2024年, 第41卷, 第8期　刊出日期：2024-08-05

  

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  基于智能颗粒的冷再生混合料压实状态感知

  陈成勇, 马士杰, 张轩瑜, 王光勇, 甄倩倩

  2024, 41(8): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.001

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  为了更好地揭示压实过程中混合料颗粒间的相互作用,实现优化压实工艺与混合料设计的目的,基于智能颗粒传感装置开展了冷再生沥青混合料室内旋转压实试验。监测混合料在旋转压实过程中的受力、转角及加速度动态响应规律;研究智能颗粒动态响应规律与混合料相对压实度之间的关联性;揭示压实过程中颗粒间的互锁机制,并对混合料的压实状态做出评价。开展了不同粗骨料含量下的冷再生混合料旋转压实试验,研究不同粗骨料含量对压实过程的影响。试验结果表明:旋转压实过程中混合料相对压实度的变化规律与智能颗粒的动态响应有较好的相关性,初步实现旋转压实过程中混合料压实状态的智能感知;与45%和65%粗骨料含量的混合料相比,55%粗骨料含量的混合料更容易达到较高压实度,且在压实过程中的稳定性较高。此外,建立了基于改进的人工神经网络的压实度预测模型,选取智能颗粒实测的x、y方向的相对旋转角和加速度,z方向的接触力及集料在各筛孔的通过率作为模型的输入变量,采用Tensorflow2.0框架构建网络、循环神经网络结构与全连接深度神经网路结构,分别处理序列特征数据与连续特征数据,并通过拼接操作进行数据融合训练。经过600次迭代训练后,网络的损失函数和精度达到了收敛阈值,混合料相对压实度的实测值与预测值拟合直线方差为0.93,结果表明该模型对于混合料的相对压实度具有较好的预测能力。
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  基于DCGAN预处理和残差密集注意力网络的路面裂缝识别方法

  王强, 王浩仰, 高保全, 付渊, 陈煜东

  2024, 41(8): 11-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.002

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  为了建立一种基于深度学习卷积神经网络(DCGAN)的路面裂缝检测模型,提高特殊路面裂缝(如模糊裂缝、浅裂缝等)的识别准确率,提出了基于DCGAN预处理和残差密集注意力网络(RDAN)的路面裂缝识别方法。该方法基于对抗学习的思想,在数据预处理中保留了高分辨率的裂缝特征,同时抑制背景噪声的影响,将模糊裂缝增强为清晰裂缝,将浅色裂缝重建为深色裂缝,提升模型训练、识别效果;在模型训练中,提出了一种全新的适用于路面裂缝识别的RDAN;基于传统的残差网络和密集网络的结构进行融合改进,在元素维度和通道维度同步进行层与层之间特征的传递,改善深度卷积神经网络训练过程中的退化问题;通过引入卷积块注意力模块,在空间与通道2个维度实现自适应特征优化,进一步提升网络在实际复杂路面背景下的裂缝特征提取能力,抑制背景噪声的干扰。结果表明:基于DCGAN预处理和RDAN的路面裂缝识别方法在CiCS50000实际工程数据集及多个公开数据集上取得了最优的识别效果,在CiCS50000数据集准确率、精确率、召回率和Dice相似系数上分别达到了97.51%,87.05%,83.36%和81.02。
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  基于SBAS-InSAR技术的膨胀土边坡变形失稳特征

  赵勇, 张锐, 邢学敏, 凌时光, 郑冠峰

  2024, 41(8): 22-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.003

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  针对传统现场监测手段造价高、易损坏且难以复现边坡整体区域形变历史的不足,引入SBAS-InSAR技术获取试验边坡大面积整体时序形变结果,探究膨胀土边坡在降雨入渗条件下的变形失稳规律。选取昭通西环高速公路膨胀土路堑边坡为试验区域;对覆盖该区的31景Sentinel-1A SAR影像开展前期差分干涉处理、高相干点选取、相位解缠、时序形变建模和总形变生成;获取了研究区域为期28个月的整体面状形变结果,还原了该膨胀土路堑高边坡从开挖到支护再到滑塌的变形全过程,揭示了其历史失稳变形特征。结果表明:边坡区域最大累计沉降为198 mm,坡顶、坡中和坡脚特征点的时序沉降曲线可分为4个阶段;利用水准测量结果进行了精度验证,得出内符合精度为±2.9 mm,外部精度为±1.5 mm;结合降雨量数据分析得出边坡变形破坏具有浅层性、阶段性、蠕变性、滞后性、季节性等特征,且在单日降雨量不超过15 mm的情况下,特征点沉降呈现沉降速率变缓或小幅度抬升。本研究将SBAS-InSAR技术用于膨胀土公路边坡滑坡形变灾后重建,拓宽了InSAR 技术应用领域,也为膨胀土边坡失稳早期识别提供了一种新型遥感监测手段。
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  基于演化博弈的车辆换道研究

