2024年, 第41卷, 第6期　刊出日期：2024-06-05

  

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  沥青混合料动静态黏弹性主曲线转化与比较

  黄宣, 白桃, 张德育, 陈何文, 毛博温

  2024, 41(6): 1-8,64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.001

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  为对比沥青混合料分别在动态和静态加载下各自模量主曲线换算得到的松弛模量,选用5种沥青进行了不同温度、不同荷载大小的动态模量和蠕变柔量测试。首先基于时温等效原理,利用试验获得的不同频率、不同温度下的动态模量值以及不同温度、不同应力水平加载下的蠕变柔量值,通过Sigmoid函数以及WLF方程拟合获取沥青混合料的动态模量与蠕变柔量主曲线。采用广义Maxwell和广义Kelvin模型分别模拟沥青混合料的松弛与蠕变性能,最后利用Laplace变换和Prony级数表达式,实现了黏弹性参数间的相互换算。结果表明:动态模量及蠕变柔量主曲线的相互换算结果与试验结果规律基本一致,不同应力加载的蠕变柔量与动态模量转化的松弛模量主曲线整体曲线形式相同、曲率变化不同;应力大小对于蠕变柔量影响较大,时域内加载应力越大,蠕变柔量越小,较低时域时,蠕变柔量数值在不同应力条件下相差不大,随着时域升高,加载应力越小蠕变柔量主曲线增幅越大;0.5 MPa荷载加载下的蠕变柔量与动态模量所转化的松弛模量有较高的拟合程度,在10^―4~10⁺³ s中频域段,不同沥青混合料分别采用动态模量和静态柔量转换获得的松弛模量差值均在15%以内;实际工程中可利用试验较为简单的0.5 MPa静态加载获得到蠕变柔量代替动态模量进行松弛模量计算,并优先选用转化后10^―4~10⁺³ s中频域段的松弛模量值。
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  半刚性基层沥青路面平整度波长研究

  胡朋, 陈加贞, 王琨

  2024, 41(6): 9-17,64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.002

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  为了研究路面平整度波长和动荷载之间的关系,识别半刚性基层沥青路面的波长范围,选择典型高速公路和3级公路作为试验道路。以重型车辆和轻型货车作为试验车辆,采用满载和空载2种工况,在试验车辆后轴安装自主研发的无线车辆轮轴振动加速度测量仪器。现场试验获取车辆轮轴竖向振动时域特征数据,经过傅里叶变换,获得车辆振动频域特征。根据频率、车速和波长之间的关系计算划分了半刚性基层沥青路面平整度波长范围。结果表明:车轴振动加速度的标准偏差可以作为车辆动载荷的直接指标,车轴振动加速度的标准偏差随车速和路面粗糙度的增加而增加;半刚性基层沥青路面的车辆振动典型频域曲线由2个主共振频率和1个次共振频率组成;路面平整度波长可划分为4个波段:0~0.2 m极短波,0.2~1.4 m短波,1.4~5.6 m中波,5.6~100 m长波;极短波和长波对车辆振动产生动荷载影响较小,短波和中波对车辆振动产生动荷载影响较大,其中1.4~5.6 m中波对车辆振动产生动荷载的影响最大。试验结果可作为半刚性基层沥青路面平整度波长波段划分的新标准,为制订半刚性基层沥青路面平整度施工控制标准提供依据。
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  ZIF-8/GO协同聚磷酸铵复合改性沥青阻燃性能及机理

  李永琴, 高学凯, 贾丽涛

  2024, 41(6): 18-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.003

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  为探究沥青路面的火灾安全问题,设计并制备了沸石类咪唑框架材料/氧化石墨烯(ZIF-8/GO)阻燃剂,并将其与聚磷酸铵(APP)进行复配应用于沥青的阻燃抑烟改性。采用FTIR,XRD,Raman和XPS对ZIF-8/GO的结构进行表征。采用氧指数法、锥形量热仪和热重红外气质联用仪对复合改性沥青的阻燃性能进行表征。结果表明:ZIF-8/GO与APP的复配存在良好的协同效应,对沥青具有良好的抑烟效果。当添加质量分数为3%的ZIF-8/GO和质量分数为7%的APP时,复合改性沥青试样已符合相关标准规范中复合改性沥青难燃的规定;复合改性沥青试样的热释放速率曲线较为平缓且范围变宽,峰值热释放速率较沥青降低了44.97%,复合改性沥青试样的总生烟量值也明显降低,ZIF-8/GO和APP的添加能显著减缓复合改性沥青的燃烧速率,使得燃烧相对缓和地进行,有效地减少烟雾的排放及降低燃烧过程中释放的热量;复合改性沥青试样燃烧后生成连续且致密的炭层,可以起到良好的阻隔作用。APP和ZIF-8/GO的复配实现了凝聚相和气相共同阻燃,因而表现出良好的阻燃性能。此外,添加ZIF-8/GO和APP复配阻燃剂对复合改性沥青试样的基本路用性能有所影响,但均在标准规范范围之内。
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  吸波涂层对混凝土微波除冰性能的影响

