2023年, 第40卷, 第12期 刊出日期:2023-12-05
  

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    道路工程
  • 道路工程
    段川, 王腾, 邹晓翎
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    为探究沥青玛蹄脂碎石路面渗水成因,依托实体工程,分析了路面渗水系数与芯样空隙率之间的相关性。采用工业CT扫描并结合三维数字重构技术,研究了路面芯样内部空隙的空间分布规律,分析了路面不同深度处空隙的连通性,明确了结构层内部水的渗流路径。基于路面温度场有限元仿真技术并结合路面摊铺温度监测,进一步分析了结构层内部空隙非均态分布的原因。结果表明:玛蹄脂碎石路面现场检测渗水系数与芯样空隙率之间存在较好的指数关系;芯样内部空隙尺寸相对单一,单个空隙的等效直径约为2.02 mm,空隙多聚集于芯样两端,即沿路面深度方向空隙体积呈"由大变小、再增大"趋势;芯样顶端空隙的聚集现象,增加了空隙间的连通性,而连通空隙是导致路面渗水的直接原因,连通空隙率随路面深度的增加呈降低趋势,推断路面渗水形式以"水平渗水"为主;玛蹄脂碎石路面摊铺温度场有限元模拟结果与现场监测结果一致,即摊铺沥青玛蹄脂碎石结构层时,其内部热量向空气层、下承层中传递,导致结构层内部温度逐渐降低,且温度沿深度方向亦呈"由低到高、再到低"趋势;玛蹄脂碎石路面结构层内部空隙沿深度方向非均态分布,与路面碾压时不同深度处温度差异性有关。
  • 道路工程
    王晓军, 权喜忠, 李宏伟, 蒲明艳, 关博文
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    为研究碳酸钙晶须(CCW)改性沥青及其混合料的性能,采用0.5%,1%,1.5%,2%的CCW改性沥青及沥青混合料进行常规性能试验。测定了改性沥青的针入度、延度、软化点,通过动态剪切流变仪测定改性沥青的流变性能,分析了不同掺量的CCW对沥青基本物理性能以及流变特性的影响。采用车辙试验、三点弯曲试验、冻融劈裂试验以及疲劳试验对不同掺量CCW沥青混合料的路用性能进行评价,对比分析了不同CCW掺量对沥青混合料性能的影响。结果表明:CCW的加入增加了改性沥青体系的硬度,提高了沥青的软化点;CCW可以降低沥青的延度,在掺量大于1%后,改性沥青的延度相对平稳;在试验温度范围内,同基质沥青相比,CCW改性沥青的车辙因子增大;同时,CCW可以提高沥青混合料的高温稳定性,纤维的掺入也一定程度上改善了沥青混合料的低温抗裂性及水稳定性;CCW的最佳掺量为1.5%,与未掺纤维沥青混合料相比,掺1.5%的CCW改性沥青混合料的动稳定度、抗弯抗拉强度、冻融劈裂强度比和疲劳次数分别提高37.2%,18.0%,10.8%和45.8%;在应力比较高的水平下,1.5%含量的CCW改性沥青混合料的疲劳寿命显著高于常规沥青混合料;CCW具有高抗拉强度和较短的晶须长度,使得其可以在沥青混合料中起加筋填充作用,从而控制微裂纹延展,能有效延长沥青混合料寿命。
  • 道路工程
    谭云峰, 刘昆, 莫洪柳, 胡靖, 王振
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    路面裂缝病害的智能化识别与分割是道路工程领域的关键研究方向。为了探究裂缝分割过程中正负样本不均衡的优化问题,提升裂缝分割精度,采用解码器-编码器模型建立了路面裂缝的分割体系,选取U-Net网络作为分割基准网络。通过在U-Net卷积层添加残差模块对网络进行改进,形成U-Net-R卷积神经网络。研究了焦点损失函数、带权交叉熵损失函数、软骰子-交叉熵复合损失函数、焦点-骰子复合损失函数对裂缝分割精度的影响。通过半人工标注的方法进行路面裂缝的像素级标注,标注路面裂缝图像1 290张,随机选取路面裂缝病害1 144张作训练集,146张图像作测试集。通过交并比、召回率、准确率和调和均值评判裂缝分割的精度。结果表明:以相同的像素级标记数据作为训练集,采用焦点-骰子复合损失函数的U-Net-R具备最优的训练效率,能够在训练前期快速拟合且达到分割精度最优的目的;在裂缝分割方面选用焦点-骰子复合损失函数能够缓和路面裂缝在识别过程中的正负样本不均衡问题;此外,U-Net-R网络的交并比和调和均值指标相较传统U-Net网络提高10.75%和7.73%,显著提高了裂缝病害的分割精度,表明U-Net-R网络能够提高对路面裂缝的细节特征提取能力。
  • 道路工程
    赵立财
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    为了研究材料不均匀性和透水孔隙对透水型水稳基层材料破裂演化的影响,在充分考虑骨料和孔隙在空间中的随机分布特征后,构建了透水型水稳基层材料的离散元模型。结合室内试验对离散元模型的细观强度参数进行了校正,并对透水型水稳基层材料开展了不同材料随机场和不同孔隙条件下的离散元数值模拟研究。结果表明:基于随机骨料算法、接触算法和材料随机场方法构建的离散元模型对透水型水稳基层混合料的细观特征具有很好的映射能力,充分模拟了透水型水稳基层材料的细观裂纹演化特征;基于室内试验的离散元参数标定试验验证了离散元模型的有效性,表明离散元模型所获得的细观强度参数对表征透水型水稳材料物理力学规律具有一定的鲁棒性;离散元数值模拟结果揭示了透水孔隙和材料随机场对其裂纹拓展和力学响应的影响机理,明确了透水孔隙在试样裂纹拓展过程中的控制作用;透水型水稳基层材料对外部荷载具有较高的敏感性,敏感性主要来源于试样中孔隙和界面的薄弱位置,微裂纹通常在这些薄弱区域开始发育;水泥的随机强度场对试样的力学强度具有较大的影响,水泥材料的强度非均匀性过大,对试样的强度会产生较大的消极影响,使用过程中应该更好地控制胶凝材料的均匀性。
