2023年, 第40卷, 第6期 刊出日期:2023-06-05
  

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    道路工程
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    王黎明, 刘君云, 王慧博
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    为探究表面活性剂对稀释沥青及其沥青混合料工作性的影响,将稠油降黏剂AMS与Span80复配后添加至稀释沥青中,通过黏温关系、表面接触角、拌和裹附率以及压实特性四阶段的试验分别考察了表面活性剂对稀释沥青混合料拌和与压实的影响作用。试验结果表明:复配油溶性表面活性剂能显著降低沥青与集料界面的表面张力并使稀释沥青降黏,其中界面影响占主导地位,复配表面活性剂的掺入能够在降低柴油用量的条件下保证混合料的拌和效果;复配表面活性剂的掺入可降低稀释沥青黏度,对改善稀释沥青施工和易性有显著效果,能够明显改变沥青与集料之间的液-固界面张力,在降低稀释剂剂量的条件下使沥青混合料仍然达到较好的施工性能;复配表面活性剂的掺入可使沥青在集料表面铺展性更好,降低阻力,更易于摊铺;在压实成型过程中,复配表面活性剂的掺入可使沥青与集料之间起到润滑效果,可使稀释沥青混合料最终压实度更大,使得沥青在集料表面的润湿和铺展能力提高,改善混合料的拌和均匀性及更易于摊铺压实; 在1.0%~1.5%的表面活性剂剂量下,对稀释沥青混合料摊铺、压实特性的改善可达到增加4%~6%柴油的效果,1.0%~1.5%复配表面活性剂可代替4%~6%的柴油稀释剂,使混合料达到相同的拌和均匀性和压实工作性。
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    王平, 敬超, 冯文力, 汤建华, 史文华
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    为了探究多元固废联合洞渣用于沥青路面水稳基层的收缩特性,将挖掘隧道的洞渣、铁尾矿砂、磷石膏应用到路面水稳基层,开展了3种水泥剂量下的5种集料的干缩温缩测试,并对干缩温缩的综合性能进行了评价,为固废在道路半刚性基层中的综合利用提供了参考。干缩试验按照《无机结合料稳定材料干缩试验方法》(T0854—2009)要求,将梁式试件放置标准养护箱6 d泡水1 d后,在干缩室中进行了180 d的连续测试。温缩试验按照《无机结合料稳定材料温缩试验方法》(T0855—2009)要求,分别对梁式试件进行了7 d和90 d的温缩试验,温度分为5档,分别为50~30,30~15,15~5,5~-5,-5~-20 ℃。结果表明:每种水泥剂量下5个系列试件表现出相似的变化规律;无论干缩还是温缩,所有系列试件都是随水泥剂量的增加而增大;对于干缩,在90 d后,各类型试件干缩变形与干缩系数稳定不再发展,铁尾矿砂 + 3%磷石膏SW(G+I+3%P) 的试件干缩应变和干缩系数最小;每种水泥剂量下含磷石膏系列试件在早期都出现膨胀,水泥剂量越高,膨胀量越大;相同水泥剂量下, SW(G+I+3%P) 膨胀量最小,铁尾矿砂 + 6%磷石膏的试件和铁尾矿砂 + 9%磷石膏的试件膨胀量接近;对于温缩,所有温区都是随水泥剂量的增加而增大,各系列试件90 d龄期温缩系数要小于7 d龄期; 干缩温缩综合性能的评价结果表明,3种水泥剂量下都是SW(G+I+3%P)系列试件性能最优。
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    吴林松, 王旭洋, 许泽宁, 姚华彦, 潘培培
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    沥青胶浆的力学特性对沥青混合料的性能有着重要影响。为改善沥青混合料的抗剪性能, 开展了不同长度(3, 6, 9 mm)、不同质量掺量(2%, 4%, 6%)的玄武岩纤维沥青胶浆的直剪试验。通过试验得到的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角来评价沥青胶浆的抗剪性能,研究了玄武岩纤维对沥青胶浆抗剪性能的影响规律,并分析了纤维对沥青胶浆的增强机理。结果表明:玄武岩短切纤维对沥青胶浆的抗剪强度有显著增强作用,其增强效果与玄武岩纤维的长度和掺量有关。在相同纤维掺量条件下,试样的抗剪强度都随着纤维长度的增大而增大。在相同纤维长度条件下,对于长度为3 mm或6 mm的纤维,沥青胶浆的抗剪强度随纤维掺量的增大而增大,而对于长度为9 mm的纤维,抗剪强度随着纤维掺量的增加先增后降,在掺量4%时达到最大,掺量继续增大到6%时,抗剪强度提升效果减弱,这与纤维分散不均和堆积形成薄弱面有关。玄武岩纤维沥青胶浆抗剪强度提升的原因在于掺入纤维之后,其黏聚力和内摩擦角都有不同程度的增加;玄武岩纤维与沥青有着良好的亲和性,可以吸附沥青,穿插锚固在沥青之中,受到外力作用时,产生滑移现象阻滞沥青胶浆的变形;玄武岩纤维增强机理在于纤维均匀分布在沥青中可以有效约束剪切裂缝的形成,延缓沥青剪切界面的扩展,从而增强沥青胶浆的抗剪性能。
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    许艳芝, 许益东