  王志航, 白二雷, 黄河, 刘俊良, 任彪

  2024, 41(6): 28-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.004

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  微波除冰技术作为一种新型除冰方式,具有除冰率高、绿色无污染等优点,然而微波除冰的效率问题成为了制约该技术应用的关键。为提高混凝土微波除冰效率,将一定掺量(0,3%,6%,9%,12%,15%)的3种吸波掺料(Fe₃O₄,SiC,石墨)掺入涂层黏结溶剂,制备混凝土吸波涂层。利用开放式微波发射系统,对表面涂刷吸波涂层的混凝土进行无冰升温试验和微波除冰试验,针对吸波涂层对混凝土微波加热效率、微波除冰性能的影响进行研究,并对比分析了不同吸波涂层对混凝土微波除冰性能的影响。结果表明:Fe₃O₄吸波涂层、SiC吸波涂层、石墨吸波涂层均能提高混凝土表面的升温速率,增强混凝土的微波加热效率和微波除冰性能;随着吸波涂层中吸波掺料掺量的增加,混凝土试件表面的升温速率先增大后减小,Fe₃O₄,SiC,石墨的最佳掺量分别为9%,9%,12%;石墨吸波涂层对混凝土微波加热效率和微波除冰性能的改善效果最佳,其次为Fe₃O₄吸波涂层,最后为石墨吸波涂层;在最佳掺量下,Fe₃O₄吸波涂层、SiC吸波涂层、石墨吸波涂层使混凝土微波加热效率分别提高了148.73%,81.8%,156.95%,使混凝土微波除冰性能提高了129.62%,67.12%,245.11%。
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  硫酸盐干湿循环作用下废水混凝土寿命预测模型

  徐国会

  2024, 41(6): 36-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.005

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  为解决中国西北高寒盐渍土地区混凝土的耐久性问题,采用不同掺量搅拌站废水拌制混凝土,以研究其在抗硫酸盐-干湿循环双重作用下的影响。以0%,25%,50%,75%,100%比例混凝土搅拌站废水取代等质量饮用水混合拌制C40混凝土,以20%比例粉煤灰等质量取代水泥。混凝土试件为40 mm×40 mm×160 mm,采用 5%浓度的硫酸镁溶液进行全浸泡干湿循环试验,测试混凝土的抗压强度、抗折强度、相对动弹性模量、质量及吸水率。以相对动弹性模量为评价指标,利用灰色预测GM(1,1)模型及损伤二次函数衰减模型进行寿命预测。结果表明:随着废水替代率的增加,混凝土抗压强度损失率先减小后增大,干湿循环下的混凝土质量损失率由高到低依次为C40-75,C40-100,C40-50,C40-25;搅拌站废水的主要氧化物与水泥类似,微观形貌多为多孔状不规则颗粒,可以延缓C40混凝土在硫酸盐干湿循环环境中的劣化速度,使混凝土提高抵抗SO₄^2-侵入的能力,其中废水替代率为50%时混凝土抗SO₄^2-侵蚀能力最好;GM(1,1)寿命预测显示废水替代率为50%时混凝土耐久性年限最长,其耐久年限提高了2.3倍,可抵抗74次硫酸盐-干湿循环,且衰减模型相关系数R²大于0.94,具有较高精度。
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  硅灰在调控地聚物收缩性能及地聚合过程中的作用