  • 道路工程
    郑邓衡, 汤连生, 贺云帆, 孙银磊, 陈浩昆
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    为进一步探究循环荷载下路基土中动应力累积效应的影响特征及变化规律,以华南地区典型花岗岩残积土为研究对象,开展了多组室内循环荷载试验。分别研究了不同循环荷载量、加载频率、应力状态及卸荷量对土体中动应力累积效应的影响,并揭示了循环荷载下土体动应力累积效应的发生条件,同时对动应力累积机理进行了初步分析。结果表明:循环荷载量越大,土体中的动应力累积效应更加显著;加载频率越大,土体中残余应力释放越不彻底,其动应力累积效应也越明显;卸荷量越大,试样的峰值应力、残余应力与累积应变逐渐减小,所产生的动应力累积效应越不明显;相较于有侧限三轴应力状态,无侧限单轴应力状态下土体的动应力累积效应更加显著;由整体结果分析可知,土体中的动应力累积现象存在门槛效应,在极低应力水平时不会发生此效应,在较高应力水平下,随着循环次数的增加残余应力会逐渐累积增大,动应力累积效应也越明显,而当循环次数达到一定程度后残余应力最终会趋于一个稳定值;在循环荷载下,土体材料会被压密,刚度随之增大,有利于应力在土体中传递,外荷载能量耗散减小,从而使更多应力波传递至土体内部,与残余应力累积二者作用形成峰值应力累积增加的结果,为削弱土体内动应力累积效应的负面影响提供参考。
  • 道路工程
    刘丁铭, 刘萌成, 沈轩
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    为了保障南海岛礁交通基础设施的运营安全,有必要深入探究循环荷载作用下吹填钙质砂的动力特性。针对南海岛礁吹填钙质砂,采用GDS循环三轴仪开展了一系列排水循环三轴试验,定性和定量分析了钙质砂的残余应变、颗粒破碎、特征循环次数、临界循环应力比和失稳动剪应力等变量的变化规律,并提出了一个残余应变预测的经验模型。结果表明:钙质砂的临界循环应力比随围压增加而减小,二者关系可用幂函数表达,钙质砂的归一化失稳动剪应力随失稳循环次数增加而减小,二者满足对数函数关系。当循环应力比小于临界循环应力比时,钙质砂的残余应变随循环次数增加而增加;当循环应力比等于临界循环应力比时,钙质砂达到临界稳态,其临界稳态残余应变随临界稳态循环次数和围压增加而增加,但随临界循环应力比增加而减小;当循环应力比大于临界循环应力比时,钙质砂发生渐进失稳,其失稳残余应变随钙质砂的归一化失稳动剪应力增加而快速增加。钙质砂的稳态循环次数随围压和循环应力比增加而增加,而临界稳态和失稳循环次数分别随临界循环应力比和归一化失稳动剪应力增加而减小。对比分析钙质砂循环三轴试验结果与残余应变模型预测结果可知,推荐的经验模型能够描述多重因素作用下钙质砂的残余应变变化趋势和演化规律。
  • 道路工程
    王祯辉, 郭荣鑫, 郭路鑫, 夏海廷, 张久长
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    为确定聚甲醛(POM)纤维长度和掺量对机场道面混凝土力学性能的影响机制,利用L9(33)正交表设计了9组正交试验组,主要研究3种不同水胶比、3种POM纤维长度、3种POM纤维掺量对机场道面混凝土抗压及抗弯拉强度影响的显著性。基于正交试验强度敏感性分析结果,进一步分析了POM纤维长度和掺量对机场道面混凝土力学性能的影响。结果表明:基准组试件在荷载到达限度后迅速降低,表现出脆性损坏特点,而POM纤维增强组试件的裂纹扩展较慢,表现出一定的延性损坏特点,POM纤维能够有效抑制混凝土裂纹的扩展,改善混凝土脆性,起到增韧的作用;与基准组相比,纤维增强组抗压强度和抗弯拉强度分别在0.6%~10.1%和15%范围内波动,纤维长度和掺量的改变并不能引起混凝土抗压和抗弯拉强度发生显著变化;POM纤维长度和掺量对机场道面混凝土主要控制指标28 d抗弯拉强度的影响远小于水胶比,纤维掺量对力学性能的影响小于纤维长度,且难以通过邓肯氏检验确定3个因素的最优水平;POM纤维对机场道面混凝土残余抗弯拉强度(韧性)有显著提升,12 mm POM纤维在1.2%混凝土体积掺量时对韧性提升效果最优,并据此认为其对机场道面混凝土28 d抗弯拉性能改善效果最好。
  • 道路工程
    杨胜丰, 黄东青, 谌旎偲, 尹威, 颜可珍
