
    轴向压溃下多胞薄壁结构的吸能特性研究
    高大威, 蒋珂, 曾军亮
    2023, 40(10): 183-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.021
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    为了研究截面拓扑构型对薄壁结构吸能效果的影响，设计出耐撞性能较优的结构。首先，在单胞薄壁结构的基础上，通过添加正交肋板得到四胞薄壁结构，并进一步设计出内接方形、圆形、菱形、六边形和八边形的五胞薄壁结构。然后，建立了准静态轴向压溃有限元仿真模型，以总吸能量、比吸能、峰值压溃力、平均压溃力和压溃力效率作为评价多胞薄壁结构耐撞性能的指标，通过有限元仿真试验得出五胞管薄壁结构具有较优的吸能特性。随后，从理论预测的角度出发，研究薄壁结构的基础角单元变形模式，运用简化超折叠单元（SSFE）理论推导出多胞薄壁结构的平均压溃力理论公式，与有限元仿真结果对比显示误差能够控制在±6%以内，具有较好的一致性。最后，以结构壁厚和内接形状的大小作为设计变量，以比吸能和峰值压溃力作为优化目标，采用全因子试验设计方法建立了近似代理模型，运用第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对多胞结构进行了多目标优化设计，得到4种结构的Pareto解集。结果表明：针对峰值压溃力要求为20 kN以下的薄壁结构，4种结构相比于单胞薄壁结构的比吸能均增加了50%左右，经多目标优化设计后的多胞薄壁结构耐撞性能得到了明显的提升。
  • 汽车工程
    基于2021版C-NCAP对MPDB工况的车身结构优化
    吴磊, 杨玲玲, 李奇奇
    2023, 40(10): 192-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.022
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    为提高汽车碰撞安全性能，满足2021版C-NCAP的评价要求，首先，根据中国汽车技术研究中心2021版C-NCAP管理规则，对新增的MPDB工况进行了解读。然后，基于某新开发SUV车型采用LS-DYNA软件进行了有限元仿真分析，发现车身加速度、加速度平台40g以上持续时间以及兼容性罚分未满足设计要求。随后，进一步对仿真结果的车身变形模式进行了分析，发现未满足设计要求的原因主要为纵梁异常折弯、前防撞梁刚度弱以及壁障与车身的有效接触面积不足。基于分析结果对车辆前端包括前防撞梁、吸能盒、前纵梁以及小腿防撞梁进行了结构优化，并将优化方法代入正面100%重叠刚性壁障碰撞工况进行校核。最后，从车身结构变形模式、车身加速度曲线、壁障兼容性罚分这3方面进行了仿真试验对标。结果表明：加速度峰值由45.9g降为41.7g，加速度平台40g以上持续时间由7.4 ms降为2.85 ms，兼容性罚分由3.9降为2.71，车身变形模式和壁障变形均匀性得到明显改善；综合评估该优化方案，车身结构耐撞性能满足2021版MPDB工况五星得分规划要求，优化方案对正面100%重叠刚性壁障碰撞工况影响很小且满足设计要求；仿真与试验结果的吻合度在84%以上，证明了仿真结果的准确性。在此研究的基础上基于MPDB工况的特点和要求提出了5项优化设计思路，为后续车型开发提供参考。
  • 汽车工程
    基于Gompertz和Logistic组合模型的汽车保有量中长期预测
    郭焱, 崔滨, 张晓君