  黄开启, 瞿桃欢, 黄明禹, 陈荣华

  2024, 41(8): 31-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.004

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  车辆换道时可能存在与其他车辆发生行驶目的冲突问题,传统的方法没有考虑到车辆之间的动态博弈。为此,根据城市交通的特点以及车辆换道要考虑的各种因素,采用演化博弈的方法进行车辆换道情况分析,为车辆的行驶决策提供方案。首先利用车辆在换道时要考虑的时间损失、冲突损失、互让损失、通过收益和换道成本等因素,来构建换道车辆与所要博弈车辆的博弈矩阵,利用博弈矩阵建立车辆冲突的动力学模型,在换道车辆和所要博弈车辆都基于自身利益最大化条件下对存在的各种情况的均衡点的存在和稳定性进行分析,并对演化情况的实际状况进行说明。然后用MATLAB进行仿真验证。在不同情况下,影响车辆进行占道的主导因素也不尽相同,对影响车辆行驶结果的时间损失、冲突损失、互让损失之间的关系进行灵敏度分析。结果表明:车辆在经过博弈后演化的结果可能为采取换道冲突、采取换道不冲突、不采取换道冲突、不采取换道不冲突;发现车辆的互让损失、时间损失会促使车辆进行占道,换道成本和冲突损失会抑制车辆的占道行为。该结果解释了城市交通中存在交通冲突的原因,为车辆驾驶员行驶决策和缓解交通拥堵提供了参考。
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  基于大数据分析的高速公路分车型拥堵态势评估

  李彬, 牛万龙, 胡纪龄, 文江辉

  2024, 41(8): 40-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.005

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  针对面向全车型的道路拥堵状态评估统一化和静态管控方法的局限性,围绕不同类型车辆的交通拥堵问题开展研究。首先,基于沈海高速公路福建段龙门架数据,采用聚类方法分析不同类型车辆在不同指标下的交通拥堵特征;其次,提出分车型数据驱动的模糊云模型,根据行业专家给出的数字特征计算不同车型下的拥堵等级隶属度;然后,选取拥堵指标作为模糊逻辑系统的输入,并采用Mamdani方法建立模糊关联矩阵,量化不同专家评价的可信度;引入Dempster-Shafter证据理论对所有专家的综合可信度进行模糊融合,根据隶属度最大原则综合评判道路交通状态;最后,验证了提出模型的精度及对车型间差异表征的准确性,分车型下的拥堵评价结果一致性达84.51%。结果表明:相比1~4型客车及小型货车,大型货车在移动过程中形成的瓶颈对高速公路上堵塞的消散表现出明显的迟滞作用;在低密度下,客车、少轴货车、多轴货车渗透率的提高对路况的影响依次提升;在高密度下,3~6轴货车渗透率的改变对拥堵状态的影响最为明显,1~4轴客车次之。分车型拥堵研究可为制订适应各类车型的主动交通管理提供定量的数据支撑,特别是在动态调控措施如错峰出行、可变限速等方面具有重要指导意义。
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  面向运输安全的高精度违禁品检测方法