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    为了更好地描述沥青混合料的时间和温度依赖性,优选表征动态力学性质的黏弹力学模型,推广黏弹性动态力学设计方法。基于线性黏弹性Kramers-Kronig近似解析式,通过对存储模量Sigmoidal函数解析式求导后,得到损失模量解析式,称为Sigmoidal Ⅱ类模型。应用黏弹性材料时-温等效原理,通过构造不同目标函数,建立了上述模型黏弹函数主曲线,并与Sigmoidal Ⅰ-Ⅰ模型、Sigmoidal Ⅰ-Ⅱ模型进行了对比分析。结果表明:3个模型均能应用时-温等效原理建立黏弹函数(动态模量和相位角)的主曲线,与AASHTO R 62-131规范对比,3个模型均提出了相位角主曲线解析式,目标函数构造时,黏弹参数的选择影响Sigmoidal模型的拟合效果。对比另外2个模型,Sigmoidal Ⅱ模型仅采用一个黏弹参数(动态模量)构造目标函数即可建立所有黏弹参数主曲线及Cole-Cole曲线,且黏弹函数测试值与预测值吻合较好,其中,动态模量和相位角曲线的拟合优度均在0.95以上,说明该模型能更好地描述沥青混合料的动态黏弹参数。Sigmoidal Ⅱ模型存储模量和损失模量(动态模量和相位角)共用一套模型参数,黏弹参数之间满足线性黏弹性因果关系且符合力学模型的要求。Sigmoidal Ⅱ模型可为沥青混合料设计和沥青路面层状黏弹动力学计算提供新的参考。
  • 桥梁工程
  • 桥梁工程
    古松, 吕勇康, 顾颖, 邓继清, 孔超
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    为探究钢抱箍的受力特性,保证其设计承载能力满足道路桥梁工程的要求,采用了1∶4缩尺模型,通过3组对比试验研究了螺栓紧箍力、箍身高度及钢-混界面状态对钢抱箍竖向承载能力的影响。结果表明:钢抱箍在螺栓紧箍力下会在加劲板末端发生局部脱空,同时螺栓承压板处的混凝土圆柱也会出现局部压溃,对此可分别采取压注结构胶和设置橡胶垫板的措施进行局部处治;在外荷载作用下钢抱箍的荷载-位移曲线呈现典型的3段式特征:线性增长段、平稳段和下降段,且当外荷载值接近线性增长段末端的起滑点时,钢抱箍有滑移风险;钢抱箍服役时箍身的竖向应力很小,主要承受环向应力,而环向应力呈现两头大中间小的特征,加劲板末端的环向应力突变值较箍身中部均匀应力值增大了5~8倍;箍身未屈服时钢抱箍竖向承载能力随螺栓紧箍力线性增大,在螺栓紧箍力不变的情况下,箍身高度对钢抱箍竖向承载能力的影响较小;当钢-混界面摩擦系数取0.3、螺栓拧紧力矩系数取0.18时,按现有理论公式计算的钢抱箍承载力值与实测值的偏差在5%以内,精度较高且结果偏于安全,但钢-混界面润湿会导致钢抱箍的承载能力降低约18.3%,对此可以通过提高安全系数的方式在设计中予以考虑。
  • 桥梁工程
    邓继华, 杨倩, 谭平, 田仲初
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    为了准确模拟体外预应力筋的非线性受力行为,采用理论推导和程序研制开展了体外预应力筋非线性有限元模型及其算法的研究。首先,基于体外预应力筋与转向块之间可自由滑动而导致体外预应力筋在全长范围内为常应变构件的受力特点,建立了非线性体外预应力单元研究方法。其次,以锚固块之间设置2个转向块的三段四节点平面体外筋为例,基于变分法得到应变微分与平面梁单元节点位移矩阵微分的表达式,再运用虚功原理推导出该类型体外预应力筋在结构坐标系下具体的非线性切线刚度矩阵。然后,结合常规的平面线弹性梁单元,提出了适用于结构分析的体外预应力梁非线性分析方法和计算程序。最后,对2个简支体外预应力梁算例进行了数值分析,其中算例1进行了本研究方法、Abaqus软件计算以及静载试验实测值的对比分析,算例2进行了线性与非线性的对比分析。结果表明:在算例1中,2种方法得到的计算值均与实测值吻合良好,相对而言,前一种方法建立有限元模型更简单,且更能准确体现体外预应力筋的受力特点;在算例2中,体外预应力梁的受力行为很容易表现出非线性特征,且非线性对体外筋轴力比对节点位移的影响较大,体外预应力结构受力分析时考虑非线性是很有必要的。
  • 桥梁工程
    谭沸良, 唐茂林, 谢文昌
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    为解决我国山区悬索桥主缆索股运输问题以及减小主缆锚固系统尺寸,考虑主缆架设空中纺丝法(AS法)对位于运输条件差山区、超大跨径的悬索桥建设的适应性,以我国内陆首次采用AS法施工主缆的阳宝山特大桥为依托,对AS法架设主缆索股股内误差进行分析和评定,旨在为国内AS法架设主缆的设计、施工及误差评定标准的制订提供借鉴。通过理论分析和数值模拟,并结合现场实测数据,对AS法架设主缆索股股内误差的主要因素进行定量分析。根据猫道的弹性伸长量和丝股的无应力长度对应关系推导了猫道变形影响误差计算的简化理论公式,分别采用简化公式与数值模拟方法计算阳宝山特大桥索股架设长度。通过现场实测温度并运用统计学原理,分析主缆纺丝过程中索股钢丝温差变化规律。对比分析PPWS法索股误差控制要求,结合现场实施误差控制情况,提出AS法架设索股股内误差的控制标准。结果表明:索股股内误差的主要影响因素是猫道变形和索股钢丝温差;采用简化公式计算索股架设长度,与采用数值模拟方法计算结果的误差在可接受范围内,能快速获取猫道初步设计及架设过程调整参数;计算温度变化影响误差时索股纺丝温差取值与主缆跨度成相对正比例关系,不同跨度悬索桥可根据主缆跨度按比例取值;根据不同桥梁跨径,AS法架设索股股内误差的控制标准可按不超过5%取值。