    2023, 40(10): 201-207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为探究中国汽车市场未来中长期阶段的运行预期，首先基于历史数据，通过ARMA模型对2021—2050年期间我国人均GDP水平进行了预测。然后，分别建立了Gompertz模型、Logistic模型以及Gompertz和Logistic组合模型对中国汽车千人保有量进行了中长期预测。在Gompertz模型中，依据各国发展经验与我国现实国情设定了高中低3类场景的汽车千人保有量水平：590 veh/千人、440 veh/千人、315 veh/千人，并对Gompertz模型预测结果进行了敏感性分析，确定了汽车千人保有量拐点位于2020年左右。随后，为修正数据口径的差异，在Logistics模型中将2002年设为结构突变点并通过了邹检验，拟合曲线表示从2012—2028年是我国汽车千人保有量快速增长期。随着进一步检验，发现Gompertz和Logistic两种模型对比与组合有助于准确识别我国汽车千人保有量的快速发展期与增速放缓拐点。Gompertz和Logistic的组合模型拟合曲线随时间发展的趋势呈S形，我国汽车千人保有量的快速增长阶段为2012—2028年期间。结果表明：当前我国汽车市场仍处于普及期，但受2020年开始的新冠疫情影响，增速放缓拐点将推迟至2021年，并于当年实现我国汽车千人保有量的最大增长，2050年将达到404.91 veh/千人，最终在2060年达到汽车千人保有量的饱和水平。
    • 环境工程
  • 环境工程
    川九公路震损边坡生态恢复效果分析与评价
    蒋瑜阳, 王晓文, 谭昌明, 孙大远, 李俊卓
    2023, 40(10): 208-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.024
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    为评估震后受损边坡生态恢复工程效果，基于震损边坡人工构造与坡面系统的协同稳定，构建了震损边坡生态恢复效果评价系统架构。通过调查研究，从植物群落、土壤和系统稳定性3个方面提出了包括植被覆盖度、生物多样性、乡土性、景观协调性、土壤有机质、养分含量、阳离子交换量、系统抗蚀性、植物系统病虫害发生率及构架系统稳定性等16项评价指标的多层次评价体系，并给出了优、良、一般、差、极差5个等级的评价等级标准和分级区间。最后采用层次分析法（AHP）赋予各层次评价指标的相对权重，结合多级模糊综合评价法建立了评价模型，将该评价模型应用于川九公路沿线不同类型震损边坡生态恢复工程的效果评价中。结果表明：AHP-模糊综合评价法均衡考虑了各项指标的不同贡献，一级指标的权重排序为系统稳定性＞植物群落＞土壤，其中系统稳定性的权重值为0.53，二级指标中系统抗蚀性的总权重值最大为0.29；试验边坡I的生态恢复效果评价结果为优，边坡II的效果评价结果为良，边坡I的生态恢复效果比边坡II理想，其综合评价结果与现场实际情况相符合，比较客观地反映了边坡生态恢复工程效果状况，具有较强的适用性和有效性。
    • 物流工程
  • 物流工程
    基于大数据的公路货运市场景气指数体系构建及预警监测
    蔡翠, 赵南希, 肖荣娜, 王馨梓
    2023, 40(10): 216-222,232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了深入研究公路货运市场运行规律，定量刻画公路货运市场波动情况，科学判断发展趋势，采用了景气指数方法，基于道路货运行业统计数据和货运车辆动态运行数据，从市场规模、运输效率、运输价格、宏观环境等维度筛选与公路货运密切相关的指标，建立了公路货运市场景气指数体系，并运用时差相关分析法将指标分为先行、同步、滞后这3类，依据景气指数模型合成公路货运市场月度指数。通过对2018—2020年公路货运的月度数据进行了合成计算，并对数据进行统计分析，结合行业运行实际研究确定指数波动阈值，形成公路货运市场预警信号灯，直观描述公路货运市场波动情况。结果表明：我国公路货运市场与宏观经济运行相关性较强，物流业订单量是公路货运行业共行指标，先于行业1~2个月左右；重载货车销量以及社会物流总额指标滞后公路货运行业4~5个月；与公路货运市场相关的车辆规模、行驶里程、平均速度、运输价格、货运量等指标则为同步指标，基本反映市场波动状态，且呈现出明显的季节性变化特征；同时，疫情期间公路货运市场表现出较强的弹性和韧性，公路货运行业呈"V"字型快速恢复，并先于二、三产业恢复至正常水平，发挥了基础性、先导性的服务保障作用。