  路畅, 柳昊, 余俊, 张阳

  2024, 41(6): 46-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.006

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  为了解决地聚物严重的早期干燥收缩变形,实现地聚物在道路工程中的高效化利用,通过硅灰来调控粉煤灰-矿渣(FA-GBFS)地聚物的收缩性能与地质聚合过程。在使用硅灰改善粉煤灰-矿渣地聚物干燥收缩性能的基础上,观察了地聚物内部的孔隙分布及微结构的变化,并探究了硅灰对地聚物内部反应程度的变化规律。进一步揭示了硅灰对地聚物干燥收缩行为及地聚合过程的影响机制。结果表明:地聚物的干燥收缩主要集中在早期,在7 d时其收缩应变达到总应变的80%~90%;硅灰的加入使得地聚物的干燥收缩应变逐渐减低,当硅灰含量达到20%时,地聚物的干燥收缩应变降低50%,同时也降低了地聚物中孔径为20 nm~10 μm的孔隙含量;此外,通过改变FA-GBFS地聚物中Si—O—T(T为Si或Al)结构和四面体配位Al—OH键的结合能和相对含量,延迟了地聚物中早期的地质聚合反应和硅酸钙水化反应,因而改善了因水化反应放热而使得地聚物内部水分大幅度蒸发的现象,这也使得地聚物内部因水化热而产生的有害孔含量降低;当硅灰含量达到20%时,硅灰对地聚物的干燥收缩性能和力学性能具有良好的协同作用,其不仅具有较低的干燥收缩应变,28 d的力学强度也得到了良好的改善。
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  桩板式路基引扩孔灌浆后植入桩的承载特性

  赵宇, 张浩, 江磊, 王伟

  2024, 41(6): 56-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.007

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  为了探明桩板路基结构中引扩孔灌浆后植入预制混凝土桩的承载特性和荷载传递机制,以G3W德阳-上饶高速公路合肥至枞阳段桩板路基桩基工程为依托,开展了2组不同扩孔条件下孔内灌入砂浆后植入预制桩的静载荷试验。考虑植入桩中内部芯桩、外围砂浆固结体与周围土三者的相互作用,基于界面剪切试验,揭示了芯桩-砂浆界面、砂浆-土界面剪切性能的非线性,并分别建立了砂浆-土界面双曲线剪切模型和芯桩混凝土-砂浆界面弹性-破坏剪切模型。在此基础上,构建了引扩孔灌浆后植入桩三维数值分析模型。现场载荷试验结果验证了数值模型的可靠性,并对引扩孔灌浆后植入桩的荷载传递机制和影响因素进行了数值分析。结果表明:引扩孔灌浆后植入桩桩端荷载约为桩顶总荷载的20%,整体表现为端承摩擦桩的承载特性;外围较高强度水泥砂浆可有效将芯桩荷载传递至周围土,能起到扩径增强的作用;试验工况下芯桩-包裹砂浆界面阻力沿桩长呈两端大、中间小的分布特点,而包裹砂浆-土界面阻力随深度呈逐渐增大变化趋势;外围砂浆厚度的增加有利于提升传统预制管桩承载性能,但其厚度不宜过大,厚径比宜为0.2~0.5,以充分发挥内芯预制桩承载特性和芯桩-砂浆的协同作用。
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  道路工程

  土工格室与沙漠沙界面特性大型直剪试验

  方济升, 刘杰, 张耀辉, 赵阳

  2024, 41(6): 65-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.008

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  为探明土工格室与沙漠沙的筋土界面特性,开展了多项大型直剪试验研究,包括不同土工格室位置条件下、不同剪切速率条件下、不同温度条件下的土工格室加固沙漠沙界面直剪试验。结果表明:在50,100,150 kPa的法向应力条件下,以土工格室加筋层上界面或下界面作为剪切面,不同剪切速率(0.5,1.0,2.0 mm/min),不同温度(30,15,0,―15 ℃)影响下的筋土界面剪应力-剪切位移曲线均呈应变软化特征;纯沙漠沙对剪切速率的变化不敏感,剪切速率由0.5 mm/min升至3 mm/min时沙漠沙抗剪强度基本持平,而土工格室加固沙漠沙的界面对剪切速率的变化敏感,界面抗剪强度随剪切速率的增加而减小;在较低剪切速率0.5 mm/min下,土工格室提供的似黏聚力对抗剪强度的贡献更大;土工格室加固沙漠沙在30 ℃与15 ℃下峰值剪应力变化不大,区别在于峰值过后30 ℃抗剪强度存在更快的衰减至平稳阶段的情况;随着温度的降低,土工格室-土复合体呈现出更大的刚性,界面剪应力峰值提高并前移;土工格室刚性的增加使土工格室壁不易受拉变形,造成紧箍作用削弱而水平摩擦力作用增强,综合体现在加筋土剪切面的似黏聚力降低,而内摩擦角增大。
桥梁工程
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  超高性能钢管混凝土桥梁结构研究