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    为提升路面冷再生乳化剂的乳化性能,突破沥青路面冷再生技术中乳化剂性能的瓶颈,采用碱性木质素(AL)为原材料,通过曼尼希(Mannich)反应和引入二乙醇胺(C4H10N2O)与缩水甘油三甲基氯化铵(C7H15ClN2O2,GTMAC)作为表面活性剂,制备了一种新型胺功能化复合阳离子型木质素乳化剂(ACCLE),目的在于提供一种性能优良、原材料来源广泛且合成原理与工艺可行的乳化剂,为沥青路面冷再生技术的广泛应用提供技术支持。针对木质素浓度对乳化剂性能的影响,通过优化试验参数获得了乳化剂最佳掺量。在最佳掺量下,ACCLE乳化剂的导电率比碱性木质乳化剂(ALE)提高了102.1%,改性乳化沥青(ACCLE-EA)的粒径比未改性乳化沥青(LE-MA)降低了68.87%,表明ACCLE乳化剂显著提高了沥青乳化性能。为揭示ACCLE乳化剂乳化性能的增强机理,采用分子动力学模拟方法,探讨了胺功能化复合阳离子型木质素乳化剂与沥青分子间的相互作用。结果表明: ACCLE乳化剂中胺基团的引入增强了乳化剂与沥青分子之间的静电作用力和氢键作用,从而提高了乳化剂的乳化性能;采用碱性木质素制备的ACCLE具有原材料来源广泛、性能优良、合成原理与工艺可行等优点;ACCLE乳化剂制备过程简单、成本低廉,有望降低沥青路面冷再生技术的生产成本,推动其在道路工程中的广泛应用。
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    常建勇
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    为了探究不同废油对长期老化后SBS沥青流变性能和微观结构的影响,选用厨余油、废生物油、废机油作为再生剂掺入老化SBS沥青中。通过动态剪切流变仪进行了温度扫描、频率扫描、多应力重复蠕变(MSCR)试验、线性振幅扫描(LAS)、弯曲梁蠕变(BBR)试验,对全温度域内再生沥青的流变性能进行了综合评价。采用四组分分析试验与荧光显微镜对不同废油再生SBS沥青的化学组成和微观结构进行了观测,分析了不同废油的再生机理。结果表明:不同废油均能够补充沥青在老化过程中损失的轻质组分,软化沥青,降低沥青硬度与脆性,使得再生沥青高温流变性能和弹性恢复性能低于老化后沥青,且废机油对于老化沥青高温性能的影响最小; 不同废油可提升再生沥青的抗疲劳性能,厨余油再生沥青疲劳寿命相比老化沥青提升了110%以上,废生物油与废机油再生沥青的疲劳寿命也高于老化沥青;3种废油再生沥青的低温抗裂性能均有不同程度的恢复,在降低劲度模量的同时蠕变速率增大, 废生物油对老化沥青低温性能恢复效果最好,劲度模量相比老化沥青降低了40%;不同废油的再生机理类似,即能够补充老化沥青因热氧作用损失的轻质组分,调节老化沥青的化学组分,改变沥青的胶体结构; 废油的加入对老化SBS沥青中降解的聚合物没有明显影响,不能修复断裂的SBS分子。
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    禹贵香, 吴子龙
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    针对不同粗细颗粒掺量下的粗细颗粒混合土试样,开展了一系列室内击实试验以分析不同粗细颗粒掺量下混合土试样的压实特性。基于室内冻融循环试验和冻融循环前后的微观试验(核磁共振试验和三维CT扫描试验),明晰了冻融循环作用下粗细颗粒混合压实土的无侧限抗压强度劣化规律以及微观机理。结果表明:随着粗细颗粒混合土中粗颗粒掺量的增加,粗细颗粒混合土的水分敏感性逐渐降低,其有利于现场碾压施工;当混合压实土中粗颗粒掺量低于27.5%时,随着粗颗粒掺量的增加,粗细颗粒混合压实土的无侧限抗压强度提升很缓慢,但冻融循环作用会诱发其抗压强度快速衰减;当混合压实土中粗颗粒掺量超过27.5%时,随着粗颗粒掺量的增加,混合压实土的无侧限抗压强度快速提升,冻融循环作用对强度的衰减不明显,其本质在于混合压实土的内部形成了粗颗粒骨架,此时混合压实土的无侧限抗压强度由粗颗粒骨架控制且冻融循环作用对骨架形成后混合压实土的内部孔隙影响不明显。为此在西部地区高速公路建设过程中,如将粗细颗粒混合土用作路基填料,建议将混合压实土的粗颗粒掺量提高至27.5%以上,其不仅有利于现场碾压施工,同时其强度特性能够得到保证且冻融循环作用对强度的劣化影响不明显。
  • 道路工程
    陈钰, 付晨曦, 南林, 李广俊, 涂柯
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    由于单组分聚氨酯混合料在运输过程中,其路用性能会受到环境温、湿度及运距时间的影响,从而减少了混合料的可容留时间,不便于施工,可通过研究可容留时间与相关性能指标之间的关系来解决这一问题。为准确了解单组分聚氨酯混合类实际应用过程中的可容留时间及指标,首先通过空隙率、马歇尔稳定度及飞散试验优选出聚氨酯混合料级配,利用飞散试验与析漏试验明确了最佳聚氨酯用量。接着根据确定的级配及最佳聚氨酯用量制成混合料,分别通过空隙率、马歇尔稳定度、高温车辙、低温抗裂、浸水马歇尔强度和冻融劈裂强度试验对不同运距时间,不同温、湿度环境下的混合料力学性能、水稳定性与温度稳定性进行了综合监测试验,研究其变化规律。最后基于该规律控制可容留时间,提出了可容留时间判断依据及指标并分析了温、湿度与其的关系。结果表明:单组分聚氨酯混合料随着温、湿度上升或运距时间延长造成力学性能、温度稳定性及水稳定性下降,说明该混合料施工以常温下现拌现铺最佳;混合料水稳定性弱且与可容留时间相关性高,水稳定性为可容留时间判断依据;空隙率与水稳定性相关性高,可用空隙率表征水稳定性并以此为容留指标;在试验环境中,每当环境温、湿度上升10 ℃/25%RH,可容留时间会缩短约0.5 h,容留指标(空隙率)应降低约1.3%。