  • 物流工程
    基于效率视角的省域物流产业升级水平及驱动力研究
    田强, 张秀芳, 姜家娜, 李康宁, 陈京
    2023, 40(10): 223-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为从效率视角评价全国省域范围的物流产业升级水平，并进一步探究影响区域物流产业升级的驱动力因素，基于时间与空间双维度开展了省域物流产业升级水平及驱动力的动态演化与实证分析。首先，从投入产出角度构建了物流产业升级的评价指标体系，利用数据包络分析中的BCC模型分别测算了2011年、2014年、2017年和2019年全国31个省级行政单位的物流产业效率，从综合技术效率、纯技术效率和规模效率3个维度深入剖析了省域范围物流产业升级的变化趋势。然后，测算了被研究年份物流产业效率的全局莫兰指数，从空间自相关性角度检验了物流产业升级的空间溢出效应。最后，利用地理探测器模型检测了工业发展、对外贸易和科技研发力度等对物流产业升级的影响作用并识别了其中的关键驱动力因素。结果表明：2011~2019年，全国省域范围的物流产业逐步升级，产业结构与规模更趋合理化；物流产业升级具有明显的空间自相关性，具有向周边区域扩散的溢出效应；物流产业升级的影响因素呈现出差异性与多样化特征，但工业发展与科技研发力度仍是其关键驱动力。为加快物流产业升级，提出了加强区域间经济合作、优化资源配置、调整产业规模、深化制造业与物流业的联动融合，及增强科技研发力度等建议。
  • 物流工程
    基于GM (1,1)-MLP神经网络模型的大宗货物运输需求预测
    武慧荣, 陈少阳, 崔淑华
    2023, 40(10): 233-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.027
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    针对大宗货物运输需求预测的复杂性，以货物产量为基础，提出了一种基于产运系数的大宗货物运输需求预测方法，并根据大宗货物的运输需求发展趋势确定了运输结构调整路径。以黑龙江省为例，综合考虑粮食产量的化肥施用量、农村用电量、农业机械总动力、粮食作物播种面积等影响因素，建立了GM （1，1）模型以及GM （1，1）-MLP神经网络模型进行粮食产量预测，并应用实际数据进行了验证。根据黑龙江省常住人口、常住人口城镇化率、粮食产量、中国城镇居民和农村居民人均粮食消费量等统计数据确定黑龙江省粮食产运系数，综合粮食产量预测值和产运系数预测了未来几年粮食运输量，以此分析黑龙江省粮食运输需求趋势，为黑龙江省大宗货物运输结构调整方案制订提供了依据。结果表明：与GM （1，1）模型相比，构建的GM （1，1）-MLP神经网络模型进行粮食产量预测，预测精度提高了1.68%；采用产运系数搭建粮食产量与运输量之间关系进行粮食运输需求预测具有可行性；根据预测结果，黑龙江省粮食运输需求将持续增长，仍是黑龙江省大宗货物运输对象的主要组成，积极调整粮食运输结构，推进中长距离的粮食运输转向铁路运输，公路运输作为铁路运输两端的短驳分拨，实现公铁联运，对于优化黑龙江省大宗货物运输结构具有重要作用。
  • 物流工程
    基于GIS的城市末端快递节点空间布局优化
    贾果玲
    2023, 40(10): 241-247. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.028