  • 桥梁工程
    刘新辉, 黄方林, 李忠, 程光辉, 王宁波
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    山区桥梁大体积混凝土承台水化热高,在昼夜温差、风速、海拔等环境因素的影响下,易造成承台内部温度、里表温差过大,易使承台产生温度裂缝,从而对桥梁整体的安全性、抗渗性和耐久性产生不利影响。以贵州山区某高墩连续刚构桥梁为研究对象,建立了有限元模型,计算结果显示:大体积混凝土承台浇注后水化热造成最高温度出现在承台中心层,出现时间约为浇注后第3~4 d。承台中心层、顶层与底层的最高温度分别为67.4,51.6,48.7℃,最大里表温差为29.8℃,里表温差超出了规范要求。由于部分承台计划夏季施工,承台内部温度则会更高。为改善承台整体温度场,避免温度裂缝的产生,对该桥梁大体积混凝土承台进行水化热温度场影响因素分析。承台温度场关键控制指标为承台最高温度和里表温差,这两项关键控制指标影响因素优化。结果表明:承台冷却效果影响程度由高至低依次为混凝土入模温度、冷却水管间距、冷却水入水温度、冷却水管层数、冷却水量(足量后);优化后承台温度场得到有效改善,现场应用效果显著,温度场的有限元计算结果与现场实测温度数据吻合良好;最高温度和里表温差均满足规范要求且浇注后承台表面未发现温度裂缝,表明优化后温控方案实用有效。
  • 桥梁工程
    马定乐, 董鹏, 晏长根, 万琪
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    为探究不同工况下抗滑桩孔开挖对斜坡桥梁桩基础的影响,在国内外已有研究成果的基础上,通过对桥梁双桩基础的受力特点进行理论分析,建立了双排桩各分段桩基的挠曲微分方程。提出了在抗滑桩孔开挖条件下的斜坡桥梁双桩基础的内力与变形计算方法,并结合工程实例分析和验证了方法的可行性。确定并揭示了斜坡桥梁桩基础在邻近抗滑桩桩孔施工过程中的破坏模式和内在原因。结果表明:在斜坡桥梁下部抗滑桩桩孔开挖前,A桩与B桩的桩顶位移分别为8.46 mm和8.41 mm,桩身最大弯矩分别为1 020 kN·m和1 023.87 kN·m,基本满足设计要求;而当桥下抗滑桩桩孔开挖后,A桩与B桩桩顶位移分别为15.30 mm和15.29 mm,桩身最大弯矩分别为1 145.18 kN·m和1 024.4 kN·m;当桥下抗滑桩桩孔及桩间土全部开挖后,A桩与B桩桩顶位移分别为21.88 mm和21.41 mm,桩身最大弯矩分别为1 277 kN·m和944.28 kN·m;通过计算方法得出2种开挖情况前后桩顶位移和最大弯矩都不满足设计要求。综合工程案例中3种工况下斜坡桥梁桩身内力和变形的计算分析,案例中桥梁桩基发生破坏主要由桥梁下部抗滑桩桩孔的开挖引起边坡滑动,桩身横向受力加剧,导致桥梁桩基的受力状况发生改变,桩身发生挠曲变形,进而引发桩基变形。
  • 桥梁工程
    唐煜, 冯笑凡, 窦光武, 荆根强, 彭璐
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    为了研究结构健康监测系统的振弦式应变传感器,开展了环境影响因素的量化评估,归纳分析了其稳定性和增量测量特点,旨在进行锈蚀补偿理论的推演和验证。由于结构监测系统长期服役的特点,锈蚀补偿理论的不足为量值溯源工作带来了挑战与难题,为此,对振弦式应变传感器进行了全寿命周期的测量及计量性能研究。通过对装有该传感器的混凝土梁进行加速锈蚀模拟试验,分析了锈蚀对传感器测量值的影响规律,形成了锈蚀角度和锈蚀频率的计算理论。采用T型C50混凝土梁,在恒温环境下进行加速锈蚀和静力加载,针对锈蚀偏转角度和模态频率两个主要影响因素,分别建立了补偿函数的理论模型及计算方法,并进行了相应的试验验证。结果表明:垂向夹角达到约5.7°、纵向夹角达到约2.9°时,锈蚀影响量的增长率会极大增加;锈蚀频率补偿主要受锈蚀率影响,且会因荷载耦合作用增加;通过比对本研究计算模型理论值与高精度计量仪器实测值,得出2种模型误差分别为±0.5%和-0.000 8 με,精确度较高,可有效应用于锈蚀工况下长期服役振弦式应变传感器的补偿计算及计量校准。所形成的锈蚀补偿理论及计算方法,可有效支撑行业量值保障体系构建,保障结构健康监测系统的可靠性及准确性。
  • 桥梁工程
    楚玺, 廖小亮, 周志祥
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    为了探究量大面广的中小跨径桥梁墩-梁偏位监测困难的问题,提出了一种基于数字图像处理技术的墩-梁偏位计算方法。首先,根据摄像机的内外参数推导了图像像素尺寸与实际物理尺寸的像素尺度因子解析式,通过该解析式建立起图像监测坐标系与实际监测坐标系之间的映射关系。然后,进一步通过摄像头获取偏位前后数字图像,利用数字图像处理技术获取主梁底边特征点偏位前后图像特征点坐标。最后,通过像素尺度因子解析式结合特征角点坐标快速计算出墩梁结合部位的偏位位移量。对上述方法开展了室内模型试验,设计制作了桥梁墩-梁结合部位的模型,通过一个摄像头实现了墩-梁结合部位的图像采集。模拟实际工程中3种墩-梁偏位工况,采集了每种工况的图像,通过该方法得到了每种工况的墩-梁偏位计算值。结果表明:墩-梁偏位测试的平均误差为8.33%,平均误差偏移量为0.652 mm;测试误差与偏位量呈现相关性,偏位量越小误差越大。当偏移量小于5 mm的工况,平均误差为14.06%;偏移量在5~10 mm之间的工况,平均误差为7.75%;当偏位量大于10 mm时,平均误差为3.17%,误差小于5%;该方法具有成本低、维护方便、识别效率高、稳定性好等突出优势,对实际工程中常见的墩梁偏位具有良好的识别效果。