  • 道路工程
    唐巨星, 李双喜, 姜春萌
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    为了研究戈壁土混凝土制备方法及其力学、抗裂性能,采用水玻璃和CaCl2复合配制了戈壁土胶砂试件(水玻璃、CaCl2与戈壁土、砂均匀混合后,密封10 h与水泥混合),研究了水玻璃、CaCl2掺量对胶砂力学和抗裂性能的影响,并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、压汞法测试(MIP)等测试手段分析了其胶结机理。试验结果表明:无论是单掺水玻璃还是水玻璃+CaCl2复掺入戈壁土胶砂中均有利于改善其强度,复掺的效果优于单掺; 增加激发剂掺量,胶砂强度呈先增加后减小的趋势,且前期强度平均增长速率高于后期; 在戈壁土30%的掺量时,外掺2%CaCl2+3%水玻璃的胶砂抗压强度最高,28 d可达63.3 MPa,较基准组提高了54.8%;戈壁土经水玻璃、CaCl2胶结后,提高了圆环试件抗裂性能,圆环试件开裂时间延后6~7 h,裂缝长度缩短9.4%~37.7%,裂缝宽度降低10%;水玻璃和CaCl2能够增加土中O-H基团(羟基团)数量,促进土粒与水泥之间的结合与反应,CaCl2通过Ca2+与土粒中Na+的离子交换作用,加速土中矿物的水解;复掺水玻璃和CaCl2后,改善了胶砂各类型孔分布,试件孔隙率比Y组下降了0.94%,平均孔径下降了7.6%,最可几孔径降低了11.0%,无害孔增加了4.7%,少害孔减少了10.6%,试件的密实度提高,内部结构得到优化,进而提升其力学及抗裂性能。
  • 道路工程
    高晓影
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    为了探究不同因素对于无机结合料稳定类基层内部收缩应力的影响及其影响程度,为基层设计方案提供参考,通过有限元的方法,建立了二维状态下的无机结合料稳定类基层与路基模型,模拟了基层在养护期间由于水分蒸发引起的收缩过程,分析了不同因素对于基层内部干燥收缩应力大小及其分布影响的特点。结果表明: 在长度方向上,收缩应力值在靠近自由端的部分发生急剧的变化,基层内部的绝大部分区域承受着较高的收缩应力; 在基层厚度方向,内部的应力分布与湿度场的形式有关,其中,以基层受均匀湿度场作用下内部的收缩应力值最小; 除了收缩系数、失水率以及模量以外,基层的几何形状对于基层内部的收缩应力值及其分布都具有一定的影响,它们与收缩应力值的相对关系可以通过幂函数的形式表达, 其中,收缩系数、失水率、模量对于基层的收缩应力影响最大。相反,由于收缩应力的分布与基层开裂趋势关联紧密,这些影响因素对应力分布的影响程度排序与其对收缩应力值的排序相反,其中,基层的几何尺寸对于收缩应力的分布影响最大。
  • 道路工程
    刘文劼, 巢万里, 罗文, 聂伟, 邱志伟
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    为避免填石高路堤在施工过程中碎石下落引发的事故,以湖南省官庄至新化高速公路朱家坳高路堤为背景,针对落石轨迹、弹跳高度、能量等进行分析以评估落石风险。首先,在试验现场规划合理航线以实施无人机(UAV)低空航拍,通过倾斜摄影技术重构了高分辨率的高路堤数字实景模型,在此基础上利用颗粒流离散元分析开展了三维环境下的落石模拟,进而获取了各个区域的碎石滚落数量、达到时间、最大速度等数据。其次,提取了5组重要剖面导入二维落石分析软件,对各个剖面材质赋予不同的切向阻尼系数、法向阻尼系数、摩擦角等,以模拟现场的碎石坡面、植被坡面、土坡面,并进一步分析了自重作用下碎石的滚落距离、跳动高度、冲击能量等。结果表明:约有10%的碎石滚落至坡脚便道位置,最大速度已达到17 m/s以上,冲击作用非常显著;1#剖面的落石在坡面上多次碰撞反弹,在4,3,2级坡面上具有一定的弹跳高度;1#和5#剖面落石到达坡脚后仍然具有较大的动能,因此需要增加防护措施以保障下方车辆和人员的安全。建议在1#剖面下部和5#剖面的坡脚上方设置临时支挡,并通过仿真分析进行了验证。最终根据计算分析结果设置了合适的临时支挡,取得了良好的防护效果。
  • 道路工程
    乔明, 史斌, 陶卓辉, 侯睿
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    为了研究水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力评价指标的显著影响因素,确定合适的水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力评价指标,基于8因子3水平的正交设计,利用脱空与接缝传荷的有限元模型,定量分析了因子对水泥板脱空和接缝传荷能力评价指标的影响。首先,通过赋予脱空区域新的材料属性模拟水泥板底脱空,采用弹簧单元法模拟水泥板间接缝,构建了有限元模型,针对脱空形状、脱空尺寸、脱空深度、脱空折减程度、混凝土对传力杆支承模量、接缝宽度、面层模量和基层模量8个影响因素,利用正交法设计了27种不同的影响因素组合。接下来,基于正交设计的仿真数据,对水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力评价指标进行了方差分析和贡献度分析,衡量了因子对评价指标的影响程度,确定了水泥板脱空与接缝传荷能力的显著影响因子,筛选出最佳的水泥板脱空和接缝传荷能力评价方法。结果表明:脱空尺寸、混凝土对传力杆支承模量和基层模量是水泥板底脱空和接缝传荷能力评价指标的显著影响因子;接缝传荷的变化可能会影响脱空状况的判定,而脱空程度的变化不会影响接缝传荷能力的评价;弯沉差法和弯沉平方差比值法是水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力最合适的评价方法。