  龚云霞, 刘永健, 姜磊, 李若松, 邓淑飞

  2024, 41(6): 74-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.009

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  为推动超高性能矩形钢管混凝土组合结构应用并促进桥梁结构轻型化、装配化技术发展,依托沪武高速某跨线桥工程,对中等跨径下承式超高性能钢管混凝土桥梁进行设计研究。提出采用超高性能钢管混凝土组合结构作为桥梁主要承重构件,其高承载力、高耐久性、施工便捷、装配化程度高等优良性能,满足目前对桥梁建设轻型化、薄壁化的发展需求。结合工程建设条件,提出3种主要构件以承受轴向力为主的桥型方案,分别为组合桁梁桥、系杆拱桥以及斜拉板桥,创新性地采用CFRP吊杆、CFRP预应力筋及冷弯卷边U型横梁与UHPC组合桥面板结构,并通过有限元模型对各设计结构进行强度、刚度、稳定性及动力特性分析,得到各验算结果均满足规范要求,并针对各桥型进行技术经济性分析,为中等跨径跨线桥梁的设计及UHPC、CFRP等新材料的应用提供参考。分析结果表明:简支组合桁梁动力特性较好,刚度、稳定性适中;连续组合桁梁构件强度较均衡,材料利用率相对高,但竖向刚度相对较小;系杆拱桥竖向刚度相对较大,但横向稳定性相对差;斜拉板桥竖向刚度相对大,横向稳定性相对好。在相同条件下,简支桁梁、系杆拱桥、连续桁梁、斜拉板桥的材料造价比值为1∶1.02∶0.97∶1.83,连续组合桁梁的经济性最优,而斜拉板桥相对差。组合桁梁桥施工性能更优,而系杆拱桥与斜拉板桥景观效果更为突出。
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  分体式三箱主梁气动特性数值模拟

  祝兵, 杨镇宇, 殷瑞涛, 员帅伟, 李俊南

  2024, 41(6): 89-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.010

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  为研究分体式三箱主梁气动特性,基于某公铁两用斜拉悬索协作体系桥梁分体式三箱主梁,采用FLUENT软件开展了不同槽高比(G/D)、不同风攻角下分体式三箱主梁气动特性二维数值模拟。所述主梁气动特性主要包括气动力系数、涡量场、平均压力系数以及压力系数标准差分布。数值模拟结果表明:在研究参数范围内,不同风攻角下,阻力系数总体随槽高比增大而增大,升力系数和力矩系数未随槽高比单调变化,且力矩系数对槽高比变化更敏感。各槽高比下升力系数随风攻角变化斜率均为正值,这表明该分体式三箱主梁颤振性能良好;0°风攻角下,G/D=0时,仅在箱梁尾流区存在周期性漩涡脱落。G/D=1.61时,0°风攻角下箱梁开槽处及中间箱体和下游箱体表面漩涡脱落显著,相较于0°风攻角,±10°风攻角下中间箱体与下游箱体开槽处及下游箱体表面漩涡脱落减弱;主梁开槽使得中间箱体上表面负的平均压力系数幅值增大,并导致箱梁表面压力系数标准差增大。G/D=1.61时,相较于0°风攻角,±10°风攻角下箱梁表面压力脉动减弱,尤其下游箱体表面压力系数标准差显著减小;该分体式三箱主梁临界槽高比为G/D=2.08。
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  基于路径概率的桥梁全寿命成本计算方法及例证

  王崇交, 姚昌荣, 赵思光, 徐川, 李亚东

  2024, 41(6): 101-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.011

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  为解决传统桥梁全寿命设计方法在工程实践中遇到的设计概念模糊、计算方法不明确及与相关规范脱节的不足,以提高公共安全与交通舒适度,降低建造和运营综合成本,提出了基于路径概率并与可靠度结合的混凝土桥梁全寿命成本计算方法。首先,在深入研究桥梁全寿命设计的基础上,依据调研所得桥梁管养投入实际数据,拟合了不同服役地区不同桥梁等级的检测成本计算公式,以及不同公路等级不同养修成本的养修成本取值区间,以此构建了桥梁全寿命成本计算基准。其次,以钢筋在氯离子侵蚀和碳化耦合作用下的锈胀开裂模型为基础,采用路径概率方法构建了桥梁全寿命养修概率模型。然后,通过蒙特卡洛法进行求解,并将养修方案、养修成本通过可靠度指标联系起来,结合规范中关于正常使用极限状态指标的相关规定,提出基于可靠度的全寿命成本计算方法。最后,采用所提方法计算了不同桥梁设计方案在设计使用寿命期内的养修概率,综合建造成本、检测成本和养修成本估算全寿命成本及其对应的可靠度。结果表明:不同可靠度指标的取值对设计方案的全寿命成本有显著影响,随着可靠度指标的提高不同设计方案的经济性均出现先上升后下降的趋势。因此,设计过程目标可靠度的取值不宜过大,可通过一个较低的可靠度指标,适当放宽耐久性设计准入,以允许桥梁在使用过程出现一定的耐久性问题,并通过后续养修进行矫正,这样对于全寿命成本而言,更具有经济性。
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  基于多目标优化的独柱墩直线梁桥抗倾覆加固

