公路交通科技

2023年, 第40卷, 第9期　刊出日期：2023-09-05
  

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    道路工程
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    基于CPT试验的多年冻土区路表变形风险评价
    田波, 王昊武, 权磊, 谢晋德, 朱旭伟
    2023, 40(9): 1-7,53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.001
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    为了研究浅层多年冻土的承载特性以及青藏高原多年冻土区的公路路表变形规律,并探讨浅层多年冻土承载特性与路表变形行为之间的潜在联系,选取代表性区域进行现场路表变形勘测和静力触探原位测试,得到了路表变形最大值及所处地层静力触探贯入参数。结果表明:冻土地层比贯入阻力和锥尖阻力随深度分布均具有分层的特点,包含软弱层和持力层;冻土地层比贯入阻力或锥尖阻力越大,静力触探试验可贯入深度越小,相应区域的承载能力越强,路表沉降变形越小,而冻土地层侧壁摩阻力与路表沉降行为相关性较弱;当静力触探试验达到贯入极限深度时,冻土地层比贯入阻力约为37 MPa,锥尖阻力约为22 MPa;路表变形的严重程度受冻土地层比贯入阻力或锥尖阻力的较小值及两者地层厚度共同影响,冻土地层比贯入阻力或锥尖阻力越小,且该区域厚度越大,相应路表变形越严重;基于冻土地层比贯入阻力和锥尖阻力提出包络面积比的概念以评价浅层多年冻土的承载能力,标准值相同的情况下,Ps-d曲线或qc-d曲线的包络面积比越大,多年冻土地层承载能力越强,路表沉降风险越小;分别建立Ps-d曲线和qc-d曲线的包络面积比与路表沉降最大值的经验公式,二者决定系数均在0.9以上,并提出了适用于多年冻土区路表沉降风险评价的等级及标准。
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    RIOHTrack足尺路面试验环道裂缝状态浅析
    肖倩, 王旭东, 周兴业, 单伶燕, 陶亚平
    2023, 40(9): 8-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.002
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    为了研究沥青路面裂缝发生、发展规律,进一步认识并预防沥青路面裂缝,依托北京大杜社公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站足尺路面试验环道RIOHTrack,对19个沥青路面试验段裂缝从产生到发展的过程进行了持续观测,对经历6×104次累计标准轴载作用后路面裂缝现状以及裂缝形成的原因进行了分析和判断。结果表明:在重载交通使用环境下,行车道的横向裂缝是薄沥青层结构的主要裂缝形式,且主要为荷载型的Top-down裂缝;裂缝的产生与环境温度、荷载大小以及沥青混凝土层厚度和基层刚度等多种因素有关,环道低温裂缝与传统认为的反射裂缝不同,主要表现为首先产生于轮迹带位置以及首先产生于表面层,并自上而下发展,在相同气候环境和荷载作用下,不同类型结构的裂缝差异是显著的,对于薄面层的沥青路面结构,基层刚度、结构组合形式对于车道横向裂缝产生的影响较为显著;荷载型横向Top-down裂缝和车辙病害作为沥青面层两种典型的荷载疲劳损伤,具有负相关关系,即裂缝病害严重的结构,其车辙深度往往较小,反之,裂缝病害较轻的结构,车辙深度往往较大,当沥青面层为18 cm时,路面的Top-down裂缝和车辙病害都较为严重,沥青面层18 cm可能是半刚性基层结构对偶性病害的"拐点"厚度。
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    沥青路面薄层环氧铺装材料抗滑性能衰变规律
    谭祺琦, 朱洪洲, 代思, 马涛, 葛琦
    2023, 40(9): 18-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.003
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    为研究薄层环氧铺装材料路面抗滑性能的衰变规律,采用4种粒径在1~4 mm范围内的骨料颗粒并结合双组份环氧树脂材料组成了抗滑磨耗层。经过10 h的小型加速加载试验后,分析了不同粒径耐磨颗粒、不同岩性抗滑骨料及不同施工工艺条件下薄层抗滑性能的衰变规律。利用数学模型对摩擦系数和构造深度值进行了拟合与回归分析,通过分析数学模型中参数a的绝对值得到了对环氧树脂薄层抗滑耐久性能影响程度最大的关键因素。最后提出了基于荷载作用次数和抗滑指标的稳态方程及抗滑衰变通用模型。结果表明:抗滑骨料粒径越大,薄层的抗滑性能越好;选择玄武岩或辉绿岩作为骨料的薄层,其抗滑能力的综合表现好于金刚砂和陶瓷颗粒;在单层砂浆涂抹工艺下制作成型的薄层试件其抗滑性能衰减幅度虽然不大,但由于抗滑骨料与黏结剂混合搅拌后导致薄层表面的抗滑性能下降,综合来看,在双层铺洒工艺下制作成型的薄层试件其抗滑性能最好;不同岩性的骨料对薄层抗滑耐久性能的影响程度最大,其次是不同施工工艺,而粒径大小的影响程度最小;该稳态方程能够缩短40%左右的测试时间,显著提高了试验效率。所提出的抗滑衰变通用模型能够为相关实际工程案例中抗滑耐久性能的预测提供参考。
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    既有高速公路改扩建工程路面性能评价及利用策略
    江臣, 杨洋, 胡洪龙, 程龙, 张定一
    2023, 40(9): 27-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.004