  黄贤明, 翁成康, 黄海洋

  2024, 41(8): 55-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.006

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  为了提高X光下违禁品检测的准确性与效率,解决长时间、高强度的安检工作导致安检人员疲劳、检查准确性降低的问题。研究以行李物品中违禁品检测为对象,提出了一种将人工智能技术与安检仪相结合的高精度X光下违禁品检测方法。该方法利用基于深度学习的计算机视觉技术,自动检测并标注X光图像中的违禁品。高精度X光下违禁品检测方法在设计时采用了多种创新技术,以确保其在实际应用中的高效性和可靠性。具体而言,高精度X光下违禁品检测方法采用α-IoU损失函数,以缓解正负样本表达不均衡的问题。同时结合SimCSPSPPF空间金字塔池化方法和卷积块注意力机制,融合多层次语义信息,生成丰富特征表达,从而显著增强检测性能,使得高精度X光下违禁品检测在复杂的X光图像环境中也能保持较高的检测准确性和稳定性。此外,此方法还利用Merge极大值抑制方式减少误检情况,提升检测精度。从试验结果来看,在配置良好的环境下,此方法在EDS数据集和VOC数据集上均实现了较高的检测精度。同时在EDS数据集上的mAP达到了81.20%,表现出了良好的检测准确性和稳定性,满足实际安检工作的需求,对比近年来其他被广泛使用的目标检测模型,平均提升达到10.81%。研究结果表明,高精度X光下违禁品检测方法可以有效提高违禁品检测的准确率与效率,同时显著增强安检的智能化水平,为保障公共运输安全提供了重要支持。
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  水性环氧乳化沥青超薄磨耗层层间黏结性能

  刘曙光, 周铭钰, 戴勇, 吴超凡, 张恒龙

  2024, 41(8): 66-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.007

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  为探究超薄磨耗层复合结构的层间黏结性能,采用先乳化后改性的方法制备水性环氧乳化沥青作为黏结层材料,以AC-13级配混合料模拟原始路面;选择AC-10,SMA-10,UWM-10这3种超薄磨耗层,通过直接剪切试验确定了各类型复合试件的荷载-位移拟合曲线,得到了剪切强度、峰值位移、剪切刚度和层间黏结能等性能指标,研究洒布量、试验温度、黏结剂类型、超薄磨耗层级配等因素对层间黏结性能的影响规律。结果表明:超薄磨耗层AC-10,SMA-10,UWM-10铺装的黏结剂推荐洒布量分别为0.9,1.2,0.9 kg/m²,加入水性环氧树脂对最佳洒布量的影响不大;环境温度对复合试件的层间力学性能有显著影响,随着温度升高,复合试件的剪切强度、剪切刚度、层间黏结能均减少,降幅达65%~90%;水性环氧乳化沥青的黏结性能显著优于空白样,改性黏结层的平均剪切强度、剪切刚度、层间黏结能分别为空白样的2.5,2.1,2.4倍,而在较高温度下,这些指标分别为空白样的3.3,2.5,3.5倍,水性环氧树脂的加入显著提升了黏结层的高温稳定性,使得热塑性乳化沥青向热固性方向发展;在3种超薄磨耗层中,SMA-10和UWM-10表现出更优异的黏结性能,而AC-10在路面温度达到35 ℃后的黏结性能会急剧衰退。
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  基于PG分级的高寒高海拔地区沥青结合料性能与适应性

  李东钊, 龚演, 严二虎, 田波, 权磊

  2024, 41(8): 78-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.008

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  为解决高寒高海拔地区沥青结合料性能不足的问题,结合京藏高速公路格尔木至那曲段地形地貌与气候变化特点,依托沿线多个气象观测站的30 a气象资料,对所处地貌、气候特征、海拔、交通荷载量等相关数据进行统计学分析、计算,探索高海拔大温差地区沥青胶结料PG分级方法的适应性。结果表明:基于青藏地区现场监测结果对LTPP高温温度计算模型进行修正,提出了更适合高寒高海拔地区沥青结合料高温温度计算公式,提高了沥青高温性能指标计算公式的可靠性;在京藏高速公路格拉段对沥青胶结料的PG分级建议值最高达到PG76-22,在高寒高海拔地区应充分考虑海拔增高对沥青低温抗裂性能的影响,将低温等级提高1~2级;在那曲地区建议使用SBRⅡ-A改性沥青,在格尔木地区建议使用SBS改性沥青;在沱沱河、五道梁地区,建议开发抗紫外温拌改性沥青,采用更高标号的基质沥青对沥青进行SBS/SBR复合改性,并进行适用性研究。本次研究成果为高寒高海拔地区沥青结合料的材料开发技术、施工工艺提升及工程化应用提供一定参考,有利于提高沥青路面修建质量,延长使用寿命。
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  降雨作用下缓倾堆积层滑坡失稳机制与工程效果评价

