2023年, 第40卷, 第5期 刊出日期:2023-05-05
  

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    道路工程
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    刘洪辉, 刘振正, 王学营
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    为了探究废弃机油残留物(WEOB)对不同沥青的改性效果和指标性能,选取基质沥青和SBS改性沥青进行了试验,对2种不同沥青胶结料进行了WEOB改性,研究改性沥青的高温性能和改性机理。分析比较了不同WEOB掺量下沥青改性前后的高温性能,结合相应试验结果,对改性机理进行了深入分析。首先,采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)试验分析了WEOB中的化学组分。其次,利用软化点、旋转黏度(RV)、温度扫描(TS)和频率扫描(FS)评价了WEOB改性沥青的高温性能。最后,借助傅里叶红外变换光谱(FTIR)的化学官能团分析和荧光显微镜微观形貌观测揭示了WEOB改性沥青机理。结果表明:WEOB中的轻组分对基质沥青和改性SBS沥青的高温性能有重要影响,轻组分有助于更多沥青质的溶解,软化了基质沥青,WEOB中轻质组分改变了基质沥青的组分含量,使沥青的弹性性能下降,使其丧失了部分高温性能,而SBS在WEOB提供的富余轻质组分环境中继续发生溶胀吸附,增强了聚合物相网状结构,使沥青分子的热运动受到更有效的限制;基质沥青改性前后未出现新的特征吸收峰,因此该改性过程属于物理变化,SBS沥青改性后,出现了马来酸酐(MAH)的特征峰,生成了SBS接枝MAH的三元体枝接产物(SBS-g-MAH),提高了沥青与SBS之间的相容性,增强了其高温抗变形能力。
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    郭赵元, 张慧, 郑俊秋, 姚琳怡, 蒋继望
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    准确预估在役沥青路面材料的低温抗裂性能是制订沥青路面科学养护方案的重要前提。鉴于传统低温性能预测模型难以真实反映路面材料所承受的环境和交通荷载条件,采用机器学习方法为在役沥青路面材料的低温断裂能指标构建了预测模型并量化了其不确定性。首先,利用近3 a来江苏省大中修工程中所收集的在役沥青路面芯样,采用半圆弯曲(SCB)低温断裂试验测试了不同层位的沥青混合料的低温抗裂性能,计算了断裂能指标,建立了在役沥青路面材料的断裂能指标数据库。其次,基于江苏省路面管理系统对不同路段的交通荷载、环境条件、服役时间、养护历史及路面横缝检测数据等进行了调查分析,选取了特征变量用于预测模型输入。最后,通过贝叶斯神经网络(BNN)方法建立了在役沥青路面材料的抗裂性能预测模型,检验了模型的预测精度并量化了分别由数据和模型产生的2种不确定性的影响。结果表明:基于目前的样本量和数据质量所建立的在役沥青路面材料低温抗裂性能的BNN预测模型已具有较高精度,确定系数最高可达0.79;BNN模型可以很好地量化数据引起的偶然不确定性和模型本身引起的认知不确定性。研究成果可以为决策者在模型使用中提供预测可靠度等信息,为预测在役沥青路面材料性能提供新路径。
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    吴帮伟, 罗楚凡, 肖鹏
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    VMA是沥青混合料重要的设计参数,对混合料的高温和抗裂性能均有重要影响,对其进行精准预估是道路行业的关键问题之一。对数种VMA预估模型的精准性进行了评估。首先介绍了当前所用的4种VMA预估模型(Hudson模型、沈士蕙模型、Inoue模型和Yu模型)。其次,基于已公开发表刊物上的5位其他研究者的沥青混合料数据(共计126组),采用不同模型对所选取的沥青混合料进行了VMA预估。最后,从精确度和准确度两个方面,对不同模型的预估结果进行了对比分析,并从VMA影响因素的完备性、预估方法的理论性等方面,分析了不同模型预估结果差异性的原因。结果表明:(1)所有预估模型对不同来源数据的预估精准度均表现出非一致性。所有模型对刘红瑛数据的预估效果均较好,而对Foreman数据的预估效果则均较差,说明当前所有模型对影响VMA大小的因素(如油石比、压实功等)还未能充分考虑;(2)Yu模型是基于颗粒堆积理论推导得到的,理论基础较强,对大部分所选数据预估结果的精确度和准确度均较好,而Hudson模型的预估精准度是最差的,沈士蕙模型和Inoue模型预估的精准度介于二者之间。建议通过纳入油石比、压实功等其他VMA影响因素、优化颗粒形状指标等手段,进一步提升VMA模型的预估精准度,使其更好地指导沥青混合料设计。
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    侯海龙, 屈锋, 石卫华, 黄志, 王功勋