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    为在改扩建工程中准确评价既有高速公路路面性能,合理制订相应的利用策略, 首先基于我国《公路技术状况评定标准》中各个单项指标的分级水平对欧洲COST354模型中单项指标的分级进行了修正。其次,以江苏省高速公路病害发展规律以及改扩建项目特征为基本依据,借助层次分析法对平整度、车辙深度、构造深度、摩擦系数、承载能力、裂缝以及表面破损指标权重进行了修正。然后,按照基于优先最大准则,将上述单项指标组合为行车安全性、行车舒适性和路面结构指数这3项综合指标,对不同综合指标权重组合结果进行了对比分析并确定了最终权重组合。进而,提出了一套针对既有高速公路改扩建项目的路面性能评价体系及各分级水平对应的路面处治方法。最后,以2019年A和B高速行车道的修正COST354模型评级结果为基础,结合上述旧路利用策略制订流程,统计得到不同处治方案的路段数量。结果表明:修正COST354模型能够反映单项病害交叉对路面性能的影响,相应评价指标能够更加有效地对路面使用性能进行分级;修正COST354模型总体指标比我国规范总体指标更加严格且区分度更大;A高速5 200个评价单元和B高速3 380个评价单元中, 需要功能性修复的路段分别为1 667个和1 141个,需要整体处置的路段分别为1个和47个。
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    不同养护条件对半柔性路面材料性能的影响
    熊子佳, 龚明辉, 邓成, 洪锦祥
    2023, 40(9): 37-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.005
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    为探究养护条件对半柔性路面材料抗裂性能的影响规律,首先,基于抗压和抗折试验,表征了2种不同强度灌浆料在3种不同养护条件下的强度特性。其次,基于弯拉荷载模式的半圆弯拉试验(SCB)和间接拉伸试验(IDT),研究了灌注后的2种半柔性路面材料在3种不同养护条件下的宏观抗裂力学性能。最后,采用扫描电镜(SEM)分析了不同养护条件和不同养护龄期水泥基灌浆料的微观结构,揭示了养护温度与养护湿度对水泥基灌浆材料的水化产物和分布的影响, 并结合宏观力学性能探明了养护条件对抗裂性的作用机理。结果表明: 养护条件对浆料强度、断裂特性和微观结构均有明显影响,浆料3 d抗压强度与SCB测试的峰值荷载具有较好的线性相关性;在25 ℃时,室温养护条件SFP试件的抗裂性能最佳。在-10 ℃时,普通型浆料的SFP试件在高温养护时性能最佳,早强型浆料的SFP试件则在室温养护条件时性能最佳;浆料微观结构致密程度与其抗压抗折强度有较好的对应性,浆料微观结构致密时SFP试件在25 ℃具有较好的抗裂性能,而浆料具有微孔结构,与沥青形成良好的界面连接,其SFP试件在-10 ℃时具有较好的抗裂性能。研究结果对半柔性路面材料的铺筑与应用具有指导意义。
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    全长黏结锚杆特征荷载试验研究
    江冠, 冯忠居, 赵瑞欣, 王富春, 王思琦
    2023, 40(9): 45-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.006
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    为评价高速公路边坡既有锚杆的锚固效果,依托京沪高速公路改扩建边坡工程,对边坡既有全长黏结锚杆进行了现场拉拔破坏试验。通过现场实测荷载-位移增量曲线确定了支护锚杆的工作荷载和极限荷载,建立了锚杆拉拔数值仿真模型,研究了全长黏结性锚杆-注浆体、锚固体-岩层两界面剪应力的分布规律。结果表明:荷载-位移增量曲线呈现"增大-减小-缓增-陡增"的变化特征;锚杆在拉拔荷载作用下经历外锚固段紧固阶段、锚杆-注浆体耦合变形阶段、塑性变形阶段、脱黏阶段等4个阶段,其中锚杆-注浆体耦合变形阶段与塑性变形阶段、脱黏阶段分别对应既有全长黏结锚杆工作荷载、极限荷载;锚杆工作荷载主要发生在锚杆-注浆体耦合变形阶段与塑性变形阶段区间,为区间拉拔荷载中值;锚杆极限荷载以位移增量陡增特征点为依据,为单级位移增量5 mm左右对应的拉拔荷载;当锚杆处于工作荷载阶段时,锚杆-注浆体界面、锚固体-岩层两界面的剪应力沿埋深方向均呈单调递减的分布形式;当锚杆达到极限荷载时,锚杆-注浆体界面、锚固体-岩层界面的剪应力分布形式由"单调递减"转变为"单峰分布",且随着拉拔荷载的增加,剪应力峰值向深部移动。
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    路用热反射涂层工艺性能研究
    蒋应军, 王华涛, 易勇, 鲍豫豪, 李兵兵
    2023, 40(9): 54-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.007
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    为研究路用热反射涂层的工艺性能,采用阿累尼乌斯方程建立了黏度与时间、温度的等温流变模型,计算了不同温度和时间下热反射材料的黏度,分析了温度、时间、组成材料对热反射涂层黏滞性和固化特性的影响。结果表明:模型预测值与实测值最大误差为6.7%;热反射涂层的黏滞性随温度的升高而降低,当温度达到40 ℃以上时,热反射涂层达到凝胶状态,黏度发生突增现象;黏度与时间的关系受温度影响,当固化温度小于50 ℃时,黏度随时间的延长先降低后增加,固化温度大于50 ℃时,黏度与时间成正比关系, 且热反射涂层黏度与其组成材料密切相关,黏度与稀释剂掺量成反比; 气温为20 ℃和30 ℃时稀释剂的最佳掺量分别为30%和20%;热反射涂层的固化时间与材料组成和施工温度有关,固化时间随稀释剂掺量的增加而增加,随固化剂掺量的增加而降低; 稀释剂掺量为15%时热反射材料的表干时间为39 min,这说明最大施工时间应控制在39 min以内,且热反射涂层的固化时间随温度的升高而降低,温度在30 ℃以上时,热反射涂层的实干时间显著降低,不黏胎固化时间为145 min。因此,热反射涂层施工时建议气温在30 ℃以上,喷洒施工时间应控制在40 min以内,同时在不同施工温度下应选择相应的最佳稀释剂和固化剂掺量。