  周文皎, 徐勇, 李知军, 范家玮

  2024, 41(8): 86-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.009

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  滑坡灾变机理模式与整治工程对策模型的针对性研究较少。以滇西北地区某高速公路滑坡为对象,采用宏观迹象调查、滑坡现状稳定性评价、滑带强度指标反算与数值分析计算相结合的方法对路堑边坡开挖诱发滑坡的灾变全过程进行了系统研究,分析了该边坡滑坡的灾变机理并评价了其整治工程效果。结果表明:受路堑边坡施工开挖卸荷影响,坡体应力场发生调整,坡体中上部浅表层与路基下部土岩界面处出现应力松弛现象,坡脚局部出现应力集中现象,并逐步扩大形成塑性区,最终形成了浅表层贯通松弛区和沿土岩界面的潜在滑裂面;受持续强降雨作用,地表水下渗坡体,土体含水量增加,土岩界面岩土体软化、强度降低,边坡浅表层应力松弛区与潜在滑裂面发生屈服变形,并不断向上和向下发展直至贯通,导致路堑边坡滑坡;滑坡整治工程采用多级刷方卸载、锚索框架梁、锚索抗滑桩和截排水沟等综合治理措施;整治工程实施后坡体处于稳定状态,满足规范要求,效果良好;滑坡病害演化与整治工程历经起始、路堑开挖、变形破坏、工程整治4个主要工程阶段,对比各阶段稳定性计算结果与宏观迹象调查结果,稳定性计算结果与滑坡各阶段变形、整治效果相符。
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  道路工程

  降雨条件下双层滑面滑坡时程稳定性分析

  苏永攀, 郑佳乐, 陈飞, 侯小强, 贾洪璐

  2024, 41(8): 96-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.010

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  为了探明降雨作用下双层滑面滑坡稳定性变化过程,以渭武高速石头坡滑坡为研究对象。依据现场监测和勘察资料,通过Abaqus有限元软件建立双层滑面滑坡时程计算模型,采用滑坡点安全系数时程计算方法,分别从塑性区扩展、点安全系数及位移等参数时程变化方面进行分析,探明降雨条件下双层滑面滑坡的启动-变形-失稳三阶段稳定性变化过程。研究表明:由现场监测数据和变形可推测石头坡滑坡为双层滑面滑坡,前缘位移小于后缘位移,且处于贯通状态,一级滑面处于贯通状态,二级滑面处于尚未贯通状态;降雨对浅层滑坡一级滑面的影响大于深层二级滑面,滑坡一级滑面后缘率先启动,向中缘和前缘产生推挤,为推移式滑坡;二级滑面中缘率先启动,带动后缘拉裂前缘阻滑,为复合式滑坡;从关键点点安全系数时程曲线变化特征分析,一级滑面滑坡滑面贯通,为启动-变形-失稳3个稳定阶段,二级滑面未贯通,为启动-变形两个稳定阶段;从位移时程曲线变化特征分析,位移和点安全系数时程变化规律呈一致性,和现场判断结论相吻合,表明点安全系数可作为滑坡稳定阶段的定量评价依据。
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  道路工程

  加筋路堤下刚性桩复合地基变形特性分析

  陈仕文, 唐昌意, 李栋

  2024, 41(8): 106-113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.011

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  刚性桩复合地基在珠海地区软土区道路工程中应用时常出现沉降和不均匀沉降较大的问题,进而引发沿路管线破坏和路面波浪起伏。为了解决深厚软土区刚性桩复合地基存在的沉降和差异沉降过大问题,优化复合地基设计,为防治道路病害提供参考,本研究通过数值计算方法建立了平面应变模型。将三维桩体和桩帽进行二维等效,并考虑了路堤填注和土体固结的过程,分析了基准工况和不同参数条件下加筋路堤下刚性桩复合地基变形特性。结果表明:刚性桩复合地基的变形可分为变形协调区、统一沉降区和压缩变形区,其中变形协调区主要影响差异沉降,压缩变形区主要影响总沉降,统一沉降区则因自身压缩变形小,随复合地基整体下沉,而起到减小总沉降的作用;在桩两端约束强于桩中部约束的情况下,边桩可能首先在中部发生弯曲破坏;刚性桩复合地基施工过程中出现的路堤外隆起现象会在工后逐步消失并在路堤带动下发生沉降;参数分析结果表明,持力层的强度、桩端嵌入持力层深度对路堤沉降影响最大,而桩间距、桩帽尺寸对差异沉降影响最大,场坪土的强度及砂黏性、褥垫层厚度、地下水深度对路堤沉降均有一定影响,但影响较为有限。因此,对于深厚软土区域,根据软土厚度确定桩长并合理增大桩间距和桩帽尺寸,可以控制路堤沉降并节省工程造价。
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  道路工程