  • 桥梁工程
    刘仕顺, 宋健, 李翔宇, 张欣, 王迎军
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    为分析大跨桥梁钢箱梁温度变化特征,基于结构健康监测系统获取的海量温度监测数据,观测了小时温度监测曲线、日温度监测曲线、周温度监测曲线等不同时间颗粒度下的温度分布情况。利用各关键测点间正负温差的概率密度统计结果及Weibull分布和正态分布加权平均方法,拟合了可量化各方向钢箱梁温度统计特性的概率密度曲线,并计算其拟合优度。最后,结合相关标准分别计算了顶板横向温差标准值及钢箱梁竖向温差标准值,并与我国D60—2015规范和英国BS 5400规范的温度梯度取值进行了对比。结果表明:钢箱梁顶板的横向温度分布不均匀,在贴近风嘴的钢箱梁顶板处横向温差标准值波动范围较大,大于D60—2015规范规定的温度取值,其引起的温度应力不可忽略;钢箱梁竖向温度分布不均匀,各测点间正温差和负温差概率密度函数形状及标准值存在明显差异,对于正温差,其标准值在顶板处最大,腹板处的正温差标准值随着距顶板距离的增大而减小,对于负温差,顶板和腹板间的标准差变化不明显,但随着距顶板距离的增大,其标准值绝对值略有增大;计算的各截面高度竖向正负温差标准值满足D60—2015规范,但腹板处竖向正负温差标准值均超出了英国BS 5400规范的规定范围。
  • 桥梁工程
    龙云霄
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    为同时实现桥梁性能提升、安全储备以及养护成本等多方面的优化目标,提出了基于多目标布谷鸟算法的空心板桥最优养护时机分析方法。基于237座桥梁样本数据的统计分析,首先,以预防性养护可大幅提升桥梁服役性能为基础,利用等维新息无偏灰色马尔可夫模型探究了桥梁技术状况时变规律,建立了桥梁技术状况退化模型。其次,为保证桥梁养护后的安全储备,从历史数据统计的角度考虑了桥梁的冗余度,引入了基于失效概率的桥梁冗余度指标。再次,采用寿命周期成本分析为桥梁提供所有的成本计划,以最大程度地实现成本资源合理配置,结合公路养护工程预算定额标准,提出了桥梁预防性养护成本计算方式。然后,以桥梁技术状况、冗余度和养护成本为目标构建了优化模型,将上部结构和桥面系的养护时间、养护次数作为设计变量,利用多目标布谷鸟算法获取了最优养护时机。最后,针对某服役15 a的预应力混凝土空心板桥,分析了该桥的最优养护时机,验证了所提方法的可行性与有效性。结果表明:所提方法能够给出多种备选养护方案,以供管养单位从桥梁性能、安全度、养护成本多角度进行最优养护时机的综合决策,为桥梁的预防性养护提供参考。
  • 隧道工程
  • 隧道工程
    李华明, 张可珅, 潘柄屹, 龙平江, 刘剑
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    为解决传统隧道围岩几何信息提取方法识别效率低、采集风险高、结果精度低等问题,以贵州省梭草坡隧道ZK21+697.9里程处的掌子面为例,采集隧道掌子面多视角数字图像,利用基于多目三维重构原理的摄影测量法获取掌子面三维点云数据。为实现岩体结构面三维产状信息的自动提取并且自动获取最优分组数,提出了一种基于快速K-means++的三维产状自动分组算法,基于正二十面体表面细分的方式生成基向量。利用快速K-means++算法对基向量进行聚类,通过Dunn指数进行聚类质量评价获取了最优分组结果。为实现三维迹线信息的自动提取,提出了一种基于点云收缩算法的三维迹线提取算法,基于张量投票法识别迹线特征点,通过特征点收缩提取点云骨架,利用生长算法连接特征点生成迹线段。所提算法在多处岩石隧道掌子面围岩信息的采集与提取中进行了应用。结果表明:通过不同视角采集多张掌子面图像基于多目三维重构技术能够快速获取掌子面三维点云;采用K-means++算法将掌子面岩体产状自动分成3组,与人工判定结果一致,针对大规模岩体点云数据的产状识别效率高;采用点云收缩算法自动获取掌子面迹线,得到迹线三维信息,迹线趋势符合人工判定结果。研究结果可为实际隧道工程中围岩几何信息的自动提取提供帮助。
  • 隧道工程
    柏署, 张寅初, 傅金阳, 杨雄, 阳军生