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    硫酸钠粉质黏土变形规律及改良研究
    万旭升, 颜梦宇, 路建国, 晏忠瑞, 刘凤云
    2023, 40(9): 63-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.008
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    为了探究硫酸盐粉质黏土的变形规律和力学特性,对常温、冻结两种情况下不同硫酸钠盐含量的粉质黏土进行了三轴剪切试验与改良试验。基于试验数据,作出了常温、冻结条件工况下试样的应力-应变关系曲线。选取不同含盐量试样在线弹性阶段临界点的切向模量,确定了含盐量与切向模量间的关系,提出了常温硫酸钠盐粉质黏土的摩尔-库仑参数计算公式,通过试验数据拟合了常温试样的摩尔-库仑参数。参考Duncan-Chang土体应力-应变曲线模型,推导了冻结硫酸钠盐粉质黏土轴向应变与轴向应变/偏应力间的线性关系,并对相关强度参数进行了拟合。建立了非线性强度准则描述应力-应变变化规律,研究了无水Ca(OH)2和木质纤维含量对硫酸钠盐粉质黏土的强度影响变化规律。结果表明:常温、冻结两种情况下硫酸钠盐粉质黏土的应力-应变曲线均为应变软化型曲线,常温试样的破坏强度随围压的增大而增大,随含盐量的增大先增大后减小;冻结试样的破坏强度随冻结温度的降低而增大,随含盐量的增加而减小;提出的强度准则公式能较好描述不同工况下的硫酸钠盐粉质黏土的变形规律;无水Ca(OH)2和木质纤维均能有效改良硫酸钠盐粉质黏土的工程性质,添加无水Ca(OH)2和木质纤维能使试样强度提升15%~20%。
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    基于双强度折减幅值加权法的公路边坡稳定性研究
    武博强, 李博
    2023, 40(9): 75-81,90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.009
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    基于双强度折减法(DRM)的研究现状,提出了两个需要进一步深化的问题,一是DRM在多岩土层边坡的应用性如何,二是寻找一种准确且方便快捷的最终边坡稳定系数的确定方法。据此提出了折减幅值加权的双强度折减法,以内蒙古某高等级公路多岩土层深挖路堑高边坡为研究对象进行了研究分析。首先,阐明了双强度折减法在实际工程中的研究思路,推导了DRM边坡最终稳定系数的计算模型。其次,以K2+550-K3+150挖方段典型高边坡为例进行双强度折减法分析,叙述了双强度折减幅值加权法的实现过程,并与极限平衡法以及常用的3种双强度折减法模型计算结果进行了对比。为进一步验证方法的普遍适用性及准确性,采用了澳大利亚ACADS协会的均质边坡算例,采用多种方法对3组不同抗剪强度参数下边坡的稳定性计算结果进行了对比。结果表明:边坡最终稳定系数为1.281,与极限平衡法的计算结果相差2.18％,其他双强度折减法最终边坡稳定系数结果均偏大;折减幅值加权的强度折减法每次计算结果均与实际情况相近,其他双强度折减法确定的最终边坡稳定系数计算结果较离散;折减幅值加权的双强度折减法计算结果更符合实际工程,完全可以运用到实际边坡分析中,并且除稳定系数外还有剪应变增量及位移等综合判据,具有普遍适用性和较高的准确性。
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    基于试验验证的部分装配式桥墩抗震性能分析
    刘志, 贺拴海, 朱钊, 朱林浩
    2023, 40(9): 82-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.010
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    部分装配式桥墩是采用现浇墩底与后张预应力相组合的一种新型装配式桥墩。为研究该新型装配式桥墩的抗震性能,进行了部分装配式桥墩及全装配式桥墩拟得静力加载试验研究。结合拟静力试验加载试验结果,采用Abaqus混凝土塑性损伤本构模型建立了试验桥墩的三维精细化分析模型。通过对比试验-模拟损伤分布及滞回曲线,验证了分析模型的准确性。依据已建立的三维精细化分析模型,进行了部分装配式桥墩拟静力加载试验过程分析,对其主筋、箍筋加载过程应力分布状态、无黏结预应力内力增长模式及部分装配式桥墩变形模式进行了精细化分析。试验及分析结果表明:由于预应力配筋率较低,接缝处受压破坏为该类桥墩的主要破坏形式;在部分装配式桥墩的水平往复荷载作用下,无黏结预应力钢束始终处于弹性状态,未达到屈服状态,其内力增长与加载位移呈线性关系,桥墩具有较好的自复位能力;部分装配式桥墩在水平往复荷载作用下,墩底现浇段主筋应力较大,而墩身预制段主筋应力较小。因此在设计部分装配式桥墩时,现浇墩底应按照延性准则来设计,预制段墩身整体应力水平偏低,可适当降低配筋率。
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    海上悬索桥大风条件下主缆索股架设关键技术
    朱鹏, 李冕, 张军政, 王永威
    2023, 40(9): 91-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.011