  高原山区双车道公路超车车道设置条件与参数

  邹峰, 张驰, 李超同, 吴成余, 颜家强

  2024, 41(8): 114-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.012

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  为给高原山区双车道公路超车车道的设计提供参考依据,针对高原山区双车道公路超车车道设置的几何条件、交通量条件与设置长度开展研究。通过工程实例验证了模型的有效性,进行了超车车道长度与运行速度的相关性研究。首先,结合高原山区条件的影响,从保证超车车辆驾驶人舒适度的角度出发,给出了高原山区双车道公路超车车道的最小圆曲线半径值;其次,从车辆转向安全行驶的角度出发,给出了超车车道的最大上坡和下坡坡度条件;然后,建立了双车道公路交通冲突时间与交通量、设计速度的关系模型,并给出了各设计速度下设置超车车道的交通量条件;最后,基于VISSIM仿真试验数据,利用多元非线性回归法构建了高原山区双车道公路超车车道长度模型。结果表明:在高原山区环境下,当双车道公路的设计速度分别为80,60,40 km/h时,满足设置超车车道要求路段的交通量应大于392,364,318 pcu/h;平面圆曲线半径应大于610,370,200 m;下坡方向的最大纵坡分别为-2.4%,-2.7%,-3.2%;上坡方向的最大纵坡分别为2.6%,3.0%,3.5%;在同一交通量条件下,随着双车道公路超车车道长度的增加,小客车的平均运行速度呈现出逐渐增大的趋势,当超车车道长度达到一定值时,平均运行速度维持在80 km/h,不再发生明显变化。
桥梁工程
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  桥梁工程

  双参数地基横向受荷长桩参数反演方法研究

  张天宇, 随春娥, 杨文军, 郭奇

  2024, 41(8): 129-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.013

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  为了获取mz+C双参数地基模型下横向受荷长桩参数,基于m法原理,在地基系数等于零的位置建立坐标系,将地面以上桩身视为虚拟段。考虑剪力和弯矩共同作用时的情形,根据荷载效应等效原理,将地面处荷载简化到桩顶,建立了横向受荷长桩双参数计算模型。将桩土相对刚度和z₀作为未知参数,提出了地基参数反演模型。该反演模型考虑了土抗力对荷载作用形式、地面处桩身位移和转角的影响。根据桩在地面处的位移和转角实测值反演地基参数,并结合算例通过桩身最大弯矩和地面处土抗力验证了反演方法的可行性。结果表明:本研究方法能够保证桩在地面处位移和转角理论值与实测值相符,最大弯矩及其位置误差很小;与m法相比,地面处土抗力变大对桩身弯矩影响程度沿深度先增大后减小,主要影响范围位于最大弯矩位置附近;桩身抗弯刚度与最大弯矩、地面处土体抗力均成线性关系,对二者影响较大且呈反向变化;根据最大弯矩和地面处土抗力实测值可以求得抗弯刚度的合理取值范围,考虑抗弯刚度随着桩顶荷载或位移的变化能够更好地模拟桩土的实际工作状况,可以提高mz+C双参数地基模型计算精度。
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  桥梁工程

  多跨连续刚构桥合龙顶推方案优化

  胡志坚, 王智康, 李玉生

  2024, 41(8): 137-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.014

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  为了能更好地减少多跨连续刚构桥成桥后期各个桥墩墩顶的纵桥向水平位移和结构附加内力,提出由中到边合龙依次顶推的优化方案,作出了相应的计算图示且推导了相关的理论计算公式,同时根据顶推力理论计算公式的需要,推导了变截面的主梁和桥墩的抗弯惯性矩的理论计算公式,以某六跨连续刚构桥为例,建立有限元模型,通过理论计算公式和有限元模型分别计算了优化方案的顶推力数值并进行了对比分析,验证合龙优化方案顶推力理论计算公式的有效性,然后将由边到中的原合龙顶推方案和先中后边的优化合龙顶推方案作对比,验证合龙优化方案的合理性。结果表明:相较于原方案,使用优化方案虽然增加了顶推次数,但是其每次顶推力的数值较原方案中一次顶推力的数值都有大幅减少,从而能够有效地减少顶推处的局部应力水平;优化方案能更好地调控各个墩的变形,尤其是距离主梁中点较远的桥墩,因此优化方案对墩顶的纵向水平位移和墩底的弯矩改善效果更加明显;优化方案理论计算公式计算得到的顶推力数值相比于使用有限元模型推算的顶推力数值偏大,但总的来说相差不大,满足实际工程的要求;不同的顶推方案主要的影响是桥墩的变形与内力,顶推施工对成桥后主梁的收缩徐变以及线形的影响不大。
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  桥梁工程