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    为了研究冻融循环作用对掺加淡化海砂等原材料含有氯离子的粉煤灰钢筋混凝土结构的损伤规律,通过内掺氯盐的方法模拟海砂混凝土并设计了室内快速冻融循环试验。以海砂钢筋混凝土试件外观变化、质量损失率、损伤层厚度和相对动弹性模量4个评价指标探究了不同粉煤灰掺量对海砂钢筋混凝土的影响规律。将内掺盐冻复合作用下与已有研究中的气冻、水冻、外渗盐冻作用下的粉煤灰混凝土评价指标进行了对比分析。结果表明:随着冻融循环次数的增加,海砂粉煤灰混凝土的表层砂浆、细骨料和粗骨料依次脱落,其质量损失率及损伤层厚度增加,相对动弹性模量降低,混凝土抗冻性能有所下降,但其冻融损伤速率出现先增加后减小的趋势;粉煤灰掺入量越多,混凝土质量损失率及损伤层厚度越大,其相对动弹性模量越小,粉煤灰混凝土受到冻融循环损伤的程度越大,因此粉煤灰的加入虽能增加混凝土密实性,但不利于混凝土抗盐冻作用;相较于已有研究中的其他冻融方式,盐-冻双重作用加速了混凝土冻融损伤的发展,因外渗盐冻和内掺盐冻造成了混凝土内部氯离子分布差异,外渗盐冻作用对混凝土的影响更集中在外层区域,其中外层损伤的增加速度要快于内掺盐冻作用,但内掺盐冻对混凝土内部结构造成的损伤最大。
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    安永昌, 刘祺, 谭波, 黄河
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    为解决道路工程建设中大量消耗水泥及砂石环境资源压力、造价高等问题,以工业固废钢渣、赤泥为原材料,制备了赤泥-钢渣-水泥路面基层材料。采用抗压强度、间接抗拉强度、弯拉强度、冻融循环、干缩、有害元素检测(ICP检测)、XRD、电镜扫描(SEM)等试验,进行了赤泥-钢渣-水泥路面基层材料的路用性能、耐久性、环境性能及强度形成机理的微观研究。对试件浸泡液进行了ICP检测。利用XRD,SEM对该路面基层材料强度形成机理分析。试验结果表明:赤泥-钢渣-水泥路面基层材料最佳配比为钢渣∶赤泥∶水泥=70%∶30%∶4%,钢渣∶赤泥∶水泥=50%∶50%∶6%,两种配比7 d无侧限抗压强度均超过规范要求5 MPa以上,间接抗拉强度、弯拉强度分别达到0.6,1.5 MPa以上,具有良好的抵抗横、竖向变形能力;经过5次冻融循环试验, 抗压强度损失均在85%以上;经过180 d干缩试验,干缩量不足3.5 mm;浸泡液中有害元素Na+、F(氟)、Cr6+、铅(Pb)、镍(Ni)、砷(As)、硒(Se)、锌(Zn)质量浓度远远低于规范限值; 水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(AFt)等水化产物的生成是强度形成的主要原因。所以赤泥-钢渣-水泥路面基层材料具有良好的环境效益和社会效益,是较好的道路工程新型建筑材料。
  • 道路工程
    柯劲波, 顾松, 徐峻, 孟雄, 张荣
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    高速公路软土路基外侧分布有稻田或沟渠时,易引起路基坡脚软化,从而导致路基整体失稳。为研究该类软土路基的失稳机理和处治措施,选取云贵高原某山区高速公路软基整体滑移路段,对其工程病害特征、失稳机理和处治措施进行了分析,并对处治后路基的水平位移与沉降进行了跟踪观测。提出了设置抗滑桩、拆除滑移挡墙、重新处理挡墙基底后再浇注挡墙和反压护道+CFG桩3种初步处理方案,从工程费用、减少报废工程、节省工期及施工过程中对路基影响等方面进行了比选分析,并对反压护道+CFG桩处治后路基的水平位移与沉降进行了跟踪观测。结果表明:连续强降雨入渗,致使路基的抗剪强度产生一定衰减,路基填方体重力增大,对挡墙施加的侧土压力也随之增大,加之挡墙外侧即是稻田,坡脚处地基软化造成挡墙发生了向外滑移,滑移同时牵引路基体,引起路基坡面和顶面均产生纵向拉裂缝,进而发展为路基体纵向拉裂和错台式垂直下沉; 反压护道+CFG桩的软基处治为最优方案; 路基的沉降和水平位移量均可控且逐步收敛,地基和路基的整体稳定性良好。采用CFG桩+反压护道综合处治山区高速公路软土失稳路基有效可行,技术优势和经济优势显著。
  • 桥梁工程
  • 桥梁工程
    蔡秋香, 王陶
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    为获得混凝土固体声学特性与应力状态之间的关系,从超声波在固体中的传播特性入手,对C30,C40,C50混凝土试块进行了单轴分级加载,在压缩荷载作用下对混凝土超声波传播速度进行了试验研究,并提出了超声波法检测混凝土应力的试验方法。针对混凝土结构在不同应力状态下的波速变化,获得了超声传播路径上的应力波速表达式。利用沿荷载方向正交平面传播的超声波对混凝土试件进行了声速测量,分析了混凝土应力与波速的关系。通过线性拟合混凝土在声弹性阶段的超声波波速与受压应力的关系,获得了混凝土在声弹性阶段线性系数aLbL的值。根据试验数据建立了不同材料参数下的混凝土应力测试模型,模拟了不同压力下超声波在混凝土中传播情况,通过压应力与波速的模拟数据获得了模型的线性系数ambm的值。最后将不同应力下的波速模拟值和实测值作对比分析,验证了得出的线性系数能有效地表示超声波波速与应力的关系。结果表明:抗压强度前50%时,即声弹性阶段,超声波波速随应力的增大而线性下降;试件加载后期,即非声弹性阶段, 波速呈非线性下降。通过本方法的测试,为分析超声波在混凝土中的传播特性提供了有益的尝试,可为混凝土应力检测技术研究提供参考。
  • 桥梁工程
    白冰, 杨飞