  • 道路工程
    张思峰, 王雨佳, 高立勇, 郭光明, 姜维亮
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    为解决高速公路桥涵台背段路基工作面狭小而导致的压实质量无法保证等问题,兼顾环保的要求,开展了无需振捣、可自密实、容重低、价格低廉的流态粉煤灰路基填料配合比设计,进行了各项路用性能影响因素分析及性能评价。采用低标号水泥、低等级粉煤灰及聚羧酸高性能减水剂配制了流态粉煤灰,以获得高性价比并满足路用性能的配合比。基于流态粉煤灰的流动度、抗压强度、泌水率及密度确定了其初始配合比,并与使用高标号水泥的流态粉煤灰相关指标进行了对比。然后对该配合比下填料的其他路用性能及其影响因素开展了试验研究, 并进行了参数敏感度分析。结果表明:采用F类Ⅲ级粉煤灰及PSA325水泥配制的流态粉煤灰的各项物理力学性能均满足工程要求; 用水量对流态粉煤灰流动度、抗压强度及泌水率均有较大影响,随着用水的量增加,泌水率和流动度均不断增大,但抗压强度则减小;用水量对上述4个指标中泌水率的影响最为显著, 随着外加剂掺量的增多,填料流动度、抗压强度及泌水率均增高,冻融循环系数减小;外加剂掺量为1%时,流态粉煤灰的水稳定性最佳,最终得出的满足施工及路用性能的流态粉煤灰最佳配合比为:水泥与粉煤灰质量比为10∶90,用水量为70%,外加剂掺量为1%。
  • 桥梁工程
  • 桥梁工程
    许肇峰, 宋健, 张欣, 张建
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    为评估运营期间桥梁结构健康状态,构建了以实测交通流荷载为连接的桥梁数字孪生系统。依靠ETC门架车辆荷载监测系统及索力监测系统的海量监测数据,提出了一种包含物理数据的采集与前处理、虚拟模型的构建与蒙特卡洛模拟、模型间的交互及结构状态评估的数字孪生技术框架。该方法依仗ETC门架车辆监控数据提取桥梁车辆荷载分布特征,利用蒙特卡洛方法丰富运营期间车辆荷载负样本,应用有限元模型定义结构极限状态。分别以塔底截面弯矩、主梁跨中挠度作为承载能力极限状态和正常使用极限状态的目标向量,通过具有车辆荷载特征的群索索力搭建了物理空间与虚拟空间的联系。最后基于相异测度建立了斜拉桥结构状态评估的评价指标和阈值体系,并依托国内某混凝土独塔斜拉桥工程项目对该评判方法进行了论述。结果表明:经实测车流特征修正后的相异测度具有更强的分类能力,且更贴近结构的实际响应行为;以相异测度构建的评价指标和阈值体系的评估结果符合桥梁结构服役期间状态变化特征,可应用于运营期间的结构状态评估工作;数字孪生技术融合了有限元模型中整体结构内各构件的响应协调关系和监测数据中结构的真实变化规律,能够胜任桥梁结构全生命周期的健康状态评估工作。
  • 桥梁工程
    宋泰宇
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    预应力混凝土T梁桥设计中需要考虑剪力滞效应,而预应力轴压作用和材料非线性对剪力滞效应的影响目前仍有待研究,采用非线性有限元程序对预应力混凝土T梁进行全过程分析不失为一种较精确的方法。考虑混凝土和钢筋的材料非线性,采用降温法模拟预应力,利用Abaqus软件建立了不同翼缘宽度的预应力混凝土T梁有限元模型,对T梁在恒载、集中荷载和均布荷载下加载至破坏的全过程受力性能和剪力滞效应进行了分析。结果表明: T梁在集中荷载和均布荷载下均达到承载能力极限状态; 在线弹性受力阶段,T梁在恒载和均布荷载下的剪力滞效应不明显,在集中荷载下T梁跨中加载点附近区域内呈正剪力滞;进入非线性受力阶段后,受沿梁长内力重分布和截面上应力重分布的影响,T梁加载全过程的剪力滞效应区别于其线弹性状态,均布荷载下,全过程剪力滞系数较线弹性值变化较小,集中荷载下,全过程剪力滞系数相对于线弹性值的最大增幅为12%~15%;集中荷载下,T梁跨中截面的最大剪力滞效应发生于其纵向普通钢筋受拉屈服对应荷载;临近破坏时,随着沿梁长不同位置的纵向钢筋相继屈服,T梁剪力滞效应呈沿梁长正、负剪力滞交替分布状态。
  • 桥梁工程
    樊平, 刘刚, 姜维, 张劲泉
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    拉吊索是缆索桥梁的主要承重构件,索力是反映拉吊索和缆索桥梁整体受力状态的重要参数。目前在实际工程中缆索桥梁短索索力的准确评估仍是一个难题,且如何界定短索也未得到有效解决。针对实际工程中刚度对索力的影响及短索的确定等问题,以现行规范中大跨度桥梁平行钢丝拉索为对象,分析了索长、长细比和拉索特征参数ξ等对拉索刚度和索力的影响。根据实际工程情况,以拉索刚度影响系数5%为限,提出了短索的判断准则。分析了不同钢丝直径规格条件下,拉索刚度影响系数随拉索长细比和ξ的变化规律。结果表明: 随着索长、长细比和ξ的逐步增大,拉索抗弯刚度对索力的影响均逐渐减小; 当拉索两端铰接,且索长小于6.5 m时,刚度对索力的贡献大于5%;当拉索两端固结,且索长小于11 m时,刚度对索力的贡献大于5%; 拉索刚度影响系数与钢丝直径无关,且不直接取决于拉索直径。根据短索的判断准则,给出了短索的索长、长细比与ξ等参数的取值范围,并建议将现行规范中大跨度桥梁平行钢丝拉索长度小于11 m时确定为"短索",如果以长细比来进行判断,则长细比小于175时为短索,以ξ值判断时,ξ值小于23时为短索。对于实桥测试计算,为方便工程人员使用,建议以索长来判断短索。