  徐亚峰, 付晓, 关波, 祝通华

  2024, 41(6): 109-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.012

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  针对倾覆风险较高的独柱墩直线连续梁桥,采用增设钢盖梁的方法对独柱墩进行加固,使独柱墩处的支承由原来的单支撑转变为三支撑,从而提高独柱墩直线梁桥的抗倾覆能力。为在提高其横向倾覆稳定系数的同时,尽可能地减小独柱墩受到的偏心弯矩作用,构建了以独柱墩原支座尺寸和钢盖梁新增支座间距为设计变量、以横向倾覆稳定系数和偏心弯矩安全系数为目标函数的多目标优化模型,然后基于Python联合NSGA-Ⅱ遗传算法与Abaqus建立的参数化有限元模型,求解该多目标优化模型的Pareto最优解集,利用博弈论综合赋权法计算目标函数的权重,再采用TOPSIS法计算Pareto最优解集中解的亲密度系数,从而选出最佳的加固设计方案。研究结果表明:采用增设钢盖梁的加固方法能够有效提高独柱墩直线梁桥的抗倾覆能力,采用初始方案加固后独柱墩直线梁桥的倾覆稳定系数提高了167%,满足规范要求;Python能将优化算法与Abaqus建立的桥梁有限元模型有效结合,得到分布均匀的Pareto最优解集;与未加固状态相比,优化后加固方案的倾覆稳定系数提高了201%;与初始加固方案相比,最佳优化加固方案的倾覆稳定系数提高37.25%,偏心弯矩安全系数提高4.04%。
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  连续刚构梁拱组合桥日照温度效应分析

  闫磊, 惠启祥, 郭宏伟, 卓鸿杰, 范格平

  2024, 41(6): 119-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.013

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  为了对连续刚构梁拱组合桥日照温度效应展开研究,依托陕西省铜川市某在建高墩大跨连续刚构梁拱组合桥,采用现场温度场实测数据、历史气象观测数据与有限元数值模拟相结合的方法,研究高墩大跨连续梁拱组合体系空间温度场及其温度效应。结果表明:通过开展依托工程空心薄壁混凝土高墩温度场现场试验测试,分析混凝土高墩温度分布随时间和空间的变化规律,可以看出混凝土高墩在1 d中内外表面温度测点的温差可达到11.9 ℃,这说明温度分布沿桥墩壁厚方向的差异显著,为高墩日照温度场数值模型验证提供了试验基础;对比有限元模拟结果与现场实测数据表明,大部分代表性观测点位的温度有限元计算值与温度实测值吻合程度较好,验证了数值模型及气象参数取值的合理性;关键施工阶段温度效应分析表明,主梁合龙口相对高差值随着结构整体升降温变化呈线性变化;在考虑不同主墩温度梯度的情况下,主梁的挠度曲线形式和挠度值与现行桥梁规范中仅考虑主梁温度梯度效应相比均发生了较大变化;当拱肋合龙温差在10 ℃以内时,可以忽略其对结构内力和线形的影响。
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  ERE铺装钢桥面板疲劳扩展与疲劳寿命研究