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    为解决大风条件下基准索股架设及一般索股调整作业窗口期短、人员高空作业时间长、测量效率低的难题,利用分跨锚固的高精度标记索股直接对位安装,通过相对高差测量进行基准索股架设,避免在海中测量平台通过全站仪进行连续观测。设计了抑振装置+V形保持器,在索股架设前期有效地利用猫道的刚度,抑制主缆索股在大风环境下的位移,保证人员通行安全或作业条件,结合有限元分析和现场实际应用情况验证了抑振效果。应用基于机器视觉的索股高差动态量测技术对一般索股进行了线形测量,通过预测一般索股和基准索股的静态高差进行调索,代替了传统人工测量手段,提高测量效率,减少人为误差。现场实测结果表明: 标记索股的长度精度达到了1/60 000,垂度误差满足规范要求的1/20 000,基准索股架设周期缩短至1 d;抑振装置+V形保持器可有效减小主缆索股在大风条件下的晃动幅度,主缆索股相对猫道的横向位移可最大减少4.3 m,保证了有风条件下主缆作业条件;基于机器视觉的一般索股动态测量方法,实现了索股晃动情况下的高精度测量,索股高程测量精度在5 mm以内。上述主缆索股架设技术可减小大风环境对主缆索股架设和线形调整的影响,减少现场操作人员30%,降低施工风险,缩短架设工期1个月以上,可为后续类似工程的设计施工提供借鉴。
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    洞庭湖区高速公路桥梁PHC管桩适应性研究
    王卿, 盖永斌, 李瑜, 刘勇, 陈光
    2023, 40(9): 99-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.012
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    为践行"绿色公路"的发展理念,减少桥梁基础施工对洞庭湖区生态环境的破坏,以位于洞庭湖区的湖南省首个装配式桥梁基础工程——伍市至益阳高速公路中小跨径桥梁为依托,提出了桥梁PHC管桩设计方案。为验证高速公路桥梁PHC管桩对于洞庭湖区地质条件的适应性,在3个工点进行了6根PHC管桩锤击沉桩工艺试验,分别采用堆载试验法和自平衡试验法对PHC管桩的竖向承载力特性进行了研究,并将现场试验结果与两种理论公式的计算结果进行了对比分析。结果表明:PHC管桩锤击沉桩工艺对洞庭湖区地质条件具有良好的适应性;PHC管桩试桩在加载破坏之前,沉降变形随着桩顶荷载的增大而增大,近似呈线性发展趋势;PHC管桩试桩加载至破坏时,桩顶沉降量急剧增大,呈现出典型的摩擦桩刺入破坏模式;PHC管桩能有效发挥桩端承载力,平均端阻力约占竖向承载力的31%,为典型的端承摩擦型桩;分布式光纤监测结果显示各土层PHC管桩侧摩阻力发挥良好,由于PHC管桩沉桩过程中会产生挤土效应,各土层实测侧摩阻力均明显高于地勘报告建议值;PHC管桩单桩竖向承载力试验值与《建筑桩基技术规范》的计算结果吻合良好,同时可保证有一定的安全系数。
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    飞机荷载下横隔梁对装配式简支箱梁桥力学行为的影响
    高学奎, 白增庆, 江辉, 王准, 曾聪
    2023, 40(9): 106-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.013
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    为研究上部结构横向连接对大宽跨比装配式飞机荷载桥梁力学性能的影响,以广州白云机场3期扩建工程H1滑行道桥为对象,基于ABAQUS平台建立了精细化非线性数值模型,系统研究了飞机静载及移动荷载作用下横隔梁数量以及中横隔板尺寸对装配式飞机荷载桥梁主梁力学性能的影响规律。结果表明:增加横隔梁数量可显著降低主梁的挠度和弯矩,减小中梁与边梁之间的挠度差,提升装配式梁桥的整体性,相较于仅设梁端横隔梁,增设3道跨中横隔板可使飞机静载下响应分别降低23.35%,34.38%,24.85%;增大中横隔板高度可加强各片主梁间的横向联系,对于大断面装配式飞机荷载桥梁而言,当中横隔板高度超过主梁高度的80%时,中横隔板的联结作用才可抵消其自重带来的负面影响;超过主梁高度90%时,可有效降低主梁跨中挠度并起到较强联结作用;设置中横隔板会造成横隔板与主梁连接处混凝土产生横向拉应力,提高中横隔板厚度可缓解连接处的应力集中现象,中横隔板厚度从100 mm增加到300 mm时连接处最大横向拉应力降幅38.50%;飞机移动荷载作用下上述参数对主梁的挠度和弯矩的影响规律与静载作用下相似,但相较静载作用下影响更明显。
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    斜拉桥U形预应力索塔锚固区受力与抗开裂试验研究
    王鑫, 陈明, 张同卓, 施洲
    2023, 40(9): 117-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.014
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    为研究斜拉桥U形预应力索塔锚固区的受力与抗裂特性,采用ANSYS有限元软件建立了淮沭新河大桥桥塔8节段有限元模型。分析了应力分布规律,并选取最不利索力节段开展了足尺模型静载试验研究索塔锚固区的实际受力特性,进一步提出了索塔锚固区抗裂系数以探讨其抗开裂性能。结果表明:在U形预应力工况下,索塔塔壁及锚固区整体呈受压状态,索塔短壁外部和长壁内部区域存在-7.41~-6.1 MPa的预压应力;U形预应力筋锚固处和圆弧段外侧区域处于复杂应力状态,出现1.5~2.0 MPa的局部集中拉应力;在索力组合工况下,塔壁压应力降低至-4.43~-2.78 MPa,此时塔壁内应力水平较均匀;索塔短壁外部和长壁内部区域相对U形预应力工况出现约为3.0 MPa 的拉应力增量,即预压应力很好地抵消了索力产生的拉应力;斜拉索锚固区存在一定应力集中,锚固面出现最大压应力-14.58 MPa,锚固区凹槽侧面出现1.53 MPa的最大拉应力,为受力最不利位置;在模型加、卸载过程中,模型各测点实测应力与荷载等级基本呈线性关系,模型整体处于弹性受力状态;数值计算值与试验实测值相对误差在15%以内,吻合良好;锚固区抗裂系数最小为1.38,大于1.0限值,表明U形预应力筋为索塔锚固区提供有效的预压应力储备,索塔锚固区具有良好地受力与抗开裂性能。
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    基于BIM与物联网的钢桥智能建管养系统研究与应用