  • 桥梁工程
    吴尚峰, 周应新, 钱正富, 苗晟源, 宋春霞
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    某预应力简支小箱梁整体发生侧向滑移,梁体向外侧整体滑移2~10 cm。为查明小箱梁整体侧移原因,首先对桥梁现状进行详细调查,确定了可能引起滑移的不利因素。一是桥跨两简支端均采用滑动水平力分散橡胶支座,桥梁设2%的横坡和2.6%的纵坡,当支座摩阻力不足时极易引起桥梁侧移。二是桥跨左幅11#墩外侧距离桥墩3 m处有约高4 m,长20 m,宽15 m的堆土,可能造成墩柱倾斜从而导致箱梁侧移。采用三维有限元分析软件,建立了土体、桩柱及上部结构的整体计算实体模型,分析了不同支座摩擦系数下小箱梁侧向变形情况,给出了建模时摩擦面的合理模拟设置方法,计算了侧向堆土情况下箱梁侧向变位情况。结果表明: 在摩擦系数小于0.03时,支座提供的摩擦力不足,小箱梁沿纵横坡组合方向滑动;桥侧堆土作用下小箱梁也会产生向桥跨外侧的位移, 桥跨两简支端均设置的滑动橡胶支座正常工作时,摩擦系数低于0.03,因此综合判定,支座选型不当是产生箱梁滑移的主要原因,桥侧堆土也加剧了小箱梁整体滑移。建议桥跨两简支端的滑动支座进行更换,在一端设置非滑动支座,并对小箱梁进行整体复位,对堆土桥梁侧向作用的变化情况进行定期监测,以保障桥梁安全运营。
  • 桥梁工程
    于丰菘, 周洪福, 姜磊, 刘彬
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    为统一钢桁桥节点各疲劳构造细节,形成节点疲劳评估热点应力法,完善我国现行钢桁桥节点疲劳设计规范体系,从钢桁桥节点演变出发,选取当前钢桁桥常用的3类节点,包含栓焊整体节点、全焊整体节点和全焊相贯节点,总结笔者团队及相关学者多年理论、试验和数值成果,给出了各类节点热点应力S-N曲线。采用线弹性叠加理论将各类节点所受的复杂荷载工况简化为4种基本荷载工况,包含弦杆和腹杆平衡轴力、弦杆轴力、弦杆弯矩和腹杆平衡轴力及其相应组合,提出了相应的节点应力集中系数计算方法。结果表明:栓焊和全焊整体节点具有相似的焊接疲劳构造细节,统计了国内外疲劳试验数据共计1 332个,提出了采用疲劳细节类别为90 MPa的一条热点应力S-N曲线作为其抗力曲线,统计了包括圆形钢管节点、圆形钢管混凝土节点、矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点在内的疲劳试验数据177个,提出了全焊相贯节点可采用疲劳细节类别为85 MPa的一条热点应力S-N曲线作为其抗力曲线;对于栓焊整体节点和全焊整体节点,提出了K型和KT型节点应力集中系数计算公式,对于全焊相贯节点,分别给出了圆形和矩形钢管混凝土K型节点应力集中系数计算公式,建立了整体节点和相贯节点焊趾处应力集中程度和几何无量纲参数的关系。
  • 桥梁工程
    陈鹏, 郭佳, 张俊豪, 贺君, 陈洪伟
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    整体式桥梁上部结构(主梁)与下部结构(桥台)通过刚性或半刚性节点连接,具有减少支座及伸缩装置、改善行车舒适性、提高结构刚度与整体性等优点。整体式桥梁温度效应不仅要考虑上部结构的变形与应力,还要考虑其同下部结构的相互作用。为了预测温度荷载效应及进行温度荷载效应的可靠性评估,以某预应力混凝土整体式T梁桥为例,建立了考虑桩-土、桥台-土相互作用和材料非线性的数值计算模型,通过与实测温度效应(变形、内力)对比验证了其准确性与有效性。提出了简化的均匀温度与梯度温度荷载概率模型,分析了整体式桥梁在温度荷载概率模型作用下,结构响应(内力、应力)的概率分布类型与相关参数。基于荷载与抗力概率模型,运用蒙特卡洛模拟与Rackwitz-Fiessler方法进行了可靠性分析,确定了整体式混凝土T梁桥承载能力极限状态与正常使用极限状态下的可靠度指标β。结果表明:建立的数值模型在简化温度荷载作用下得到的桥台变形、主梁内力与实测结果相比误差小于8%,表明数值模型可准确有效模拟整体式桥梁温度效应;概率温度荷载作用下,主梁正弯矩服从标准正态分布,而负弯矩服从 Weibull分布;由于整体式桥梁主梁受桥台部分约束,温度荷载对β的影响明显,因此可靠度分析必须考虑温度效应。
  • 桥梁工程
    罗文林, 王成明, 顾冠男, 刘其伟, 于心然