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    斜拉索是大跨度斜拉桥的关键受力构件之一,其受力状态及几何参数的准确确定是开展结构设计分析和施工控制的重要基础和前提之一。针对这一问题,基于悬索解析理论以及数值求解技术,研究了斜拉索在给定目标索力条件下受力状态及几何参数等信息的快速高精度计算方法。首先,根据悬索解析分析,对适于工程应用的斜拉索线形、倾角及无应力索长等计算控制方程进行了分析总结, 重点针对控制方程参数,在分析简单迭代格式的基础上,结合弦截法数值求解技术,提出了求解方程参数的快速迭代解法,并就方法性能进行了对比验证。最后,应用上述方法对实际斜拉桥的斜拉索进行了分析探讨。结果表明:所提出方法具有较高的计算精度和良好的适用性,能够应用于实际桥梁工程斜拉索的控制之中;算法计算稳定、快速,首次迭代计算值即与最终收敛结果较为接近,迭代3~5次后计算即可准确收敛;随着斜拉索索长、竖向夹角不断增大,其非线性效应不断增强。算法针对各斜拉索仍能保持良好的精度和性能,取得了较好的应用效果,这为结构的高精度分析和斜拉索的精准制造、精确安装提供了参考。
  • 桥梁工程
    黄明星, 陈栩, 曹超飞, 尚静, 任东亚
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    为研究动水作用下水泥混凝土桥面防水黏结层的水稳定性,采用水敏感性测试仪模拟动水作用,对比分析了AMP-100二阶反应型桥面防水黏结剂(二阶反应型)、聚合物改性沥青基纤维增强型防水涂料(聚合物改性沥青型)和SBS热沥青共3种常用防水黏结层材料分别在干燥、真空浸水(长期作用)、动水(短期作用)、动水+浸水(短期+长期作用)和冻融等水损害条件作用下,对桥面防水黏结层拉拔和剪切强度造成的影响。结果表明:考虑短期+长期作用的水损害条件,对防水黏结层的力学性能削弱最大,对试件抗水损害要求最苛严,且其水作用方式最符合路面实际情况,故推荐该水损条件用于防水黏结层的水稳定性评价。对于二阶反应型,动水作用(第3.5 h)对力学强度的削弱约为真空浸泡作用的第45 h和第46 h;对于聚合物改性沥青,动水对力学强度的削弱约为真空浸泡第36 h 和第27 h;对于SBS热沥青,动水对拉拔强度的削弱约为真空浸泡第30 h,剪切强度的削弱大于真空浸水;二阶反应型在未受到水损害作用时,其力学性能好于聚合物改性沥青型,然而在受到水损害条件作用后,其力学能力衰减较快,显著低于聚合物改性沥青。此外,SBS热沥青防水黏结层的力学性能差于二阶反应型和聚合物改性沥青。
  • 桥梁工程
    李强, 陈志林, 刘龙龙, 赵尚传, 王少鹏
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    为研究炎热海洋环境中配筋混凝土结构遭受氯离子侵蚀的耐久年限,在Fick第二定律基础上,进行了钢筋混凝土结构服役过程中氯离子扩散机理的研究。氯离子侵蚀钢筋混凝土主要表现在以下5个方面:破坏钢筋钝化膜、形成"腐蚀电池"、阳极去极化作用、导电作用、Fe3+和Fe2+离子化学反应。考虑钢筋混凝土结构中氯离子参与的物理或化学、电化学反应过程,以及混凝土材料的差异性对表观活化能的影响,建立了考虑环境温度影响的氯离子扩散模型。综合不同因素对氯离子扩散速率的影响,建立了考虑温度、水泥组分、时间、荷载、水灰比等因素的氯离子浓度数学模型。根据南方某沿海钢筋混凝土结构的长期暴露试验数据,拟合得到不同温度条件下的氯离子扩散系数,分析了服役一定年限后不同深度处的氯离子浓度,对比了不同温度对不同保护层厚度的混凝土结构在钢筋开始锈蚀时间的影响。计算结果表明:考虑温度对氯离子扩散速率的影响时,钢筋开始侵蚀时间随着温度的增加而缩短,并且随着时间的增加差异逐渐变大,能更好吻合现场实测数据,验证了提出的氯离子扩散计算模型的准确性,为炎热海洋环境中混凝土结构耐久性设计和寿命分析提供了技术支撑。
  • 桥梁工程
    毛科强, 王少鹏, 贺亮, 刘刚, 任磊
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    水泥基渗透结晶材料可生成结晶物堵塞混凝土孔隙从而使混凝土表层更加密实,进而提升结构耐久性。为研究能够便捷表征渗透结晶材料对混凝土原结构密实度增强效果的方法,采用卡斯通量瓶测试了该种材料对混凝土表面的抗渗性增强性能,研究了其吸水渗透规律,并得出表征渗透结晶材料对混凝土表面密实度增强效果的合理参数。基于吸水规律提出了采用卡斯通量瓶测试水泥基渗透结晶材料表面增强效果的试验方法与表征参数。结果表明:卡斯通量瓶吸水试验,其吸水规律并不严格符合试件吸水量与t0.5成正比的规律, 其吸水量在前3 h内与t0.5呈线性关系, 在3~12 h内,吸水量与t呈线性关系; 两段吸水规律表达式中, 0~3 h段内,t0.5的斜率参数受试验注水过程人为因素影响较大,不具稳定性;3~12 h段内,t的斜率参数不受人为因素影响,稳定性好,即在单位时间内的吸水增量不变,建议采用3~12 h试验结果中t的斜率参数表征水泥基渗透结晶材料对原混凝土表面增强效果的优劣, 定义试件表面卡斯通量瓶吸水速率为在3~12 h内吸水量增加速率与吸水面积的比值,则试件表面卡斯通量瓶吸水速率的物理意义为单位时间渗透通过表层吸水面的水量长度,可以此吸水速率作为判断渗透结晶材料防护效果的参数。
  • 桥梁工程
    齐鹏, 魏海龙, 孙镇国, 包龙生