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    为研究大跨度四连拱隧道围岩压力作用模式以及计算方法,依托观音岩不等跨四连拱隧道工程,基于太沙基理论及其活动门试验相关结果,分析了四连拱隧道围岩压力的作用模式,明确了不同埋深情况下四连拱隧道的荷载计算体系,推导了四连拱隧道围岩压力的计算公式,其次通过现场实测数据与有限元计算结果对围岩压力计算公式进行了验证。最后结合现有工程以及研究成果,提出了四连拱隧道施工指导意见。结果表明:推导的四连拱隧道围岩压力计算公式结果与现场实测及数值模拟结果吻合较好,表明该公式可作为计算四连拱隧道围岩压力的有效方法;在深埋条件下,四连拱隧道围岩压力作用模式主要受中隔墙顶部岩体承载能力影响,相对于两侧中隔墙,中间中隔墙因受多洞室交叉施工扰动次数和程度最大,其顶部岩体承载能力下降程度决定四连拱隧道承载拱的分布特征;在浅埋条件下,四连拱隧道无法形成完整的极限承载拱,围岩压力主要受埋深范围内太沙基土压力影响;不等跨条件下,各开挖洞室围岩压力具有明显差异,施工过程中应针对不同跨度的开挖洞室进行针对性支护设计。研究结果可为类似的四连拱隧道设计施工提供参考意见。
  • 隧道工程
    王永东, 史林猛, 晏帅, 任雨桐, 胡志豪
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    为了探究隧道排水管道CaCO3结晶沉积速率,以化学反应机理和流体动力机理共同作用下的隧道排水管道CaCO3结晶沉积过程为研究对象。通过Fluent软件建立了基于化学反应模型和离散相模型,并考虑固液耦合作用的隧道排水管道CaCO3结晶沉积速率数值模拟模型。以流体流速、温度、Ca2+浓度为主要研究因素,并对每个因素取3个水平:流体流速、温度、Ca2+浓度。对所选化学反应过程的反应速率常数k进行了计算,由此开展了不同工况下正交试验数值模拟,探究了各种影响因素下的CaCO3结晶发展规律。在数值模拟的基础上,通过无量纲法推导出基于流体流速、温度与Ca2+浓度这3种因素作用下隧道排水管道单位面积CaCO3结晶沉积速率的关联式。为验证关联式可靠性,开展了室内循环水结晶试验,将同等工况下关联式计算值和室内试验所得单位面积CaCO3结晶沉积速率值进行了对比验证。结果表明:CaCO3结晶量与温度及Ca2+浓度呈正相关关系,与流体流速呈负相关关系;Ca2+浓度对CaCO3结晶生成量的影响程度最大,温度的影响程度最小;推导所得关联式计算结果与室内试验结果较为契合,误差小于3%,处于允许范围之内,表明关联式能较准确地求得排水管道单位面积CaCO3结晶沉积速率。
  • 智能交通
  • 智能交通
    崔紫薇, 蔡铭, 肖尧, 林少锋, 郭震
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    合理规划各项目的建设时序是信息化建设中的关键问题,然而现有定量研究忽略了项目业务需求和数据需求的影响,且项目分批推进模式下的调度问题有待进一步研究。针对上述不足,考虑信息化重要度,提出了一种基于0-1规划模型的公交信息化项目建设时序研究方法。首先,引入有向图概念提出定量描述业务关系的"项目业务入度"和"项目业务出度"指标,并从数据影响方面构建了"数据可用性"和"数据支撑性"指标。其次,采用CRITIC方法确定各指标的权重。接下来,使用线性加权和法集成4个指标,得到各项目的信息化重要度。然后,以全局信息化重要度最大为目标建立0-1规划模型。最后,利用贪心算法求解模型,得到各项目所属建设批次。以佛山市的10个公交信息化建设项目为例,研究其建设时序。同时,构建信息化建设效率作为评价指标,其综合了项目资金使用情况、信息化贡献程度和建设工期。结果表明:信息化重要度指标是合理的,且可大范围推广应用;所提方法的信息化建设效率为59.98%,高于建设成本排序方法和逼近理想解排序方法,可以有效指引公交信息化项目的建设,具有实际应用价值。
  • 智能交通
    崔优凯, 毛思捷, 洪盛, 丁剑, 周义程
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    为加快推动区县综合交通数字化建设,提升区县交通数字化水平,通过开展区县综合交通数字化水平评估方法研究,解决区县综合交通数字化水平评估缺乏量化依据的问题。在分析交通数字化试点任务要求、总结交通数字化试点领域的基础上,结合区县综合交通运输业务特点,围绕基础设施数字化、载运装备数字化、行业治理数字化和运输服务数字化4个领域,构建了涵盖14项指标的三级区县综合交通数字化评估指标体系,并给出各项指标的定义。通过对比分析多种多指标评价方法的优缺点及适用性,采用优劣解距离法(TOPSIS),结合提出的区县综合交通数字化评估指标体系,建立了区县综合交通数字化水平评估模型,并基于该模型提出了数字化水平等级划分原则。以浙江省北部地区5个区县为例,分别对5个区县的综合交通数字化水平进行评估和等级划分。结果表明:该评估模型具备较高的准确性、客观性,评估结果可作为评判区县综合交通数字化水平的依据。基于评估模型进一步对5个区县在4个数字化领域的数字化水平进行评估,并针对评估结果分别提出数字化建设建议,为指明区县交通数字化建设方向、指导区县交通数字化发展提供了理论参考。
  • 交通安全
  • 交通安全
    李东丽, 李纲, 林宣财, 富志鹏, 潘兵宏