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    为了及时发现在役预应力混凝土空心板梁梁端腹板斜裂缝,评估其开裂后的剩余抗剪承载能力,做好预防性养护措施,以跨径16 m的预应力混凝土空心板梁为研究对象,进行了梁抗剪承载能力足尺试验研究。设计了3组不同剪跨比的试验工况,利用千斤顶加载至预应力混凝土空心板梁彻底失去抗剪承载能力,研究了梁体裂缝发展过程、裂缝分布特征、裂缝宽度、钢筋应变发展过程、开裂荷载、极限荷载等力学响应及试验现象,得到了梁端腹板斜裂缝、底板横向裂缝、剩余抗剪承载能力的对应关系。通过观测梁端底板横向裂缝特征,即可推断出梁端腹板是否存在斜裂缝以及斜裂缝的特征。结果表明: 先张法预应力混凝土空心板梁受剪破坏具有一定的脆性特征,斜裂缝的出现和发展较为突然,斜裂缝附近的箍筋应变在裂缝出现后骤增,甚至箍筋直接屈服;剪跨比对空心板梁的破坏模式和抗剪承载力有着显著影响,剪跨比最大和最小的试验梁分别具有一定的斜拉和斜压特征,剪跨比越大的试验梁极限抗剪承载力和开裂承载力越小。将抗剪极限破坏试验中裂缝特征与结构受剪损伤程度之间建立了联系,对梁端腹板因为抗剪不足导致的斜裂缝病害进行了损伤评级,提出了评定预应力混凝土空心板梁梁端腹板斜裂缝病害的方法,可以用来指导在役预应力混凝土空心板梁抗剪裂缝的处治。
  • 隧道工程
  • 隧道工程
    张永辉, 胡志平, 李芳涛, 安学旭, 李华明
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    为解决砂质页岩类软弱围岩隧道大变形问题,以峨汉高速双桥1#隧道作为研究背景,对隧道的病害、地表沉降、拱顶下沉、拱腰收敛进行调研和监测,分析洞口浅埋段初支变形特征及变形原因,并提出相应的变形控制措施,通过监测数据分析控制措施的效果。结果表明:隧道施工造成的病害以地表建筑和洞内拱腰及拱顶开裂为主。隧道随埋深的增加,隧道拱顶下沉量逐渐增加,隧道的变形由拱腰收敛向以拱顶下沉为主转变;围岩变形具有不对称性、变形量大、变形速率快、持续时间长、差异性显著、纵向范围大等特征;拱顶沉降与拱腰收敛规律一致,均经历"急剧增长—缓慢增长—快速增长—趋于稳定"4个阶段,其中急剧增长段围岩变形量大,占最终变形值的55%~75%;地表各断面沉降均经历"快速下沉—平台—缓慢下沉—2次平台—2次快速下沉—趋于稳定"6个阶段,横向分布呈不对称"V"字型,最大沉降位置位于隧道中线及右侧;洞内大变形主要是由于隧道仰拱施工滞后导致,水、地质围岩、外荷载等因素加剧大变形的发展;采取双层支护、注浆小导管、排水措施、快速封闭仰拱等措施后,隧道最大沉降值仅为大变形段的23.4%,最大下沉速率由39.0 mm/d降为12.0 mm/d。隧道变形得到控制,研究结果可为类似环境的软弱围岩隧道提供参考。
  • 隧道工程
    罗军洪, 刘宏伟, 林振荣, 付安琪, 蔚立元
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    为探究不同炸药量的钻地武器爆炸对大跨度地下硐室的动力响应和破坏形态,开展模型试验对浅埋大跨度地下硐室的抗爆性能进行研究,得到了2种爆炸荷载作用下硐室围岩及衬砌结构的应力、加速度、应变和位移变化规律,对比分析了围岩和硐室的破坏形态。利用FLAC 3D有限差分软件对模型试验进行验证,并模拟了地下硐室的破坏过程,共施加5种强度的爆炸荷载,得到了不同强度爆炸作用下大跨度地下硐室的动态响应规律。结果表明:爆炸应力波沿垂直方向的衰减系数大于水平方向,拱顶测点的加速度峰值均远大于底板衬砌测点的加速度峰值,测点位移峰值随着距爆心距离的增大而变小,2台模型最大应变峰值均出现在拱脚部位,随着爆炸药量的增加,所有测点的峰值都呈增长趋势;2台模型均出现了明显的"层裂"现象,炮孔上方形成了塌落区,模型M2围岩中裂纹的数量、宽度和深度较M1有所增加,模型M2硐室的拱顶和拱脚部位出现了明显的纵向裂缝;模型M2衬砌塑性区占衬砌总体积的19.1%,与M1相比,围岩和衬砌塑性区分别增加了18.8%,14.8%,爆压峰值增加到50 Mpa后,硐室基本丧失承载能力;采用长密锚杆对硐室围岩进行加固可提高拱脚的抗变形能力,采用强度较大的衬砌支护可增加硐室稳定性,增加硐室埋深或采取隐蔽伪装等措施可减弱打击强度。
  • 隧道工程
    徐淑亮
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    隧道施工过程中经常会遇到一些灾害问题,由于影响其发生的因子众多,且极具复杂性和模糊性,很难对隧道建设施工过程中的风险问题进行准确的评估。基于此,建立了复杂地质条件下隧道施工风险评价指标体系,然后将模糊数学理论和专家系统相结合建立了新的风险评价模型,提出了一种基于模糊数学的专家系统评价模型和层次分析法(AHP)的隧道施工风险评价方法。首先,在综合分析复杂地质条件下隧道施工风险影响因素的基础上,选取能充分反映工程地质情况和施工测量情况的5个因素,确立了包含1个目标、2类准则及5项指标的隧道施工风险因素,构建了隧道施工风险评价指标体系,并通过将标准遗传算法(GA)与AHP法相结合(GA-AHP)的办法,确定了各评价指标的权重。其次,采用模糊数学法建立了各评价指标的隶属函数,并结合专家系统方法,将其与模糊数学分析法结合,根据施工风险评价的需求,提出了复杂地质条件下隧道施工风险评价系统的结构模块,依托JAVA语言开发了基于模糊数学方法的隧道施工安全风险评估与管理专家系统。最后,以某新建高速公路隧道工程为例,对所开发的系统进行了验证,所得评价结果与工程实际情况一致,该决策系统具有有效性。
  • 智能交通
  • 智能交通
    李茜瑶, 牛树云, 车晓琳, 朱杰锐