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    为了解决特大跨径拱桥系杆张拉合理方案难以确定的问题,提出了一种基于影响矩阵法的系杆张拉优化方法。该方法基于施工阶段系杆张力对结构内力、应力、反力等的影响矩阵,建立了施工阶段系杆张力与结构总响应的计算关系,给出了系杆张力在各类型响应约束条件下的可行域计算方法,以此求解出系杆张力在任意施工阶段约束条件下的可行域,解决了复杂施工阶段的系杆拱桥分阶段成形最优张拉计算问题。在跨径为507 m的目前世界最大跨飞燕式钢管混凝土拱桥(合江长江公路大桥)中完整地应用了系杆张拉优化方法。结果表明:经过所提出的系杆张拉优化方法优化系杆张拉方案后,仅增加了系杆张拉的次数和张拉力的大小,实现了优化后的成桥状态结构内力和线形与原方案基本保持一致;施工全过程中,拱座的弯矩峰值和水平力峰值分别下降为原设计方案的43%和33%,避免了施工过程中由于拱脚两侧系杆张拉的不合理性引起的基础失稳倾覆以及地基受到的较大水平推力,有效控制了边拱外包混凝土的拉应力,确保了系杆张拉施工全过程结构的安全性。因此,采用基于影响矩阵的系杆张拉优化方法能优化计算出特大跨径系杆拱桥的系杆张拉合理方案,大幅提升了该类型桥梁施工过程中结构的受力合理性。
  • 桥梁工程
    杨怀茂, 刘星星, 徐军, 王茂强
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    为研究摩擦型中央扣对超大跨单跨悬索桥静动力性能的影响规律,以某主跨2 180 m单跨钢桁梁悬索桥为研究对象,采用有限元分析方法,建立了三维空间有限元分析模型。对设置柔性中央扣、摩擦型中央扣、梁端约束装置及其组合应用等不同工况的大桥进行了静动力特性分析。重点关注梁端位移、跨中缆梁相对位移、桥塔内力、中央扣内力及应力幅值,明确了不同工况对超大跨悬索桥静动力性能的影响。开展了风-随机车流-桥梁耦合振动仿真分析,研究了运营阶段设置摩擦型中央扣对主梁在风和随机车流共同作用下的纵向变形规律。在此基础上,提出了大跨径悬索桥中央扣设置建议。结果表明:设置中央扣可大幅降低静力和地震作用时的梁端纵向位移及缆梁间相对位移,有效减小汽车荷载作用时梁端及缆梁间累计位移;当中央扣与梁端约束装置组合应用时,对超大跨悬索桥纵向位移控制效果更佳,但会增大梁端限位装置内力;摩擦型中央扣可有效解决普通柔性中央扣地震作用时内力大的问题,当与梁端约束装置组合应用时,摩擦型中央扣内力进一步减小。根据研究结果,可将摩擦型中央扣作为一种辅助附加措施与梁端约束装置进行组合应用,可增大桥梁纵向刚度,降低随机车流、风及制动力等频遇荷载下缆梁的相对位移。
  • 桥梁工程
    杨元海, 赵晓琴, 白寒冰
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    斜拉扣挂一次张拉扣索法中初张力的计算是保证拱肋线形安装精度的关键所在。鉴于目前对一次张拉扣索法的初张力计算方法的研究较为缺乏,以山区某上承式混凝土拱桥项目为背景,利用有限元软件Midas Civil建立了有限元模型进行扣索初张力算法研究。该算法计算过程主要分为3个步骤:首先,在计算模型中以位移控制作为计算的约束条件,进行正向施工过程分析。然后,利用正向分析模型中的刚度矩阵,建立初张力与位移的关系。最终,通过正向迭代得出所有扣索的初张力。结果表明:通过分析模型中提取的拱肋端部位移监测数据可发现,将该算法得到的初张力应用于斜拉扣挂一次张拉扣索法进行拱肋安装时,可以保证拱肋线形的安装精度,因此,利用该计算方法进行扣索初张力的计算是可靠的;通过对各个拱肋节段的扣索初张力数值与自重数值的深入研究可以发现,扣索初张力在竖直方向的分量与节段自重的比值均在0.2左右,利用这一比值关系可以根据节段自重及每个扣索的倾斜角度初步确定扣索初张力的大小,将该值作为正向迭代的初始值,可以大幅缩短扣索初张力的迭代求解过程,实现该算法的优化。该优化算法的应用,为斜拉扣挂一次张拉扣索法的初张力计算提供了一种切实可行的方法,为该工法的推广提供了有力支撑。
  • 桥梁工程
    王开源, 申波, 赵晓林
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    桩侧摩阻力是嵌岩桩承载力的重要组成部分,在提高嵌岩桩的竖向承载力中发挥着重要作用。为研究嵌岩桩的承载机理,以贵金古高速公路清池特大桥嵌岩桩承载力的现场监测为研究背景,分析了施工荷载作用下桩侧摩阻力的发展机理。基于嵌岩桩的桩-岩接触面的剪切特性,并经理论分析,推导了桩侧摩阻力与剪切位移的表达式。通过荷载传递理论,建立了嵌岩桩的荷载传递模型,利用Python实现四阶Runge-Kutta法求解该模型。工程桩的现场监测数据与计算结果吻合,表明了所建立的荷载传递模型的正确性以及计算方法的合理性,可用于研究嵌岩桩桩侧摩阻力的发挥机理。根据监测数据与荷载传递模型分析了不同施工荷载作用下剪切滑移阶段桩基截面轴力和剪切位移的特点。结果表明:施工荷载作用下,嵌岩桩的桩侧摩阻力由上到下逐渐发挥,承担了大部分施工荷载;当剪切位移达到极限剪切位移后,桩侧摩阻力逐渐保持稳定,施工荷载逐渐由桩端阻力承担;利用荷载传递模型计算的嵌岩桩截面轴力与和监测结果吻合,因此建立的荷载传递模型和计算方法具有实际的工程意义;计算的极限桩端阻力明显小于《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)计算的极限桩端阻力,这说明原设计的极限桩端阻力偏安全,需要进行合理的修正。
  • 桥梁工程