  桥梁板式橡胶支座开裂力学性能

  高小妮, 任红伟, 朱蔚涛, 郝朝伟

  2024, 41(8): 146-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.015

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  为了研究板式橡胶支座开裂后的力学性能,为桥梁的养护和设计提供更科学的依据,进一步明确支座开裂后裂缝宽度、深度以及裂缝深度对支座力学性能的影响;针对公路桥梁板式支座开裂的问题,利用大型有限元分析软件,建立了不同裂缝宽度、深度和不同开裂层数等多种病害工况下的有限元模型,构建了支座开裂与支座性能衰减间的关系,并对支座在不同病害程度下的力学性能进行了对比分析。结果表明:裂缝宽度较小且开裂层数较少时,开裂对支座受力性能影响很小;当裂缝宽度小于2 mm,裂缝层数小于3层时,对支座竖向位移影响较小,但对支座橡胶最大拉应力和钢板应力影响较大;当裂缝宽度大于2 mm后或支座开裂层数大于3层,对支座的受力性能影响较大。建议将裂缝宽度小于0.5 mm,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为II级;将裂缝宽度在0.5~1 mm之间,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为III级;裂缝宽度在1~2 mm之间,裂缝层数小于2层,支座病害等级定为IV级;裂缝宽度大于2 mm或支座开裂大于3层,支座病害等级定为V级,该分级建议可为桥梁板式橡胶支座相关评定标准修订提供参考。
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  桥梁工程

  基于裂缝形态的混凝土桥梁承载力退化

  马智嵘, 邬晓光, 常兴科, 黄江

  2024, 41(8): 154-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.016

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  在役混凝土桥梁经过长时间的服役工作,其结构的完整性产生改变以及材料性能发生实质性退化,需要对桥梁结构进行评估分析。选取一座在役混凝土桥梁,通过有限元技术建立桥梁模型,采用离散模型对裂缝进行建模,做受弯模拟进行计算分析;根据受力裂缝类型以及分布位置,分别研究存在不同形态下的弯曲裂缝与剪切裂缝对混凝土桥梁结构的破坏行为以及承载力退化的影响。研究发现存在弯曲裂缝对桥梁结构的破坏行为影响较小,在不同裂缝高度与宽度下荷载-位移曲线变化较小,结构破坏前底部纵筋与开裂处箍筋受力达到屈服状态,裂缝分布均匀且从加载点向两端高度递减;剪切裂缝高度对桥梁结构的破坏行为有着显著的影响,在剪切裂缝高度较高时,荷载-位移曲线发生明显的下降,剪切裂缝宽度对桥梁结构承载力影响较小,不同宽度下荷载-位移曲线基本保持一致,结构破坏前底部纵筋并没有达到屈服状态,在剪切裂缝处开裂贯穿梁体导致结构破坏而梁体其余部分开裂高度相对较低。考虑到开裂桥梁结构产生的变形由两部分组成,由此引入结构刚度折减计算公式,依据相关标准推导出剩余承载力计算公式,并对选取桥梁进行承载力验算,偏差在5%之内。
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  桥梁工程