    惠记庄, 邓伟森, 丁凯, 徐子健, 程高
    2023, 40(9): 126-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.015
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    为促进装配式钢桥建造向智能化与数字化方向转型升级,对装配式钢桥设计、制造、建设与管养全生命周期关键技术进行了研究,搭建了基于BIM与物联网的钢桥建管养系统。在构建钢桥建管养主线的基础上,聚焦多主体协同设计、预制构件协同制造、装配施工可视化和运行状态维护4个典型应用场景。首先,从统一化,标准化的智慧桥梁BIM与物联网融合的协同设计体系出发,探讨了钢桥工业化设计阶段的应用。然后,从预制构件协同生产与过程监控两个方面探讨了钢桥工业化制造阶段的应用。其次,从钢桥虚拟施工仿真优化,项目施工过程监控两个方面,探讨了装配式钢桥建设阶段的应用。从钢桥运行状态监测,健康状态等级预测两个方面,探讨钢桥预测性管养阶段的应用。搭建了钢桥智能建管养系统,包括权限管理、图文档管理、智能实体管理、装配施工可视化、协作企业管理、制造企业决策、制造信息管理以及健康状态监测等功能模块。最后,以某装配式钢桥项目作为实施案例,通过钢桥智能建管养系统对该桥梁设计、制造、施工、管养等典型场景活动进行了验证分析。结果表明:钢桥智能建管养系统各模块设计合理,业务流程清晰,可支持公路钢桥高效的协同设计、准确的预制协同、可视化的装配式施工、预测性的运维管养。实现了钢桥全生命周期透明化管理,为传统钢桥的智能化建造提供一定的指导。
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    锈蚀焊钉连接件静力性能试验研究
    肖慧双, 边旭辉, 闫磊, 王彬先
    2023, 40(9): 135-140,150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.016
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为有效判断组合梁结构的使用寿命和耐久性,给桥梁养护工程师对于钢-混凝土组合梁在服役过程中采取养护措施提供思路,针对钢-混凝土组合梁中焊钉连接件这一关键节点在受到不同程度锈蚀影响下的静力性能进行研究分析。为更好地模拟实际焊钉连接件在服役期的受力状态,采用单侧推出试件进行了试验分析。首先,对比单侧推出试件和《欧洲规范4》推荐的双侧推出试件在静载条件下的试验情况,判断两种试件表观变化和受力状态的区别,由此得到单侧推出试件的可行性和优点。然后,采用恒电流加速锈蚀方法对单侧试件进行了锈蚀处理,基于单侧推出试验研究了不同锈蚀程度下焊钉连接件力学行为变化规律。结果表明:由于双侧试件的4根焊钉连接件并未全部达到极限破坏强度,因此单侧试件推出试验得出的单根焊钉连接件抗剪承载力略大于双侧试件结果,单侧试件得到的荷载-滑移曲线发展趋势与双侧试件一致,单侧试件可用于研究焊钉连接件静载破坏力学性能;锈蚀会导致焊钉连接件变形量、屈服强度和极限抗剪承载力等力学性能下降,造成复合结构性能的退化和耐久性的降低;焊钉连接件极限承载力降低速率大于锈蚀增大速率。最后,结合试验结果拟合了系数曲线,提出了锈蚀焊钉连接件抗剪承载力计算公式。
  • 桥梁工程
    桩端及桩侧后注浆对超长灌注桩承载特性的影响
    詹伟达, 欧红亮, 王幸, 娄学谦, 刘日炜
    2023, 40(9): 141-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.017
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    为研究温州地区后注浆施工对超长灌注桩的承载特性、桩侧及桩端阻力发挥的影响,选取了温州某高架桥的2根摩擦桩和2根端承超长灌注桩,在桩身分别安装了荷载箱和钢筋应变计,浇注完成后一定时间之内进行了桩端及桩侧后注浆试验。在注浆前后对试验桩分别进行了静载试验和桩身轴力测试,得到了注浆前后超长灌注桩轴向承载力、桩侧摩阻力和桩端阻力、荷载-位移关系等数据。根据试验桩的试验数据进行了计算和分析。结果表明:桩侧和桩端后注浆,可显著提高超长灌注桩的轴向承载力,在同样的荷载作用下,桩的轴向位移明显降低;桩侧后注浆能显著提高单位桩侧摩阻力,但同一桩的不同土层,以及同土层中的不同桩,提高的幅度均有一定差异;总体上对粗粒土的影响效果好于细粒土,桩侧后注浆宜以改善桩侧粗粒土阻力为主;桩端后注浆对桩端阻力的提高效果,端承桩好于摩擦桩,桩端后注浆影响深度有限,桩端后注浆宜主要用于改善端承桩沉淀层及附近土层特性;后注浆不会改变超长灌注桩的荷载传递规律,桩侧摩阻力仍然需要分层逐渐发挥,但桩身荷载-位移关系曲线会变缓,为同时达到提高基桩承载力和减小桩身沉降的效果,对于超长灌注桩,宜首选进行桩侧后注浆。
    • 隧道工程
  • 隧道工程
    基于BOTDA的混凝土结构裂缝识别试验研究及工程应用
    汪辛, 丁志凯, 刘胜春
    2023, 40(9): 151-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.018
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了研究BOTDA光纤传感技术用于混凝土结构裂缝监测的可行性,进行了高强钢筋活性粉末混凝土梁加载试验和公路隧道衬砌裂缝现场监测试验。通过在高强钢筋活性粉末混凝土梁的表面和内部同时布设分布式光纤,使用千斤顶施加多级荷载,获得了多级荷载作用下混凝土梁表面和内部的应变分布。通过对应变数据的分析,了解了混凝土梁从没有裂缝到出现裂缝以及裂缝发展全过程的应变变化规律。混凝土梁加载试验结果说明:基于BOTDA的光纤传感技术可以精准定位混凝土结构裂缝, 而且光纤传感技术可以监测混凝土结构裂缝产生,发展全过程,满足全时全域的监测要求。在宜巴高速某隧道现场搭建BOTDA分布式光纤隧道衬砌裂缝监测系统,分析监测数据和现场实地勘察结果也验证了该系统用于监测裂缝产生,发展全过程的可行性。结果表明:裂缝产生的地方应变变化较大,应变差可达到800 με以上,而且产生裂缝区域的应变差与没有产生裂缝区域的应变差相差较大,从应变差分布图中可以很明显地识别,建议后期将要建设的隧道衬砌的裂缝监测系统报警阈值设定为800 με,若应变差超过800 με,监测系统应进行报警,养护人员需要到现场进行查看并判断是否需要进行养护。