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    针对自动驾驶车辆混入下公路货车专用车道设置方式的选取,建立了基于路网车均延误的专用车道设置条件评价方法,利用微观交通仿真软件VISSIM验证了方法的有效性,分析了多种专用车道设置方式对不同交通流条件的适应性。首先,综述了多因素影响的公路货车专用车道的设置方式,明确将专用车道使用对象作为重点分析要素。其次,建立了以交通量水平、货车占比和自动驾驶渗透率为自变量,以路网车均延误为因变量,体现不同车型间相互影响的专用车道设置条件评价模型。最后,以典型的单向四车道路段为例,构建了自动驾驶货车、人工驾驶货车、自动驾驶客车和人工驾驶客车组成的混合交通流,验证了评价模型的有效性,分析了各项变量对路网车均延误的影响趋势,比选得出了不同交通流条件下最优的专用车道设置方式。结果表明:通过与多元线性模型和对数回归模型进行对比分析发现,建立的评价模型对自动驾驶专用车道和无专用车道的车均延误的评价效果最优;在剔除严重失效条件下的数据后,建立的评价模型对货车专用车道的评价效果仍为最优,证明了评价方法的有效性。研究结果可为规范公路交通秩序、提高路网通行效率及混入自动驾驶车辆的公路交通组织与管理提供参考。
  • 智能交通
    田丰, 程志华, 侯天育
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    交通流量预测是构建与完善智能交通系统的关键技术。为进一步提高短时交通流量预测的精度,提出了使用带自适应噪声的完全集合经验模态分解(CEEMDAN)和样本熵(SE)数据处理方式,并结合基于Lévy飞行搜索策略的麻雀搜索算法(LSSA)优化了门控循环单元(GRU)模型的短期交通流量预测方法,即CEEMDAN-SE-LSSA-GRU模型。为充分挖掘交通流量数据的非线性特征,首先,使用CEEMDAN对数据降噪分解处理以获取多个本征模态分量及1个残余差值,并通过计算每个本征模态分量的样本熵值来评估其复杂度,将复杂度相似的分量进行了重组,以提高后续模型的预测效率及预测精度。其次,使用Lévy飞行策略优化的麻雀搜索算法对GRU模型进行了超参数寻优,保证重组后的子序列在预测过程中分别能够获得各自的最优模型参数。最后,将各个子序列的预测结果集成处理,得到短期交通流量的最终预测值。为验证组合模型的有效性,采用加州高速公路交通流量数据集作为研究对象进行了实例验证。将7种未进行数据降噪分解或未进行超参数优化的预测模型形成对照组进行了定量分析。结果表明:CEEMDAN-SE-LSSA-GRU模型能更好地拟合时间序列变化趋势,其平均绝对误差为9.1126,均方根误差为12.2457,平均绝对百分比误差为3.42%,表明CEEMDAN-SE-LSSA-GRU模型能很好地反映出流量变化的基本趋势和规律。
  • 汽车工程
  • 汽车工程
    高大威, 付静江, 王聪昌, 王晶
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    为了提高纯电动车的续航里程和改善动力电池包的结构安全性,以某型纯电动车的动力电池包为研究对象,建立了匹配的有限元模型并通过Z向扫频试验验证了其精度。在保证动力电池包静动态特性要求的同时,以内部的模组端板在3种典型静强度工况下的最大应力值和最大位移量为约束,质量最小为目标函数,基于Optistruct对模组端板进行了拓扑优化设计,使其减重了11.56 kg,减重比为31.88%。再基于最优拉丁超立方试验设计方法选取40个样本点,建立了6个零部件总质量、动力电池包一阶模态频率以及弯扭刚度对经过灵敏度分析后的6个零部件厚度尺寸的三阶响应面近似模型, 并通过误差散点图、可决系数和均方差进行了精度的验证。然后利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对三阶响应面近似模型进行多目标优化求解,得到了一组最优的设计变量组合,减重了3.66 kg,减重比为9.03%,动力电池包一阶模态频率提高了1.74 Hz。结合内部模组端板的拓扑优化,动力电池包总共减重了15.22 kg,总减重比为19.82%,达到了预期轻量化的目的,其中减质量和减重比仅针对模组端板和6个高灵敏度零部件。最后对优化前后的动力电池包在同工况下进行了对比分析。结果表明:优化后的动力电池包依旧满足静动态分析的要求,该优化方案具有一定的可行性。
  • 汽车工程
    朱宗铠, 何超, 李加强, 刘学渊
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    针对纯电动车行驶中整车质量与道路坡度的参数估计问题,根据整车质量具有稳变性及道路坡度具有时变性的特点,在车辆纵向动力学的基础上,提出了一种基于混合算法的整车质量及道路坡度估计方法,并将该方法应用于纯电动汽车起步阶段。使用对稳变量具有较好估计效能的遗忘因子递归最小二乘法进行了整车质量的估计,并将输出的质量结果作为坡度估计的输入参数之一。使用自适应卡尔曼滤波进行道路坡度估计,通过引入带有遗忘因子的噪声估计器,降低了外界噪声统计特性无法归纳的噪声影响,进而提高坡度估计精度。选取平地与微斜坡路段进行电动车起步试验,根据车辆起步过程速度低的特点,忽略空气阻力。使用全球导航卫星系统(GNSS)终端和车辆控制器局域网(CAN)总线采集所需数据,进行离线计算。结果表明:选择一段变坡度道路验证算法的有效性,该路段整车质量估计结果最终收敛至真实值10 kg以内,坡度估计结果具有较小误差;混合算法可以较为准确地估计整车质量和不断变化的道路坡度;二次起步试验质量估计结果具有相同的收敛趋势且质量误差小于2%,虽然坡度估计误差略有增大,但误差仍低于0.6%,表明混合算法在纯电动汽车起步过程中具有较高的估计精度。