  防松脱多向变位梳齿板伸缩装置的力学性能

  张瑞斌, 陈圆梦, 聂龙飞, 杨素霞, 潘盛山

  2024, 41(8): 162-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.017

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  针对桥梁多向变位的复杂工程需求,创新性提出了一种设有纵向和横向位移箱的防松脱多向变位梳齿板伸缩装置。该伸缩装置采用高强螺栓和叠层橡胶垫块构成的弹性锚固系统,有效解决了传统梳齿板伸缩装置中常见的螺栓松脱问题。采用有限元分析方法,综合考虑了如车轮荷载、梁体横向变位以及竖向变位等工况,对比分析了防松脱多向变位梳齿板伸缩装置与其他3种类型伸缩装置(传统梳齿板伸缩装置、无纵向位移箱梳齿板伸缩装置以及无横向位移箱梳齿板伸缩装置)的力学性能。研究结果表明,防松脱多向变位梳齿板伸缩装置的位移箱设计可显著增强其在桥梁发生较大幅度变位时的稳定性和可靠性。同时,弹性锚固系统不仅有效减少了螺栓松脱的风险,还在伸缩装置使用过程中起到了降噪的作用,进一步提升了桥梁的整体运行安全性,并延长了梳齿板伸缩装置的使用寿命,在桥梁工程领域具有重要的应用前景和技术优势。
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  桥梁工程

  无辅助墩的大边中跨比三塔PC斜拉桥结构刚度研究

  王少华, 刘广宇, 张黎明, 徐德志, 王显赫

  2024, 41(8): 172-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.018

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  为了解决无辅助墩、大边中跨比三塔PC斜拉桥结构刚度较小的问题,以西江特大桥为背景,分别选用设置辅助墩、优化结构体系、提高索塔高度、增大主梁和斜拉索刚度、加劲索体系等5种常用提高三塔斜拉桥结构刚度的方法,进行参数敏感性分析,同时结合防洪、通航、船撞和旧桥桥位等因素,综合选取有针对性的提高结构刚度措施。结果表明在边跨设置一个辅助墩对结构刚度和受力有明显的改善,但在边跨设置辅助墩受西江大堤、新旧桥墩位对齐和阻水比等的影响,不建议采用辅助墩方案提高桥梁刚度。在中塔两侧设置辅助索对边跨主梁挠度及应力改善不明显,在边塔两侧设置辅助索对主梁挠度和应力改善明显;采用中塔固结、边塔半漂浮约束体系能够有效抑制塔顶挠度,减少索塔根部弯矩效应值,提高结构刚度,中塔固结对主梁悬臂浇注施工也提高了有利条件;采用提高索塔高度仅能减少主梁挠度,对主梁应力影响有限,同时索塔提高将会带来成本的快速增长,增加施工难度,不建议采用提高索塔高度的方案。采用带翼缘板DP断面比常规DP断面受力更为合理,能够以较小代价,有效提高斜拉桥整体刚度。因此,推荐采用边塔两侧设置两对辅助索,带翼缘板DP断面主梁,中塔固结、边塔半漂浮约束体系的方案。
隧道工程
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  隧道工程

  膨胀岩隧道缓冲层复合支护体系让压机理

  刘刚, 王皓, 许崇帮, 缪圆冰, 龚建伍

  2024, 41(8): 181-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.019

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  为构建缓冲层复合支护体系理论模型,分析缓冲层复合支护体系让压机理,弥补当前缓冲层让压机理的局限性。利用弹性力学知识,以单层厚壁圆筒模型为基础构建3层厚壁圆筒模型,推导出缓冲层复合支护体系中支护结构受力与外荷载之间函数关系,并用数值模拟的方法验证缓冲层复合支护结构受力解析解的正确性。基于此理论模型,分析了有无缓冲层复合支护体系中二衬和初支的受力特点,总结出缓冲层让压机理:在含有缓冲层的复合支护体系中,缓冲层材料被压缩,初支能够发生更大的向内变形量,进而吸收外部荷载作用,减小二衬的受力,从而整个结构能够实现让压效果,即缓冲层复合支护通过缓冲层压缩实现让压。通过改变缓冲层厚度对让压机理进行分析。结果表明:当缓冲层厚度为5 cm时,初支的形变量增加了1.34 cm,传递到二衬上的作用力也相应减小了71.6%;当缓冲层厚度增加至10 cm时,二衬的受力也进一步减小,对二衬结构更为有利。在让压支护体系中,随着缓冲层被压缩,初支也会发生更大的变形,初支内部应力也会增大,尤其是环向应力,即缓冲层的让压对初支受力是不利的,对二衬受力是有利的。因此,在复合让压支护体系中,当外部作用力一定时,对支护体系中缓冲层的设计要同时考虑初支和二衬的应力,即缓冲层的厚度存在一个最优值。
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  隧道工程