    欧阳汕, 孙镇国, 魏海龙
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    对于大跨径钢管混凝土拱桥,拱轴线与压力线的偏差会极大影响桥梁的受力状态。为了解决拱轴线优化问题,克服既有拱轴线优化方法存在拱桥主弦管受力不均、无法充分发挥钢管混凝土拱桥受力性能、结构参数利用率低等问题,提出了一种基于主弦管偏心距最小的拱轴线优化方法,充分发挥了每根弦杆的受力性能,结合图乘法与有限元理论,详细推导了该方法的建立与求解步骤。将全拱肋主弦管偏心距作为优化目标,设置全拱肋主弦管偏心距容许值进行迭代计算,通过迭代的方式实现了拱肋主弦管偏心距的优化。为保证线形的美观性与合理性,通过3次样条函数拟合的方式,实现了进一步优化,得到了可用于指导实际施工的拱轴线。在合江长江公路大桥上对该方法进行了验证。结果表明:本方法优化得到的拱轴线能够有效减小主弦管偏心距与弯矩峰值,结构参数利用率更高,相较于合江长江公路大桥初始线形的最大弯矩,优化幅值达到80%;各关键截面弯矩基本控制在100 kN·m以内,相较于抛物线、悬链线优化得到的最优拱轴线形,在内力方面整体最优;采用主拱圈全节点坐标的简便计算方法,可结合任意编程语言,实现模型全桥节点坐标的快速修改,配合优化方法便捷地实现拱轴线的优化。
  • 隧道工程
  • 隧道工程
    麦健, 张卫强, 程寿山, 于咏妍, 陈南
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    隧道工程中湿喷混凝土回弹率过大是影响工程质量和施工安全的主要问题之一。为了降低湿喷混凝土回弹率并满足混凝土综合性能的要求,根据混凝土工作性能和强度需求确定了混凝土的基准配合比和减水剂的类型及掺量,再采用试验对比法研究了纤维素醚与聚丙烯酰胺2种回弹抑制剂对湿喷混凝土性能的影响。揭示了回弹抑制剂在不同掺量下,喷射混凝土的坍落度、抗压强度、黏结强度和回弹率的变化规律,并结合规范对喷射混凝土性能的综合要求确定了2种回弹抑制剂的掺量范围。结果表明:随着纤维素醚掺量从0‰增加到3‰,坍落度呈现先增长后降低的趋势,坍落度峰值出现在掺量1‰附近;随着聚丙烯酰胺掺量从0‰增加到0.3‰,坍落度降低;随着纤维素醚掺量从0‰增加到3‰或聚丙烯酰胺掺量从0‰增加到0.3‰,混凝土抗压强度出现不同程度的下降,但仍能满足喷射混凝土的抗压强度要求;随着回弹抑制剂的掺入,混凝土黏结强度不断增长,且黏结强度均大于1.0 MPa;未掺入回弹抑制剂时,混凝土回弹率未满足规范需求;掺入纤维素醚2.0‰~3.0‰或掺入聚丙烯酰胺0.15‰~0.25‰后回弹率有明显降低;为满足喷射混凝土综合性能需求,建议纤维素醚适用掺量控制在2‰~3‰范围内,或聚丙烯酰胺适用掺量控制在0.15‰~0.25‰范围内。
  • 隧道工程
    袁松, 王峰, 张路华
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    为了掌握高海拔单洞双向公路隧道横通道临界风速的变化规律, 采用三维数值计算方法对不同海拔高度、不同火灾热释放率、不同火源位置工况下单洞双向公路隧道横通道临界风速进行了详细的计算。然后, 采用量纲分析法,建立了高海拔单洞双向公路隧道横通道临界风速的计算模型,并对其影响因素进行了分析。采用无量纲分析方法,提出了高海拔单洞双向公路隧道横通道火灾烟气控制临界风速随海拔高度和热释放率变化的计算方法。结果表明:火源位于隧道主洞侧壁靠近横通道口处时,隧道横通道火灾烟气控制临界风速最大,该火源位置为隧道横通道火灾烟气控制的最不利位置;在同一火灾规模下,隧道横通道临界风速随着海拔高度的增加而明显增大;当火灾热释放率分别为11.5 MW和32.3 MW时,海拔5 000 m隧道横通道临界风速较海拔0 m时分别提高了70%和30%,说明火灾规模较小时,海拔高度对横通道临界风速的影响更为显著;当同时考虑海拔高度对隧道火灾热释放率和横通道临界风速的影响时,海拔4 000 m公路隧道横通道临界风速较海拔0 m时降低了31.4%。该方法对高海拔单洞双向公路隧道火灾人员逃生疏散工程和防灾通风系统设计具有一定的参考价值。
  • 隧道工程
    秦松
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了研究不同防排水体系下海底隧道的渗流场分布及隧道变形特征,以复杂地质条件下汕头湾海底隧道陆域段为例,针对目前设计方案提出的两种防排水型式,考虑隧道流固耦合效应,采用室内试验参数标定与数值模型相结合的方式,研究了防排水型式对隧道稳定性的影响。考虑到地质条件的复杂性,分析了不同围岩级别对衬砌结构水压力、应力场及位移场的影响规律。结果表明:试件在室内试验压缩作用下,主要产生剪切破坏,破坏面与最大主应力作用面夹角约70°,周围伴有局部的张拉裂纹;数值模拟中岩体破裂形态和试验结果高度一致,破裂角度相同,峰值强度吻合,变形曲线误差在允许范围之内;衬砌结构各部位孔隙水压力绝对值的大小关系为:仰拱>边墙>拱顶,半包型防排水体系相对于全包型防排水体系其边墙与仰拱交接部位更容易出现应力集中现象;受断裂带的影响,Ⅳ级和Ⅴ级围岩区段孔隙水压力、应力以及变形量远远大于Ⅱ级围岩区段,Ⅳ级和Ⅴ级仰拱部位水压力值过大,应加设泄水阀,以达到控制排水、降低衬砌结构水压力的目的。半包型防排水体系要优于全包型防排水体系,因此对于类似的海底隧道陆域段,建议采用半包型防排水体系。
  • 隧道工程
    高晓静, 刘志国, 朱飞飞, 周幸宇, 杨建朋