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    针对山区高速公路互通式立交入口至隧道入口净距过小而无法满足车辆顺利完成操作、极易导致车辆在隧道入口处发生交通事故的问题,对高速公路互通式立交入口与隧道入口路段的最小净距进行了研究。首先,分析了该路段车辆的行驶特性,考虑了标志视认、判断决策、车辆换道等实际驾驶需求与隧道入口过渡段要求,分别建立了互通式立交入口与中、短隧道和长隧道入口的最小净距计算模型。其次,对净距模型中所涉及的车辆运行特性展开了数据调查与分析,验证了双曲正切换道模型与此类路段车辆换道轨迹具有高度适配性,并确定了车辆运行速度、换道长度等模型关键参数,提出了不同车道数和服务水平等条件下最小净距建议值。最后,基于最小净距研究的条件和结果,提出了互通式立交入口与隧道入口路段交通安全保障措施。结果表明:互通式立交入口与隧道入口的最小净距与基本路段限速值、服务水平、车道数、隧道类型等多因素相关。同时,将研究结果与《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)对比,发现细则中规定的最小净距值偏小,这从一定程度上解释了目前这种路段事故多发的原因。研究为今后在实际工程中的灵活设计和安全保障措施的设置提供了参考。
  • 交通安全
    杨雷, 唐祖德, 陈劲宇, 朱冠儒, 杨永红
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    为解决路侧安全设计中选取护栏等级的问题,采用显式有限元软件LS-DYNA 3D建立了F型混凝土护栏和中型单体货车碰撞模型,碰撞速度为40~80 km/h。选用经实车碰撞试验修正后的车辆有限元模型单体卡车Ford F800,提高了模型可信度。研究碰撞速度、混凝土护栏等级与车辆侵入路侧区域的关系,通过Ford F800模型模拟货车碰撞混凝土护栏过程中车辆姿态变化与护栏碰撞力,分析了碰撞过程中车辆运动稳定性与护栏受力情况。以车辆最大动态外倾当量值量化评价了混凝土护栏对路侧障碍物防护的有效性,得到了护栏迎撞面到路侧障碍物的最小安全距离,比较了护栏碰撞力计算中规范公式和50 ms平均侧向碰撞力的关系。结果表明:当护栏等级为3~6级,设计速度为60 km/h的道路,护栏与路侧障碍物的最小安全距离为1.8~1.2 m;设计速度为80 km/h的道路,护栏最小安全距离为3.0~1.7 m;同等级别的护栏中,带阻挡坎的加强型护栏能降低货车最大动态外倾当量值至少5%,使车辆导向运动过程更稳定;货车车厢与护栏的50 ms平均碰撞力接近规范公式的计算结果;在同样的碰撞条件下,提高护栏等级能有效减少车辆外倾距离,由于车厢更可能与护栏发生碰撞,护栏受到的碰撞力将大幅增加。
  • 交通安全
    黄强
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    高速公路ETC门架监控成像补光装置亮度过强会造成小客车驾驶员目眩,从而使驾驶员无法清晰识别出车辆前方的障碍物,影响行车安全指数。基于此,首先针对ETC门架补光装置的失能眩光问题进行了建模分析,总结出了影响观察者视觉能力的两个重要参数:目标物体与环境的亮度对比、眩光源与观察者眼睛视看方向的夹角。其次,结合试验路段实际环境,通过调整ETC门架补光装置的发光强度、照射角度等参数,在距离ETC门架前方10~150 m范围内设置多个测试点,并获取其亮度值与照度值数据。最后,利用阈值增量TI法对本研究所提方案进行失能眩光程度分析。结果表明:在满足ETC门架车辆牌照识别准确率前提下,优化ETC门架补光装置的照射角度对路面亮度的弱化效果更为显著,因此在调节路面亮度指标时宜以补光装置照射角度调整为主;对ETC门架补光装置进行单一或双重参数优化调整,均能显著降低测试点处的TI值,单一参数优化对眩光阈值增量TI值的下调幅度可达30%以上,而双重参数优化对眩光阈值增量TI值的下调幅度可达88%,所有测试点的TI值均满足标准规定的限制眩光阈值增量最大值要求,可有效缓解因ETC门架补光装置过亮而造成驾驶员视觉能力严重下降的现象。
  • 汽车工程
  • 汽车工程
    邹喜红, 苟林林, 傅雷, 蒋和跃, 刘俚彤
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    为了提高全域车车辆悬架的性能,对全域车悬架下控制臂进行轻量化设计及强度校核。以某全域车悬架下控制臂为研究对象,对悬架下控制臂模态和控制臂在典型工况下的强度进行了有限元分析。设计了悬架下控制臂模态试验系统并进行了模态试验验证。对悬架下控制臂进行了轻量化设计并进行强度校核。首先,综合运用HyperWorks有限元软件建立下控制臂有限元模型,并进行自由模态分析,通过搭建悬架下控制臂模态试验系统对下控制臂构件进行了模态试验验证。其次,在此基础上,通过对全域车悬架下控制臂典型工况分析和归类,参考实际悬架下控制臂工作实况,添加下控制臂实际边界约束条件进行了典型工况强度有限元分析。然后,结合分析结果,选取下控制臂相关位置为信号测量点,在相关测量点位置粘贴应变片传感器,借助液压伺服系统,设计了悬架下控制臂强度试验台,对典型工况全域车下控制臂强度进行试验验证。最后,采用连续体拓扑优化中变密度法对悬架控制臂进行了轻量化设计。结果表明:悬架下控制臂模态仿真分析与模态试验振型一致,固有频率误差在8%之内;强度仿真分析结果与试验结果相对误差在10%以内;下控制臂轻量化后质量减少了19.1%,而最大应力值降低至少4%,保证了悬架下控制臂的强度性能。
  • 物流工程
  • 物流工程
    李春发, 米新新, 崔鑫