  渗流条件下曲线盾构隧道开挖面稳定性分析

  宋洋, 徐筱锋, 李昂, 肖作明, 王鑫

  2024, 41(8): 189-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.020

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  为研究渗流条件下曲线盾构隧道开挖面稳定性,在筒仓理论和极限平衡法的基础上,对传统楔形体模型进行改进,建立了斜梯台-楔形棱柱体模型,推导出受渗流作用影响的浅埋曲线盾构隧道开挖面极限支护力的解析式,通过数值模拟及工程实例对模型结果进行了验证,并进行了参数影响分析。研究发现:在渗流条件作用下,渗流力构成了浅埋盾构隧道开挖面极限支护力的重要部分,本工程地质情况下,渗流力最高可占极限支护力的46%,且渗流力受地下水位的影响较大。本研究模型理论计算结果与数值模拟结果较为接近且误差在5%以内,证明本研究所提出的三维计算模型的合理性,实际施工中为保障工程安全,盾构隧道实际支护力大于极限支护力理论值,本研究公式解可为实际工程施工提供支护力参考值。曲线隧道极限支护力与土体内摩擦角、黏聚力及线路半径均呈负相关趋势,当隧道线路半径小于300 m时,隧道极限支护力波动幅度较大,而当线路半径大于600 m时,开挖面极限支护力逐渐接近直线隧道。在急曲线盾构隧道及不良地质情况下施工时需注意及时调整盾构参数来维持隧道开挖面稳定。
汽车工程
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  汽车工程

  半自由声场下车辆开闭件的时频优化

  刘哲, 李辉, 高大威, 徐颖, 于文博

  2024, 41(8): 199-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.021

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  乘用车关门工况下半自由声场测量需要在整车制造完成之后才能进行,因此对关门声辐射的提前预测与优化分析显得至关重要。首先,通过设计整车试验和台架试验获取加速度振动响应和频率响应函数,实现关门工况下瞬态冲击载荷的离散化,进一步联合传递路径分析(TPA)与连续小波变换(CWT)提出TPA-CWT方法进行离散化瞬态冲击载荷时频分析。其次,根据关门工况下车门的动力学特性,将求取的离散化瞬态冲击载荷输入至已建立的车门有限元模型中,进而将车门有限元瞬态加速度振动响应映射至车身时域边界元模型预测半自由声场辐射噪声,并与整车试验中麦克风处的实测结果进行对比,声压曲线整体趋势与局部峰值的一致性证明了时域边界元仿真可以精准捕捉到关门工况下瞬态声压特性;最后,通过等效辐射声功率选取低频噪声贡献量前3的部件作为设计变量,再利用多目标粒子群优化对车门质量与关门声辐射进行优化,优化后车门质量减小1.8%,关门声辐射减小1.7%,达到了多目标优化的目的。结果表明,仿真数据与试验结果一致性较好,验证了通过将车门关闭瞬态载荷离散化处理方式和声固耦合分析在关门工况下多目标优化中的可行性,并为后续改款车型的车门设计提供一定的指导方向。
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  汽车工程

  大型客车座舱语言清晰度试验研究

  黄子璇, 熊嘉慧, 邵社刚, 路可欣, 袁旻忞

  2024, 41(8): 206-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2024.08.022

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  大型客车座舱语言清晰度对乘坐体验及驾驶安全具有重要影响。以48座柴油营运客车为例,结合座舱内声压级、混响时间、座舱内外空气隔声量等客观声学参量,将客观评价融入主观研究中。构建量化评价模型,连续采集静止和恒定车速运行的噪声数据,揭示多种复杂激励源共同作用下的大型客车座舱内真实声环境。分析听音者位置、发音者性别及运行工况对语言清晰度的影响,避免因语言清晰度造成的信息误解、误判。结果表明:不同区域的噪声幅值差别较大,语言清晰度随距发音者位置的增大而减小,呈现非正态分布;乘客区后部座舱声环境最差,且为语言清晰度分析阈值边界值,乘客区前部与中部的声环境较好且无显著差异;由于时长、基音及能量多方面的不同,使用女发音者优于男发音者,女发音者的语言清晰度效果较好且更稳定;在相同性别发音者的情况下,语言清晰度与运行速度呈现负相关,当车速达到60 km/h时,整体数据波动较大,语言清晰度数据波动达到峰值,平均得分降至74.6。本研究对降低大型客车座舱内噪声干扰、改善座舱内声环境提供积极的指导意义,适用于大型客车内声环境的优化设计。