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    为了明确高地应力石膏质岩隧道病害特征、探明病害灾变机理,提出合理有效的处治措施,以某高地应力石膏质岩隧道为例,跟踪与监测了隧道病害的发展过程,统计分析了隧道病害分布数据,总结了隧道主要病害段最大主应力、地层岩性、岩石单轴抗压强度、地层特征、典型病害类型及病害处治措施。结果表明:高地应力石膏质岩隧道病害类型主要为衬砌裂缝、路面隆起及翻浆冒泥、水沟及电缆槽挤压变形、衬砌掉块、路面与电缆槽离缝、衬砌渗漏水、混凝土腐蚀等, 其中,规模最大的病害是衬砌裂缝,纵向裂缝和环向裂缝占总裂缝数的36.1%和46.4%,纵向裂缝最大长度大于斜向裂缝和环向裂缝;高水平地应力条件下衬砌裂缝主要分布于边墙,衬砌掉块主要位于拱顶和边墙;衬砌渗漏水主要发生在拱腰处;路面隆起常伴随路面渗水、翻浆和冒泥病害的发生;高地应力石膏质岩隧道病害具有类型复杂、持续时间长、复发率高的特点,含石膏岩且围岩节理裂隙发育区段,隧道病害类型多、病害严重程度大,混凝土腐蚀病害区段围岩均含有石膏岩;高地应力石膏质岩隧道病害发生的主要原因是高地应力作用、石膏质岩膨胀软化和硫酸盐侵蚀,在这些因素综合作用下隧道病害逐渐加剧并呈集中爆发态势,地下水是隧道各种地质因素病害的催化剂。
  • 隧道工程
    唐波涛, 王兴, 王伟, 陈志国
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    为了探索隧道温度场分布规律,合理铺设隧道保温层,采用ABAQUS建立了三维实体模型,分析了寒区隧道在周围环境等影响因素作用下洞内纵向全长及不同高度温度场分布特征及其变化规律,对不同材料的保温层铺设方案进行了效果比选,并对隧道铺设保温层前后的有限元温度场温度变化规律进行了对比。结果表明:隧道的温度变化梯度为每公里升高约7 ℃,隧道横断面最低温位于拱顶位置, 隧道入口端极限低温段长度约为400 m,而出口端长度约为800 m, 其中,边墙、拱顶及拱腰温度变化最明显;对于使用不同保温材料的保温层,3种保温方案的隧道围岩整体温度场趋势一致,说明使用3种材料的保温方案均有较为理想的防冻保温效果;7 cm聚氨酯9 cm酚醛的组合保温方案,相较于其他方案,其平均最低、最高温度分别由-8 ℃,-2 ℃提升至-5 ℃,1 ℃,满足隧道防冻要求,均明显优于另外两种使用单一保温材料的保温措施,总体保温效果最优。经监测数据对比及有限元模拟验证,组合保温方案完全达到隧道防冻要求,可以作为案例隧道较为理想的防冻保温措施。研究结果对确保寒区隧道通行能力和服务水平、提高道路行车安全具有重要意义,可为类似隧道的冻害处治提供行之有效的解决方法。
  • 隧道工程
    龙杰, 胡鸿川, 李磊, 何国华
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    为了有效应对岩溶地区隧道排水系统结晶堵塞带来的渗漏水破坏问题,采用文献综述的方法总结了岩溶隧道排水系统结晶组成成分、机理及其影响因素,详细归纳了现有的结晶处治技术,阐述了各技术的研究现状,对各处治技术的发展进行了展望。结果表明: 隧道内部的结晶成分以碳酸盐为主,其成盐离子主要来源于岩溶水以及混凝土中, 该现象受到诸多因素的影响,并且各影响因素之间存在明显的耦合关系; 现有的结晶处治技术种类繁多,在诸多场景均有良好的应用,但由于隧道排水系统属于隐蔽结构设施,各类技术在隧道结晶处治中的应用受到了极大的限制,并且由于隧道结构所处环境的复杂性,导致实际处治效果多数情况与理论存在较大差异。因此,针对隧道排水系统结晶处治技术的研究应从以下几点出发:明确各类处治技术的作用机理,加强多种技术协同作用的综合处治方法的研发;考虑隧道环境因素对实际处治效果的影响,增强各类处治技术对隧道排水系统应用场景的适用性;对岩溶地区隧道排水系统进行针对性设计,使其更加有利于结晶处治;加强后期运维管理,促进结晶预防-处治长效机制的形成。
  • 隧道工程
    周凤印, 汪先国, 于远祥
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    为了防止隧道开挖后围岩过度变形后发生侵限现象,需要在围岩与支护结构之间预留合理的变形空间,以允许围岩产生适度塑性变形来充分发挥围岩的自承载能力。以陕西安岚线某在建深埋公路左线隧道ZK86+405断面Ⅲ级围岩作为研究对象,监测了该断面拱顶及各台阶左右侧墙的变形状况。基于现有弹塑性力学理论,建立了地下孔隙水作用下的深埋隧洞围岩弹塑性力学计算分析模型。考虑孔隙水压力与施工扰动对围岩强度及变形的综合影响,推导了施工扰动条件下深埋隧洞开挖后含水围岩应力及位移的解析解。在此基础上,提出了一种含水地层深埋隧洞开挖合理预留量的确定方法。结果表明:施工扰动损伤程度及孔隙水压力大小对隧道围岩径向位移量影响显著,具体表现为围岩径向位移随施工扰动损伤程度及孔隙水压力大小的增加而快速增大;运用上述理论成果确定安岚线某在建深埋公路左线隧道开挖后的合理预留量为110 mm,现场监测结果表明拱顶下沉总量为90 mm,上、中、下台阶左右侧墙的水平收敛总量分别为143,179 mm和165 mm;隧道围岩变形量未超出开挖预留量设计值,围岩未发生侵限现象,确保了该隧道的安全快速施工,对于隧道快速施工及日后安全运营均具有十分重要的现实意义。
  • 交通安全
  • 交通安全
    刘卓凡, 何瑜超, 丁涛, 曾钰萌