  • 物流工程
  • 物流工程
    董娜, 赵良, 沈严航
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    为了推动农村物流发展,缓解目前配送效率低、成本较高的问题,通过对农村物流节点进行合理布局,提高了农村物流配送效率,降低了农村物流成本。通过结合农村地区特点,分析了轴辐式布局的物流配送节点优势,提出了适合农村物流的多层级配送节点布局方案,针对配送途中走"回头路"、运力分配不善、节点布局不合理等问题提出了解决办法。在考虑农村物流特性以及轴辐式物流特点的基础上,构建了包含县-乡-村3级物流体系的轴辐式数学模型。针对模型运用麻雀搜索算法(SSA)求解,并对SSA进行改进,加入了萤火虫算法规则,利用"萤火虫"扰动"麻雀"以避免SSA经常陷入局部最优过早收敛的缺点,尽可能得到更精确的值,更科学地得到农村物流多层级配送节点。以陕西省宝鸡市扶风县2022年的物流需求,结合目前扶风县的超市POI点进行了实证分析,对运价敏感性及固定建设成本敏感性进行了分析,探究了选址布局的合理性以及选址影响因素。结果表明:改进后的SSA可用于求解本研究问题;农村的道路发展程度以及2级分拨中心的固定成本都会在一定程度上影响农村物流节点布局,其中固定建设成本的影响较大。研究结果可以为农村物流节点布局提供参考。
  • 运输经济
  • 运输经济
    梁傲男, 王淑云
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    以生鲜农产品合作社为研究对象,考虑直播预售时间、直播定价、常规定价、产品新鲜度和营销努力水平对消费需求及利润的综合影响,构建了两阶段生鲜农产品预售和常规销售利润模型,对营销努力水平、两阶段定价和生产规模进行了优化决策,以期为生鲜农产品直播预售和常规销售两阶段定价和生产优化的运作管理提供支撑。算例分析发现:预售价格低于常规售价,加之直播努力成本和主播佣金的支出,使得预售阶段利润低于常规销售阶段利润; 常规销售阶段利润的提升离不开直播预售的推广作用。算例的灵敏度分析发现:直播营销成本系数与两阶段销售价格、市场需求及利润呈正相关;消费者对直播营销努力的敏感系数与营销努力水平、市场需求及利润呈负相关;新鲜度劣化率对常规销售阶段市场需求、价格及利润也有明显的负相关, 而预售时间与两阶段利润呈显著负相关。结果表明:生鲜农产品合作社应合理控制预售时间,注重提高预售阶段的直播营销投入,以促进产品及时销售,保障产品新鲜度,并刺激常规销售需求及价格提升、进而增加利润;生鲜农产品合作社应关注消费者对直播营销努力敏感程度,合理设置营销努力水平,免于盲目追求销量引致利润受损。
  • 运输经济
    朱志强, 张玉玲, 吴恒毅, 周密
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    为了全面系统总结成品油消费税改革取得的积极成效,分析伴随改革行业发展出现的新矛盾和新问题,进而提出下一步深化成品油税费改革的方向和举措, 从公路交通发展的视角,结合税费改革后行业管理、征收方式等发生的变化,以及成品油税费改革替代原"六费"资金规模、收费公路结构等变化趋势,总结了成品油税费改革实施14 a以来取得的积极成效,包括规范政府收费行为,为交通发展提供稳定资金来源,促进交通运输行业健康发展,优化收费公路结构,有利于化解债务风险和降低流通成本,符合简化税制原则,有利于降低征管成本、公平负担、促进节能减排等方面。结合改革后成品油消费税转移支付资金规模、分配机制及发展趋势研判,分析了伴随改革出现的普通公路养护资金供需矛盾日益突出、转移支付资金分配机制不尽合理、征收管理仍需完善、新能源汽车快速发展将影响成品油消费税税基和改革目标等一系列亟待解决的问题。结果表明:需要通过进一步深化成品油税费改革,从加大成品油税费改革转移支付力度,完善成品油税费改革转移支付资金分配机制,加强成品油消费税征收管理,拓展资金来源渠道弥补新能源汽车快速发展对成品油消费税收入影响等方面采取措施,为公路交通发展提供稳定资金保障。
  • 运输经济
    耿蕤, 周密
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    为支持自动驾驶技术开展出租车商业化应用,解决国家未明确应用主体是否需要取得、取得何种以及如何取得运输经营资质等问题,避免部分城市以"未有上位法支撑"为由,不允许智能网联车辆收费运营,以促进现行交通运输相关运营管理规定适应智能网联汽车商业化运营发展的管理需求,提出自动驾驶客运治理的4项原则:坚持包容审慎原则,营造平台发展空间;坚持全链条监管原则,落实全方位监管;创新监管理念和方式,提高协同监管效率;尊重既有制度设计延承,又充分考虑新监管趋势和要求。监管关键制度提出:准入制度建议采取行政许可方式,运营主体建议允许多主体联合申请的方式,并且更多依托经营主体的自我规制;车辆技术管理建议探索沙盒监管模式,并以测试和示范应用结果为依据确保车辆运营安全;从业人员要求具备熟悉和掌握自动驾驶技术系统的能力,并可参考对巡游车和网约车驾驶人员的服务质量要求;定价机制建议按照市场调节价管理,并保持加价标准合理且相对稳定;保险机制建议增加投保承运人责任险,并鼓励探索新险种。建议提出自动驾驶出租车监管制度体系,行业层面研究制订自动驾驶客运服务管理办法,建立自动驾驶客运服务行业监管平台,加强部门间监管协作,推进第三方组织建设,发挥协会自律作用,适时修订道路客运相关法规等。