  王奎, 吴文明, 卢超, 何蕾, 李英豪

  2024, 41(6): 130-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.014

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  为研究ERE铺装对正交异性钢桥面板U肋与顶板焊接处疲劳细节的影响,针对某悬索桥实际的正交异性钢桥面板构造细节,利用等效结构应力理论研究其疲劳性能,并利用线弹性断裂力学理论进一步分析其疲劳裂纹扩展行为。首先,采用Abaqus软件分别建立原铺装和ERE铺装的正交异性钢桥面板节段有限元模型,基于等效结构应力法分析其疲劳细节疲劳性能以及在不同荷载位置下的等效结构应力;随后在此基础上运用FRANC.3D与Abaqus软件建立具有相同等效结构应力幅的三维顶板-U肋构造细节等效模型,并植入裂纹,对其结构局部模型的裂纹扩展性能进行对比分析。结果表明:该桥某跨跨中截面开裂模式以C.3开裂模式为主导,通过等效结构应力计算得疲劳寿命最短为427.1万次;对于采用ERE铺装加固后C.1,C.2裂纹开裂模式,在相同的裂纹扩展深度上,其应力强度因子都有着不同程度的降低,其平均寿命增加幅度为138.22%;当裂纹深度大于2 mm时原铺装结构C.3开裂模式的裂纹应力强度因子迅速增加,而采用ERE铺装加固后其应力强度因子幅值均低于原铺装结构且数值较为稳定,其平均寿命增加幅度为99.26%;ERE铺装加固后裂纹扩展寿命提升在75.13%~163.51%,平均增加幅度为125.23%。通过疲劳裂纹扩展寿命对比,可以认为ERE铺装能有效降低裂纹处的等效应力强度因子幅值,抑制裂纹的增长速率,从而提高构件的疲劳寿命。
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  基于机器学习的砂浆流变特性预测

  蔡锦程, 许子彦, 董振勇, 徐荣桥, 赵阳

  2024, 41(6): 138-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.015

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  砂浆流变性除了与混合料成分特性和配合比设计相关外,还随胶凝材料混合时间的长短而发生改变。为研究上述因素对砂浆流变性能的影响,采用流变仪获得4个不同时段、30种不同配合比下砂浆的塑性黏度与屈服应力,并对得到的120组流变性能数据进行数据清洗等处理分析工作。接着通过支持向量回归、K-邻近回归和随机森林回归3种机器学习算法,以水泥含量、机制砂、粉煤灰、石灰石矿粉、减水剂、水、砂浆混合后时间、水灰比、骨胶比以及水胶比等参数作为自变量,塑性黏度与屈服应力作为因变量,对砂浆的流动性能进行学习预测。最终结果是支持向量回归算法对砂浆的塑性黏度与屈服应力预测准确率最高,预测结果的平均绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差以及决定系数均优于其他模型,拥有更好的泛化能力,在预测领域中具有良好的适用性。通过时间效应分析,得到了不同组分对水泥砂浆流变性能的重要系数,其中减水剂、水泥、砂、水对于砂浆的流变性能影响比较显著。最后使用支持向量回归对具有较大特征重要性的变量(水泥、机制砂以及减水剂)进行单一特征分析,通过改变单一变量得到了该变量对砂浆流变性能的影响曲线。
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  堆载作用下桥梁桩基偏移及处治分析

  严新江, 张华杰, 谢柯

  2024, 41(6): 148-155,198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.016

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  针对桥梁桩基偏移问题,以一座受非对称堆载影响的公路桥梁为例,对桩基础偏移和偏移成因进行分析。通过建立有限元模型,分析该公路桥梁桩基础受堆载影响前、堆载影响后、堆载高度、卸载纠偏处治后等多个工况下的力学特性。根据现场桥梁上下部检测情况、土体处治监控情况和有限元数值分析,结果表明:非对称堆载是桩基础产生偏移的主要原因,桥梁周边的非对称堆载对桩基础周边的土体产生一定的扰动,使土体对桩基础产生水平的推力,从而引起桩基础的偏移。对堆载土体进行卸载直至土体变形趋于稳定,可在一定程度上改善既有桩基础的受力状态,起到一定的纠偏作用。通过增设反力锚直接作用外力于桥墩结构,控制纠偏方向,来提供对桥梁桩基的纠偏力,并在桩基顺桥向和横桥向布置应力释放孔,有效释放土体侧向挤压应力,减小土体侧向变形对桩基的影响。同时对偏移的桩基础,采用在原桩基础位置两侧进行对称性群桩加固后,桩基础的横桥向位移、弯矩和轴力大幅度降低,纠偏作用效果明显,使桥墩恢复到正常使用状态。以实际桥梁工程为例,对受非对称堆载影响的桩基础采用钻孔卸压、开挖卸载、桥梁横向加强、桥墩纵向复位和加桩加固等综合纠偏方案,结果表明纠偏方案效果良好。
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  钻爆法公路隧道防排水技术发展综述