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    视觉分心极易引发交通事故,对驾驶人操作行为的影响与交通环境和分心程度相关。为了研究在不同交通环境下视觉分心程度对驾驶人操作行为的影响规律,在驾驶模拟器上建立了3种不同的交通环境:城市、乡村和高速道路,对26位被试者进行了模拟器驾驶试验。采用遮挡视线的方法,设计0, 1, 2 s固定时长,量化了被试者的视觉分心程度。采集了被试驾驶人的视线遮挡次数和对方向盘、油门踏板的操作行为参数,并对其进行了统计分析,构建了一般线性模型。结果表明:被试者主动遮挡视线次数与交通环境的复杂度和视觉分心程度反相关, 正常驾驶和视觉分心1 s状态下的驾驶行为参数没有显著性差异;当视觉分心2 s时,方向盘角速度和回转率显著下降,方向盘转角、转向熵和油门踏板开度标准差则显著增加,导致转向误差增大、转向平顺性下降、转向灵活性降低及纵向平稳性下降, 说明驾驶人的环境感知力与交通环境复杂度和视觉分心程度均相关,低强度视觉分心不会显著影响驾驶人的环境感知力,而视觉分心2 s会严重降低其环境感知力,此时驾驶人则通过释放油门踏板和频繁操作方向盘来补偿视觉分心期间的信息丢失,增加对车辆的把控度。
  • 交通安全
    吕慈明, 刘电, 张秀杰
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    为了实现道路场景下天气图像的准确识别,提出了一种基于道路分割的道路天气识别方法,通过设计一种结合语义分割模型提取道路区域特征的方法,构建了一种结合道路天气图像全局特征及道路特征的道路分割融合网络(RSFN)。首先,通过道路分割网络对原始图像进行预处理,获取二值化图像,并利用卷积特征掩码(CFM)获取了道路区域信息。随后,构建了由全局网络分支和道路网络分支构成的卷积神经网络,分别用于提取整体图像区域特征和专注提取道路天气特征。针对提取到的不规则道路特征, 使用CFM将图像全局特征和道路局部特征进行融合。最后,通过全连接层进行了重点道路区域的天气识别,并兼顾整体的天气识别,实现了阴天、晴天、雾天、雨天和雪天5种天气的识别。通过收集多个城市地区不同路段、不同天气下的高速公路真实监控视频,构建了道路多分类天气数据集(RMWD),并与不同网络模型进行了测试结果对比。结果表明:在参数和运算量都有所降低的情况下,RSFN天气识别算法的准确率和召回率为85.40% 和80.30% ,分别提高了至少3.97%和3.86%;基于道路分割的道路天气识别方法将网络模型提取特征的重点区域放在了道路中,RSFN算法实现了道路天气特征的有效提取,能够有效应用于道路场景下实时准确的天气识别。
  • 交通安全
    程瑞芬, 魏鑫磊, 夏海英
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    为准确高效地评估道路运输车辆的运行安全风险,针对目前基于车辆安全配置层次分析法的车辆运行安全风险评估存在着主观因素占主导和准确性不高等问题,提出了基于统计校正层次分析法的车辆技术状态安全风险评估方法。综合考虑专家经验知识和客观数据规律,通过事故统计数据修正了层次分析法中的评估权重,降低了基于层次分析法的运输车辆安全风险评估中的主观因素。采用理论研究和试验数据相结合的方法,将道路运输车辆安全配置对车辆运行安全风险的影响作为主要研究对象, 通过定量评估实现了风险的可度量,提升了基于车辆安全配置的运输车辆运行安全风险评估的准确性。基于车辆本质安全理论和专家知识,结合真实车辆配置数据和事故统计数据,通过试验计算验证和对比研究,构建了基于统计校正层次分析法的道路运输车辆配置安全风险评估模型。结果表明:相比于传统的层次分析法, 提出的基于统计校正层次分析法的车辆技术状态安全风险评估方法能够有效降低93.32%评估误差,能够有效提升基于车辆安全配置的道路运输车辆运行安全风险评估的准确性, 能够在已知车辆安全配置的情况下快速定量获取车辆运行风险值,从而高效准确地评估道路运输车辆的运行风险。
  • 交通安全
    范泽
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    为解决交通工程中立交互通设计方案的多目标优化比选问题,依托实际枢纽互通设计方案比选实例,开发了基于层次分析法(AHP)的逼近理想解排序法(TOPSIS)优选评价模型。首先, 以打分形式将专家长期工程设计经验引入决策评价体系,基于AHP确定了指标权重,融合TOPSIS法构建了综合考虑主客观因素的多目标优选模型并提出了互通方案优选决策方法。其次,以某枢纽互通方案比选案例为对象,与熵权法优选决策模型进行了对比分析。最后,通过复杂指标方案比选实例验证了决策模型的性能。结果表明:所提出评价模型可以科学地实现主客观因素的融合,方法理论概念清晰,易于实现;在对比分析中,由AHP确定的方案1为最优,贴近度为66.24%,而熵权法确定的方案3为最优,贴进度为51.35%,AHP的决策结果更符合实际工程目标导向,与最终方案决选结果一致,模型评价结果可靠;在复杂指标方案比选模型验证中,结合10个指标因素并综合专家打分输入模型,即可得到方案优选决策结果,且以数值形式展现; 最终模型评价结果同实际工程决选一致,证明所建立的基于层次分析加权的TOPSIS优选决策模型具有逻辑严谨、计算简易、适用性强等特点,符合实际工程评价需求,能够有效解决多目标优选决策问题。
  • 交通安全
    翟艺阳, 罗昱伟, 张驰, 刘强, 彭恩鹏