  • 隧道工程
    多尺度聚丙烯纤维混凝土在隧道二衬中的应用
    梁宁慧, 周侃, 毛金旺, 刘新荣, 任联玺
    2023, 40(9): 158-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.019
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土在隧道二衬中的应用,开展多尺度聚丙烯纤维混凝土室内试验和现场试验,选用2种聚丙烯细纤维和1种聚丙烯粗纤维进行混掺,综合评估了多尺度聚丙烯纤维混凝土的坍落度、抗裂性、抗压强度和劈裂抗拉强度。结合重庆某山区公路隧道病害整治工程,选取地质条件相近的两个Ⅴ级围岩衬砌拆换段分别作为试验段和对比段进行了现场试验。结果表明: 多尺度聚丙烯纤维混凝土抗压强度略有降低,但在满足现场泵送要求的同时,多尺度聚丙烯纤维的掺入能提高混凝土的劈裂抗拉强度,其劈裂破坏具有一定的延性;粗、细纤维的"桥接"作用能有效抑制裂缝的形成和发展,延缓混凝土起裂时间,减小裂缝的长度和宽度, 粗、细聚丙烯纤维产生了1+1＞2的混杂正效应,使得多尺度聚丙烯纤维在混凝土开裂全过程均起到良好的阻裂效果; 浇注过程中, 多尺度聚丙烯纤维混凝土未出现泌水、离析和堵管等不良现象,纤维分散性良好; 衬砌结构成型180 d后,其强度满足设计要求,两段衬砌结构表面平整、光滑,均未发现肉眼可见裂缝,表明多尺度聚丙烯纤维混凝土可用于隧道二衬;由于使用时间还不够长,更多后期二衬情况有待进一步监测。
    • 交通工程
  • 交通工程
    基于驾驶人有限理性的交织区换道行为决策
    车松珊, 钱勇生, 曾俊伟, 魏谞婷
    2023, 40(9): 166-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.020
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    为研究交织区域异质交通流的演变规律,采用对称指数移动平均滤波算法对车辆自然行驶轨迹数据进行了降噪处理,提取了车辆换道间距的分布情况,分析不同换道环境中驾驶人换道行为特征的差异性。通过综合考虑驾驶人决策行为的不确定性和主观偏好,建立了一种用于模拟有限理性决策心理的交织区元胞自动机动力学模型。首先,基于改进的前景理论引入驾驶人的换道偏好用以描述动态换道间距的感知程度。其次,针对交织区域的几何结构定义了交织车辆递增的换道心理,并构建了跟驰行为对前车的预估车速。最后,采用流量、密度、空间位置、换道分布等参数对模型进行综合评估。结果表明:在空间占有率相同的条件下,驾驶人有限理性动力学模型与传统模型相比,交织区域局部堵塞现象明显减少,局部小范围拥堵流能够快速产生相变;车辆的换道行为在交织区路段呈现正态分布特征,存在集群换道现象,当考虑驾驶人有限理性的决策心理,各车道的换道集中区域均不同程度地向上游移动;在空间占有率变化的情况下,路段通行能力和车辆行驶速度随着驾驶人冒险程度的增大而明显提升。驾驶人有限理性动力学模型能有效刻画驾驶人复杂的决策心理,重现更多的道路交通状态,进而为智能网联人车协同等相关研究提供参考。
  • 交通工程
    山地城市居民公交出行幸福感影响因素研究
    贠艺涵, 赵航, 熊仁江, 刘思敏
    2023, 40(9): 175-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了提高山地城市居民公交出行幸福感,创造更为健康的出行形态,探究了山地城市居民公交出行幸福感的影响因素。采用贵阳市中心城区人流量较大的公交站点居民调研数据,构建了包含潜变量和显变量的SEM-Logit模型,重点研究了山地城市居民公交服务满意度、公交资源获得感感知以及不同地理区划建成环境与公交出行幸福感的关系。结果表明:山地城市居民在公交出行时,其幸福感更容易受到公交车乘车服务以及运营服务的影响;在山地城市乘客公交资源获得感中,均衡性与舒适便捷性感知显著影响居民公交出行的正向情绪;相较于1 km等距四边形和以道路划分的交通小区,基于行政单元划分的街道社区所提取的建成环境指标与居民公交出行幸福感的关联程度更高,山地城市居民日常出行至公交站点的活动范围多处于街道社区内;社区建成环境方面,人口密度、人均路网长度对居民公交出行幸福感产生积极影响,至市中心距离、人均公交线路长度则对其产生消极影响;满意度、获得感、建成环境与出行幸福感的关联程度因年龄段的异质性存在显著差异,非老年群体更容易受到乘车服务、人口密度、人均路网、人均公交线路以及至市中心距离的影响,而老年群体更容易受到公交资源的舒适与便捷性感知、土地利用混合度以及坡度的影响。
  • 交通工程
    基于NGSIM数据的高速公路客货混合车流改进跟驰模型
    高云峰, 赵雪, 沈阳, 罗昊涵
    2023, 40(9): 187-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了给货车比例较高的疏港高速公路上的车辆跟驰行为研究提供基础和借鉴,本研究通过改进现有模型来研究高速公路客货混合车流中车辆的跟驰行为。考虑到货车驾驶人对于车头间距的变化比较敏感,对FVD模型进行改进,将车头间距作为直接作用项,建立了改进跟驰模型。基于NGSIM数据标定改进跟驰模型,并对改进的跟驰模型进行了不同的仿真对比试验。在微观跟驰特性分析中,将实际数据拟合的速度-车头间距关系与改进模型仿真输出的曲线进行对比分析,验证了改进模型刻画混合车流中货车跟驰行为的精确性;在宏观交通流特性分析中,将改进模型仿真出的速度-密度与流量-密度特征与实际交通流做对比,验证了改进模型对提升道路通行能力和拥堵流平均速度的影响。同时,为研究改进模型的干扰恢复能力,对敏感性进行了仿真分析。结果表明:改进跟驰模型的稳定性表现更好,能很好地模拟车队的扰动"消化"过程;改进跟驰模型的仿真结果与实际数据的微观统计特征的吻合程度较高,与实际数据的宏观拟合结果的变化趋势一致;车头间距直接作用项的敏感系数越大,车队受扰动后的恢复至稳态的时间越短。该改进跟驰模型可为分析疏港高速公路的运行特征提供理论依据。