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    为了提高城市快递节点布局的均衡性和适配性，从供需匹配视角构建了末端节点空间结构特征分析框架。选取西安市和上海市末端节点菜鸟驿站为研究对象，应用地理信息系统分析工具，从空间总体分布、空间分布方向、服务点覆盖范围、空间分布积聚性4个维度进行了实例分析。首先，采用相交分析衡量了节点与道路密度和人口密度的匹配性。其次，通过标准差椭圆方法对节点分布方向的离散性和行政区经济发展水平的耦合性进行了研究。然后，叠加缓冲区和泰森多边形方法，统计了节点1 km服务范围内企业和住宅数量，用以判断单一节点的覆盖重合度和未覆盖情况。最后，综合核密度、空间自相关和近邻分析方法探讨了节点空间集聚特征、节点与住宅集聚的匹配性。结果表明：节点配置与人口密度分布匹配性较弱；末端快递节点布局与道路密度有直接的相关性，通过新增支线道路可以促进节点的市场开拓；节点分布离散性较明显，与行政区经济实力分布方向大体一致，但并未达到高度同步；覆盖范围内节点数量高度集中、有重合及住宅区完全未被覆盖的现象同时存在，"富者愈富"的集聚特征反应了空间分布不均衡性比较突出，由此可知部分地区配送半径过大是导致效率低下的原因；空间多核集聚特征明显，上海市的供需双方布局核密度匹配度优于西安市。
  • 物流工程
    基于动态贝叶斯网络的冷链物流风险评价
    万君, 刘勋勋
    2023, 40(10): 248-256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.029
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    为解决水产品冷链物流风险的单向动态评估，识别影响生鲜水产品冷链物流风险的关键因素，根据生鲜水产品的特点，对水产品冷链物流的各环节风险进行了具体化描述，建立了生鲜水产品冷链物流风险体系。首先，使用云模型对生鲜水产品冷链物流风险指标进行了筛选，确定了由加工风险、运输风险、仓储风险、销售风险、信息风险等5个1级指标和18个2级指标组成的生鲜水产品冷链物流风险评价指标体系。其次，采用三角模糊数确定了动态贝叶斯网络的先验概率和转移概率，最终提出了基于动态贝叶斯网络的生鲜水产品冷链物流风险评价模型。基于此模型，以青岛某水产品冷链物流公司为例展开了实证研究，利用GeNIe可视化软件建立了动态贝叶斯网络模型，对生鲜水产品冷链物流风险进行了概率计算和特征敏感性计算。结果表明：生鲜水产品冷链物流流通环节风险发生概率最高的环节为运输风险和仓储风险，运输环节和加工环节是影响水产品冷链物流的关键风险因素；运输路径的优化、冷链物流信息共享程度、仓储温控设备和冷库合理化设计程度对水产品冷链物流风险的影响最大。通过该实证分析，验证了基于动态贝叶斯网络的生鲜水产品冷链物流风险评价体系的可行性。
    • 运输经济
  • 运输经济
    道路客运经营分类管理体系优化探究
    殷焕焕, 解晓玲, 袁茂存, 阮丽雅, 王会
    2023, 40(10): 257-262. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.030
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    随着客运市场需求变化和发展格局的不断调整，道路客运供给质量，供给效率与人民群众日益增长的美好出行需求矛盾日益突出。行业产能过剩与有效供给不足并存，关键制约是现行分行业、分区域的管理机制和供给模式已难以适配日趋灵活多样的出行需求，客运服务供给的精准性、有效性亟待提升。通过对道路客运经营管理政策体系现状进行梳理，分析了当前道路客运经营分类管理政策的不适应性，指出了现行按照运营形式和经营方式分类管理的模式存在着准入规则不统一，不利于有效的市场竞争机制进一步形成和发展，带来了市场配置资源效率低，不公平竞争，利益冲突引发矛盾等问题，加重了客运供给与市场特征和出行需求的不适应，导致道路客运供给结构应对市场需求变化的适应性和灵活性严重不足。基于理清政府与市场关系，建立统一开放道路客运市场，减少制约运营模式创新和灵活发展的制度性阻碍，优化道路客运供需结构的思考，统筹基本出行需求和多样化出行需求，从顶层设计层面建议将道路客运经营管理优化为定线客运和按需客运，并提出了分类管理思路和重点，以期为加速道路客运行业管理服务模式的重构与再造，推进道路客运行业管理改革提供参考。