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    为了探究交通事故与高速公路交通态势的关联性,以某省14条高速公路的电子不停车收费数据为基础,分析了交通态势的变化特征。选取车辆速度分布、客货分位速度差、交通组成3个研究指标,以K-means聚类分析方法对交通事故进行了分类。结果表明:通过速度分布参数可得到交通事故在不同交通态势下发生的速度特征,其中"拥堵条件下发生交通事故"通常发生于高速公路速度分布为"低峰肥尾"或"高峰瘦尾"的路段,"通畅条件下发生交通事故"通常在速度中值低、速度范围小、速度集中程度高的路段发生,且此类路段通常与该类的聚类中心距离为0.1~0.16;根据50~85分位中高速区间客货分位速度差可将路段划分为两种类别,类别1与类别2相比,其客货速差较小,事故类型以单车事故为主,事故车型不包括客货双车;按照客货比交通组成可将路段划分为3个类别的交通态势,交通拥堵状态差异不大,然而客货比分别为低、中、高,发生的特殊事件也有明显差异; 应用该方法进行交通事故划分判别可在一定程度上提高实际事故判别准确率。随着ETC数据挖掘技术的不断发展及数字化平台的广泛建设,依托ETC数据的应用场景将越来越丰富,行业数字化管理水平将得到不断的提高。
  • 城市交通
  • 城市交通
    李婷婷, 邓社军, 陆曹烨, 王勇, 廖华军
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    为实现城市生活垃圾的高效收集和低碳运输,加快实现城市交通运输体系"双碳"目标,基于车辆路径问题的建模求解方法,进行了具有车辆容量限制及时间窗约束的垃圾车辆低碳收运路径优化研究。为合理利用现有资源,根据垃圾时空分布规律,采用K-means聚类算法对城市垃圾收集的关键节点进行了分区重构。为准确测算车辆收运过程中的碳排放量,引入碳排放系数与碳税参数,采用"燃油-碳排"转化法来衡量企业的碳成本,构建了以车辆运输成本、固定成本和碳排放成本之和最小化为目标的车辆调度与路径优化模型。为加快算法的收敛速度并提高求解质量,提出了改进蚁群算法,首先改进了蚁群算法的状态转移方式和信息素更新方式,引入最大最小蚁群算法与2-opt局部搜索算法,进行了早熟收敛性判断。最后基于浙江省湖州某地垃圾收运实例数据,与遗传算法和粒子群算法进行了对比分析,验证了所提模型和算法的有效性。结果表明:与遗传算法和粒子群算法相比,蚁群算法具有较强的鲁棒性与并行性;与实际收运方案相比,基于分区的改进蚁群算法所得到的收运方案总成本可减少35.7%,其中碳排放成本可减少25.3%。研究成果可为实际收运过程中的车辆路径选择提供参考,提高收运效率,实现节能减排的目的。
  • 运输经济
  • 运输经济
    潘晓飞, 张涛
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    为保证生鲜品生产的规模化和高品质及销售过程的新鲜度,合作社统一播种、生产和管理,直供商超销售已蔚然成风。商超对生鲜品采取保鲜措施,不仅有助于保障产品的新鲜度,也有助于减少果蔬的腐烂变质和产后损失。合作社对商超未售出的剩余产品进行回购,有助于提高商超的供货量和激励销售。将需求视为生鲜品价格、保鲜努力和随机因素的函数,考虑商超的损失规避行为、合作社的风险中性及合作社的回购补贴策略,构建了商超最优保鲜努力和定价、合作社最优供货量的供应链优化决策模型。以期望效用最大化为目标函数,运用MATLAB编程实现了优化模型的规划求解。灵敏度分析表明:商超损失规避系数上升,保鲜努力水平降低,供应链的整体效用降低;消费者价格敏感系数的上升导致保鲜努力水平、价格、供应链期望效用降低;保鲜努力敏感系数上升导致保鲜努力水平、价格上升和供应链整体效用提升;回购补贴使得保鲜努力水平降低,期望效用下降,当商超的风险厌恶程度在某个区间取值时,集中决策时的供应链期望效用大于分散决策;利润共享机制可以保证供应链成员的合作双赢,使各方收益均大于单独决策。该研究可以为损失规避零售企业的供应链建设及销售决策提供借鉴。
  • 运输经济
    李志强, 陈来荣, 刘冬梅, 赵琳
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    针对春运期间的大客流集中出行场景,精准的客流量预测对于交通运输行业管理部门科学研判客流趋势特点和做好疫情防控工作具有重要意义。以历年春运期间铁路、道路、水运、航空多方式客流量数据为基础,结合手机信令数据的人口出行规律监测数据,充分挖掘了历史数据的动态变化规律,提取了节假日、非节假日、疫情防控措施对客流量的影响,并进行了相应的特征标签标记,基于LSTM算法构建了全国各运输方式日客流量预测模型。综合考虑学生、农民工等典型出行群体春节前返乡、春节后返程等时空分布规律特征,采用"15+25"拼接组合的方式提出了在疫情常态化防控措施影响下的各方式春运客流量双层平行长短期记忆神经网络预测方法。以2022年春运40 d 全国客流量为例,分别从春运日客运量和春运客运总量2个角度进行分析,对本方法进行了试算,并与岭回归(RR)模型、支持向量机(SVM)模型、门循环单元(GRU)模型3种常见预测模型的预测结果进行了对比。结果表明:双层平行长短期记忆神经网络预测方法对春运日客运量预测的平均绝对百分比误差在7%~17%之内,对春运客运总量预测的平均绝对百分比误差在7%以内。模型精度高于其他预测模型,对研究分析重大公共突发事件下的客流量预测具有借鉴意义。