  • 交通工程
    基于短时记忆的高速公路施工区可变信息标志布设
    李文虎, 王志华, 王振, 陆雨函, 李勇强
    2023, 40(9): 197-204,223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    由于驾驶人在接受施工信息过程中存在短时记忆与认知负荷问题,导致其对传统固定模式的信息发布指示牌难以辨别。为了确定VMS布设位置、布设方式和布设高度,优化施工过程中信息发布策略,缩短驾驶人认知、判断、响应时间,提升驾驶人的认度,保障交通运行安全,在理论创新与实践应用两个维度上,通过对国内外公开的驾驶人短时记忆、驾驶人认知负荷、基于短时记忆的VMS认知研究成果对比分析,结合驾驶员获取信息、判断选择、做出反应、动作执行、车辆运动状态变换的过程,充分考虑驾驶员的基本特性、短时记忆与认知负荷,构建了基于短时记忆的施工作业区VMS布设模型。确定了基于驾驶员短时记忆的高速公路施工作业区VMS布设的前置距离,以此解决高速公路改扩建工程与养护工程实施过程的信息发布及时性与"边通车、边施工"交通运行安全问题。结果表明:在双向四车道高速公路改扩建工程中,按照构建的基于短时记忆的施工作业区VMS布设前置距离模型,验证了立柱式与悬臂式VMS距离,立柱式与悬臂式的VMS距离施工作业区的理论最小长度分别为328 m和326 m。上述结果可为高速公路改扩建工程、养护工程不中断交通施工时VMS布设提供参考与借鉴。
    • 智能交通
  • 智能交通
    基于生成对抗和图卷积网络的含缺失值交通流预测模型
    陈建忠, 吕泽凯, 蔺皓萌
    2023, 40(9): 205-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为提升含缺失值城市道路网络交通流预测的准确性,对生成对抗网络的生成器和判别器进行重构,改进了损失函数,提出了交通流缺失数据补全的交通生成对抗插补网络。基于经验模态分解、图卷积网络和门控循环单元设计了EMD-GCN-GRU城市道路网络交通流预测模型。首先,对交通流数据进行经验模态分解,重构了各同级分量为后续预测模型的输入。然后,利用图卷积网络学习路网拓扑结构,捕获了交通流空间特征,再利用门控循环单元捕获交通流时间特征。最后,利用TGAIN补全含缺失值的路网交通流数据后,再利用EMD-GCN-GRU模型进行交通流预测。采用深圳市罗湖区平均车速数据集,构造了多种具有不同缺失模式和不同缺失比率的交通流数据用于模拟实际缺失情形,在ModelArts开发平台进行方法的有效性验证。结果表明:相较于常用的矩阵分解插补方法,TGAIN模型在数据集随机缺失模式下补全准确性较高,在非随机缺失率低于50%时补全性能较好;与其他预测算法相比,EMD-GCN-GRU交通流预测模型具有更高的预测精度;将数据补全方法TGAIN和交通流预测方法EMD-GCN-GRU相结合进行含缺失值城市道路网络交通流预测,显著降低了数据缺失和数据噪声对交通流预测的负面影响,捕获了路网交通流的时空相关性,进而提升了城市道路网络交通流预测的精度。
  • 智能交通
    基于图卷积和注意力机制的高速公路交通流预测
    冯凤江, 杨增刊
    2023, 40(9): 215-223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了精确取得高速公路各断面交通流参数预测值,为交通管理控制提供依据,基于注意力机制的Seq2Seq模型提出了一种考虑时空分布的高速公路短时交通流多步预测方法。将预测断面和可能影响上下游路段的历史和当前时间序列数据作为输入,建立了基于"注意力机制-双向门控循环单元-序列对序列"和图卷积神经网络的高速公路交通流多步预测模型。采用图卷积提取了道路上下游对预测路段影响因素的空间特征,采用双向门控循环单元模型提取了时间临近性、日周期性、周周期性的时序特征。将提取的空间和时间特征加权融合值输入到门控循环单元模型,采用注意力机制获取了各特征值的权重,计算得到交通流参数多步预测值。以均方误差最小化为目标,采用Adam优化器梯度下降法进行迭代训练取得并更新了模型参数,以京港澳高速高碑店—定州南段为例进行试验分析。结果表明:预测精度随步数的增加而减少,但减少趋势缓慢,且3步内的精度均在合理范围内;预测精度随时间粒度的增加而减小,5~10 min时最佳;自由流状态指标值小于拥堵交通状态下指标值;与不考虑空间特征方法、图卷积注意力模型方法、Seq2Seq模型方法相比,本交通流多步预测方法预测精度最高,进一步证明了本预测模型更好地映射了内部的非线性关系,能够满足实时交通控制需要。
    • 物流工程
  • 物流工程
    感染性医疗废物运输的选址-路径优化
    吴坤霖, 赵佳虹
    2023, 40(9): 224-231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了减少感染性医疗废物传播的环境风险,提出了一类基于风险扩散的选址-路径多目标优化模型,在考虑运量连续递增的条件下,协同优化了医疗废物运输的设施选址与多车辆路径问题。根据感染性病毒的环境传播特性,以运输网络周边的居民为风险影响对象,基于运输车辆结构特征构建了立体式的风险扩散度量模型。考虑城市路网的应急系统效用,引入运量递增约束,构建了总成本和总风险最小的双目标选址-路径模型。根据模型的计算复杂度和多目标鲁棒性,设计了基于最小包络聚类分析法和NSGA-Ⅱ的分阶段求解步骤,通过武汉实例和多组测试算例验证了新建模型和改进算法的有效性。结果表明:新模型和改进算法能够在209 s内提供多个有效的选址-路径方案,并且对车辆最大载重量、平均行驶速度、阳性率和平均风速参数值具有一定敏感性;相较于原始方案,降低了新优化方案的设施工作负荷、运输成本和运输风险,相较于传统风险模型,新的风险度量模型能够降低最优方案的运输成本;相较于常规多目标求解方法,改进算法能够缩短79.53%的求解时间,求得更优的选址-路径方案,并且能在307 s内求解不同计算规模的优化问题,具有较高计算稳定性。