  晏长根, 欧运起, 李富春, 尹培杰, 来弘鹏

  2024, 41(6): 156-164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.017

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  为研究钻爆法公路隧道防排水技术的发展趋势和未来方向,系统梳理了防排水技术的发展历程、技术要求、设计施工和维护技术等内容,并对需要关注的问题及下一步发展方向进行展望。结果表明:按照隧道建设的技术发展水平,防排水技术可划分为圬工时代和后混凝土时代,已实现原则指导、设计优化、材料革新、施工控制、标准保障及运营维护的基本构架;中国在新修订的规范中增补了隧道渗漏水量化标准,使防水等级规定更具客观性、科学性;从防排水系统构造形式的对比情况看,控制排水型隧道能兼顾隧道衬砌水压力和维护隧道区生态平衡等多方面需求;钻爆法隧道防排水技术虽然增加了一些可维护性设计,但仍以功能性设计为主,且现有技术难以满足防排水系统的维护需求。应当注意:防排水技术是一个系统性问题,需要建立基于全寿命周期的建管养一体化防排水体系,并对防排水系统选型和控制型防排水技术进行系统性研究,通过对全寿命周期内隧道排水的环境影响进行分析评价,确定合理的防排水构造型式;另外,需加强防排水系统优化及新工艺研究,加快新型防排水材料的开发;同时要加强维护技术研究,尤其是可维护性技术和修复性技术研究。
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  大断面小净距隧道爆破施工合理间距及减振措施

  林豪, 郭洪雨, 兰庆男, 王泽樑, 张志强

  2024, 41(6): 165-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.018

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  小净距隧道在爆破施工过程中存在多次扰动问题,一方面隧道周边岩土体在多次爆破扰动下发生劣化,降低围岩承载能力,另一方面爆破振动会直接对既有隧道结构产生不同程度的影响甚至损坏,如衬砌结构开裂、剥落等。因此,合理设计隧道间距以及采取必要的减振措施对于提升隧道整体安全性能以及延长隧道服役性能至关重要。为研究不同围岩级别下隧道的合理间距,以义东高速西甑山公路隧道小净距段为工程依托,采用ANSYS LS-DYNA有限元动力分析程序建立小净距隧道爆破施工三维数值模型,重点研究Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩后行洞爆破施工下相邻先行洞振动响应规律,建立围岩级别、振速以及隧道间距内在关系式,结合衬砌结构振速限值划分合理间距,并探究减振孔在小净距隧道爆破施工中的应用,现场选取试验段开展先行洞振动监测并评价降振效果。研究表明:先行洞迎爆侧边墙位置振速值最大,以此为基础划分Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩下隧道合理间距分别为5.8,8.2,11.1 m,当间距小于该值时应加强监测并采取相应减振、加固措施;后行洞设置减振孔后,振速计算值、监测值相比未设置的减振率分别提高18.7%,32.6%,二者相差不大表明减振孔降振效果明显;实际监测振速最大值为3.49 cm/s,远小于7 cm/s的限值,先行洞二次衬砌振速值满足安全控制要求。
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  常规公交运营脆弱性评价及发车优化研究

  胡立伟, 武加宝, 赵雪亭, 杨志莹, 余先林

  2024, 41(6): 173-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.019

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  针对常规公交在城市公共交通中的分担率逐年下降状况,综合考量乘客的出行感知和公交运营成本,为量化常规公交运营线路的脆弱性并提高服务质量,提出了常规公交运营脆弱性评价方法及其基于脆弱性评价的的公交发车间隔优化。首先,采用文献萃取法从人为活动、运营组织管理、环境状态和车辆状态4个方面萃取得到15个脆弱因子,基于概念格加权群组改进的结构解释模型对初始评分结果进行统计筛选得到脆弱因子间的影响程度关系,通过对脆弱因子的暴露性、敏感性和适应性3个特征进行等级划分,以取交集的方法得到车内拥挤度和候车时长2个关键脆弱因子。其次,从不同客流时段的乘客感知与心理变化特征角度出发,对车内拥挤度的等级划分和候车时长正态分布曲线进行分析,确定拥挤度的临界划分和以85%乘客的候车容忍时间作为容忍阈值。进一步,基于关键脆弱因子及其容忍阈值构建高峰、次高峰和平峰时段以发车间隔时间为变量的运营公司成本和乘客成本函数模型,并采用遗传算法进行求解。最后,结合昆明市23路公交线路进行算例分析。结果表明:优化后的运营线路高峰时段的暴露度、敏感度和适应度分别降低39.10%,26.75%,35.74%,脆弱度降低了33.88%,优化效果最好,次高峰居中,平峰较差。总体分析来看,评价模型和优化方法具有较好的实用性,提升了乘客出行感知服务水平并降低了运营成本。
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  考虑出行阻抗的城市群综合客运网络可达性