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    为研究冷链物流配送路径优化问题,考虑客户需求量、车辆最大承载量和客户时间窗要求等影响因素,构建了一个以油耗成本、惩罚成本等综合配送成本最小为目标函数的数学优化模型。针对原始蚁群算法收敛速度较慢、容易陷入局部最优等问题,设计了一种基于双曲正切函数改进的蚁群算法。将变参数思想引入蚁群算法,利用双曲正切函数实现算法在迭代过程中自动调整参数。首先,构建由配送中心与多个目标客户组成的冷链物流运输模型;其次,由于蚁群算法优化性能受启发式因子、信息素挥发率等关键参数影响,采用双曲正切函数改进蚁群算法的参数设计;最后,通过考虑和不考虑时间窗情形下的模拟实例进行仿真试验,验证模型和算法的有效性。通过与原始蚁群算法对比分析,证明了基于双曲正切函数改进的蚁群算法性能更加优越。结果表明:改进后的蚁群算法既保持了迭代初期优秀的全局搜索能力,又可以在迭代末期实现快速收敛。利用基于双曲正切函数改进的蚁群算法可以有效地解决冷链物流配送路径优化问题,对企业实现经济与环保双赢局面具有重要的现实意义。
  • 物流工程
    邢青松, 王川, 邓富民
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    灾后应急物资配送末端环节受道路梗阻、车辆同期到达拥塞等客观物理因素制约,影响待救援点最佳配送时间。对此,基于交通路网实时状态划分阻抗类型,对路网通行情况以及路网阻抗程度进行数学描述,分析路网阻抗异质下应急配送时间依赖性特征,并提出时间依赖性计算方法,构建基于MEET模型的配送车辆碳排放率估算函数。在此基础上,同时考虑路网阻抗异质性以及配送时间依赖性,建立路网阻抗异质下以配送时间、车辆使用数量以及碳排放量为优化目标的应急配送决策优化模型,设计考虑始发时间依赖性的自适应遗传算法对模型进行仿真求解分析。结果表明应急配送的时间消耗、车辆使用量、碳排放量与路网阻抗异质性及时间依赖下的始发时刻密切相关,具体表现为:首先,配送车辆的始发时间对执行该条配送线路是否会进入阻抗时间段以及该线路总阻抗时间与总耗时的占比产生影响;其次,路网的通行状况对配送车辆的通行速度产生影响,不同路网阻抗条件下的车辆通行时间各不相同;然后,在上述两个因素的共同作用下,执行完配送任务的总时间消耗、车辆的使用量以及碳排放量将会受到同步同频影响;最后,构建的模型和设计的自适应遗传算法能有效规避路网阻抗时间段,减少应急配送在途时间和碳排放,为"两碳"目标下待救援点在最佳时间窗口实现应急配送低碳化、绿色化提供可行的决策支持。
  • 运输经济
  • 运输经济
    税文兵, 邵莉娜
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    利用农村公交闲置运力进行快递配送的"交快合作"模式,有助于解决农村快递的最后1 km配送难题,同时促进农村公交的可持续发展。相关主体合作前后的收益对比是决定是否参与该模式的决定性因素。为探究政府补贴策略对相关主体收益和最优决策的影响,考虑公交企业的风险规避倾向,构建了由快递物流企业、公交企业和快递接收方组成的农村快递配送"交快合作"模式博弈模型。分析了无合作、"交快合作"、"交快合作+按快递量补贴"、"交快合作+按风险规避成本补贴"4种情形下相关主体的最优决策和收益。探讨了风险规避敏感系数和政府补贴总额对农村快递配送"交快合作"各成员最优策略及利润的影响。研究发现:农村快递配送"交快合作"模式有利于提升各相关方的收益、消费者剩余以及社会整体福利,但在政府固定补贴策略下,快递配送服务水平可能会降低;消费者对企业风险规避程度的敏感性是影响相关主体决策的重要因素;从改善社会整体福利和提高农村地区快递服务水平的角度,"按风险规避成本补贴"为最优补贴策略;从增加公交企业收益的角度,"按快递量补贴"为最优策略。研究结果可为农村快递配送"交快合作"模式下政府补贴策略的选择提供理论依据。
  • 运输经济
    陈治君, 李洁云, 蒲雯, 栾庆熊
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    为客观反映交通运输经济运行态势和宏观经济发展趋势,促进交通强国建设试点省份建设,针对云南省交通运输经济运行分析综合性指标单一、定量分析深度不够、交通运输服务指数研究空白的特点,基于美国交通运输服务指数(TSI)和中国交通运输服务指数(CTSI)构建框架和思路,选取具有云南交通特色的运量基础指标体系,通过增加值、增加值系数、周转量占比指标建立了三级权重设置体系并进行权重优化,提出了省级交通运输服务指数构建模型。采用费舍尔理想指数,计算客运服务指数、货运服务指数和交通运输服务指数,并与CTSI对比分析。通过定性和定量分析研究了交通运输服务指数和GDP之间的关系,探索交通运输发展与宏观经济发展之间的适应程度和协调性。结果表明:云南省客运、货运、综合交通运输服务指数同比增速与CTSI呈现出"同增同减"的一致变化规律,但增速比CTSI增速略慢,表明云南交通经济运行水平略微低于全国水平,进一步验证和分析了云南省交通运输服务指数构建的科学性和稳健性;交通运输服务指数与GDP指数增速高度相关,表明经济的飞速发展将产生量大质高的运输需求,带动交通运输全面融入经济增长之中。