  • 物流工程
    基于软时间窗的多车舱生鲜品配送路径优化
    温廷新, 李可昕, 胡迎春
    2023, 40(9): 232-238,256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    随着信息技术和经济的发展,人们的生活品质也在不断提升,人们对生鲜产品的需求不断增加,对冷链运输的需要也随之提高。生鲜产品不易储存的特点促使冷链物流迅速发展。冷链物流能耗高、碳排放高,还会对生态环境造成一定的破坏,这与国家倡导"绿色物流"、"低碳物流"的理念相悖。在双碳背景下,为了解决生鲜品在冷链配送过程中的高成本和高碳排放问题,从低碳视角和处于不同温层生鲜品的货损两个角度进行分析,在满足车辆载重及生鲜品的新鲜程度的约束条件下,综合考虑配送车辆产生的碳排放量及货损问题,以带软时间窗的车辆路径优化模型为基础,构建了一个配送成本及能耗最低的多车舱多温共配路径优化模型。为了进一步求解该模型,设计了一种知识型蚁群算法。首先,将知识模型融入到蚁群算法中。其次,采用动态概率进行选择。最后,将知识型精英战略下的禁忌搜索算子进行融合。利用该算法对上述模型求解并进行实证分析。结果表明:采用多车舱多温共配运输方式可极大程度地节约运输成本、降低碳排放、提高顾客满意度;采用知识型蚁群算法进行求解有效提高了算法的求解性能。
    • 运输经济
  • 运输经济
    考虑货物时间价值的国际集装箱多式联运路径优化
    吴晓黎, 寇淇, 汪泳波
    2023, 40(9): 239-247. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    为了降低国际集装箱多式联运的运输成本、提高运输效率,解决国际集装箱多式联运路径优化问题,在考虑货物时间价值的基础上,依次建立了运输成本节约模型、最短运输时间模型,以及整合运输成本和时间加权的双目标优化模型。传统Dijkstra算法在多式联运路径规划中存在局限性,分别从3个方面对该算法进行了改进——考虑有向带权重的连通图、循环多顶点标号和增加交通工具类型元素。选用某企业的集装箱运输数据进行了分析,研究了3种不同需求偏好下(时间偏好、均衡型偏好以及成本偏好)的最优运输路径,在此基础上探究了最优路径对年度运输总量的影响,通过与混合算法结果的比较充分验证了Dijkstra改进算法在解决多式联运问题中的可行性和有效性。结果表明:不同运输目标客户的需求偏好会影响多式联运最优路径的选择,进而影响运输成本、运输时效及年度运输总量;在成本权重和时间权重取值不同时,得到了3种不同的最优化路径选择方案;与混合算法运行的结果相比,Dijkstra改进算法的求解效果更优;只有更追求低成本时,混合算法才会略好于Dijkstra改进算法;在其他需求偏好下,Dijkstra改进算法下的运输时间更短,运输成本更低且最大时间节约率和成本节约率分别为30.86%和20.31%。
  • 运输经济
    基于文本挖掘技术的分时租赁共享汽车用户体验及影响
    许研, 陶晓波
    2023, 40(9): 248-256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.029
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    为了帮助分时租赁共享汽车企业渡过蛰伏期,同时为其他共享出行服务企业提供借鉴,分析了分时租赁共享汽车的用户体验及其对负面口碑传播和用车行为中破窗效应的影响。主要采用文本挖掘技术对2018—2020年分时租赁获得投资前后百度论坛12.38万条用户帖进行了分析。在客户出行旅程框架下挖掘用户反馈中被高频讨论的服务环节、负面情感态度集中的不愉快触点,分析了其产生原因及后续影响。结果表明:用户高频讨论的、同时也是负面反馈最多的服务环节为开车驾驶、还车结账和售后这3个环节;这3个关键服务环节最易引发不满意和不信任情绪,进而导致负面口碑传播;"技术手段不能保障运营"是"车况差、车内不卫生和用后的违章误判"等诸多负面反馈背后深层次的问题;一条由于用户监管技术落后导致的"违规行为被误判的体验—负面口碑传播—更多的违规行为(破窗效应)—服务负面体验"路径是导致分时租赁用户群"劣币驱逐良币"的循环关系链;"用户监管技术未达到分时运营要求"是目前被共享出行行业普遍忽视的问题。在分析结果的基础上提出了分时租赁企业的策略改进方向,研究方法和结论可为所有共享出行企业提供参考。
  • 运输经济
    全国里程税(费)改革的思考与建议
    虞明远, 耿蕤, 朱志强, 张玉玲, 周密
    2023, 40(9): 257-262. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2023.09.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML   可视化   收藏
    综合现行税费发展趋势和未来交通发展要求,阐述了车购税、燃油税、通行费等税费在适应未来交通发展的调整改革方向,论述了燃油税存在的税基不稳、结构失衡、不可持续等根本性问题。从破解交通资金困局、构建公平税费负担、提升公路智能管控能力等方面提出了里程税(费)改革的必要性。阐述了里程税(费)的概念——按照实际行驶里程,根据不同公路等级、车辆类型和排放水平等合理设置差异化的税(费)率,运用自由流收费技术实现精准计量并征收的公路使用税费。分析了里程税(费)具有征收的直接性、精准性、公平性和可持续性的特征。初步构建了里程税(费)基本制度,包括税费性质、收费道路范围、车辆范围、税率体系和资金用途等制度安排,并从与现行交通税费关系、对公路投融资的影响、对公民权利的影响、对新能源汽车行业的影响等方面分析了里程税(费)改革的影响,提出了从国家层面开展里程税(费)改革制度研究、开展里程税征收技术论证、启动里程税法律法规制订等政策建议。建议提出:里程税(费)制度选择按"里程税"构建制度体系,即用里程税替代燃油税来筹集普通公路的养护资金,并建议为中央和地方共享税。