  李成兵, 吴鹏, 李云飞

  2024, 41(6): 182-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.020

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  为阐明城市群综合客运交通网络的多层空间结构并丰富网络的功能属性,以耦合这一全新视角提出考虑城市交通换乘的城市群综合客运网络模型,并从出行费用与出行时间出发分析节点与网络的可达性。首先,基于复杂网络理论Space-P建模方法,将城市群中的客运站点抽象为网络中的节点并进行编号,以票价与出行时间标定边权,分别构建公路客运子网、铁路客运子网。其次,划设城市群中的各城市中心城区为独立的交通小区,将有城市公共交通、步行等换乘方式连接的节点间添加耦合边,构建耦合子网。再次,将两类客运子网通过耦合子网组合叠加为综合网络,改进传统网络效率指标,构建加权的阻抗效率指标评估节点与网络的阻抗可达性。最后,以成渝城市群为实例研究,构建成渝城市群综合客运网络并分析公路、铁路、综合网络的阻抗可达性。结果表明:多个节点的耦合使得这些节点的阻抗可达性较好,因此在研究城市群综合客运交通网络时,城市交通换乘是不可忽略的因素;综合网络的阻抗可达性相较于公路子网、铁路子网分别提升了83.4%,28.5%,公路与铁路客运子网的耦合提高了城市群客运交通网络的阻抗可达性;推进站点间、多种运输方式间的耦合协调,继而构建更加便捷顺畅的城市群综合客运交通网络,是降低旅客的出行成本的重要途径。
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  智能交通

  不同降雨强度环境下高速公路跟驰模型标定

  单华刚, 于长海, 许金良, 高超, 尧玉宏

  2024, 41(6): 190-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.021

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  为了标定不同降雨环境下高速公路跟驰模型,通过实地试验探究了不同降雨强度下驾驶员跟驰行为特性,基于遗传算法对跟驰模型进行标定,并采用交叉验证方式对标定参数进行验证。首先,通过实地试验收集了正常、小雨、中雨及大雨条件下的交通流数据,根据车头时距和车头间距筛选跟驰事件;其次,分析了不同降雨强度下驾驶员跟驰行为的变异性,探究了不同降雨强度下的车头间距和跟驰速度的关系;最后,利用遗传算法对 GHR 模型、FVD 模型以及 IDM 模型参数进行了标定,并采用交叉验证检验了模型精度。结果显示,降雨强度对高速公路的车辆跟驰行为有显著影响。降雨强度越大,驾驶员倾向于保持更大的车头间距和更低的跟驰速度。大雨天气与正常天气相比,跟驰速度相同时的平均跟驰间距增加30 m以上,跟驰间距相同时的平均跟驰速度降低10 km·h^―1以上。标定结果进一步显示,随着降雨强度的增加,跟驰模型中体现驾驶员敏感程度的参数逐渐增加,反映驾驶行为或期望驾驶行为的参数呈现向更加保守方向变化的趋势。交叉验证分析还表明,与GHR 模型和FVD 模型相比,IDM模型更能有效反映不同降雨强度对驾驶员跟驰行为的影响。
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  K-means算法在高速公路ETC数据分析中的应用

  张添翼, 杨涵, 田俊山, 王歆远

  2024, 41(6): 199-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.06.022

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  为了更高效地利用高速公路ETC数据集并提升数据处理速度,深入分析ETC用户的主要特征和高速公路存在的潜在问题。以我国某省份某高速公路出入口2023年6月的ETC通行数据为例,通过Python编程语言对数据进行清洗,采用环形特征编码处理时间数据,并运用K-means聚类算法对数据进行处理。重点关注入口时间、出口时间、本省通行里程等指标,对用户的收费里程、速度以及行驶时间3个核心特征进行分析,借助聚类中心点和雷达图进行可视化展示。分析结果显示,傍晚时段的通行效率较低,晚间疲劳驾驶和午夜超速问题较为突出。根据通行里程分析,白天主要以短程和中程用户为主,长程用户倾向于在上午进入高速公路,同时,该高速公路存在大量的通勤车辆。在速度分析方面,低速组多为短途车辆。K-means聚类算法的应用使得数据处理过程快速且可靠,结合更多的ETC数据,可以进一步深入了解高速公路通行的主要群体和状况。研究成果可为制定差异化收费政策提供有力依据。例如,通过聚类分析进入高速公路的时间,确定高峰时段和低谷时段,适时提高高峰时段的费用,降低低谷时段的费用,从而提高通行效率、平衡路网流量。这具有重要的现实意义。