2025年, 第42卷, 第2期　刊出日期：2025-02-05

  

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  基于交通流基本图的过饱和交通状态道路阻抗函数

  潘芋燕, 张斌, 郭继孚, 陈艳艳, 赵慧雄

  2025, 42(2): 1-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.001

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  【目标】 提出一种适用于捕捉过饱和交通状态的道路阻抗函数,以更加精确地估计拥堵情况下的车辆通行时间,为交通分配与交通规划提供重要支撑。【方法】 基于交通流基本图构建了新的道路阻抗模型,设计了基于实测数据的校准框架,通过参数拟合优化模型性能。同时,结合交通流模型对所提出的阻抗函数进行验证与比较,以提高模型在拥堵状态下的适用性。【数据】 采用探测器观测数据选取了典型城市交通廊道作为研究案例,获取交通流拥堵关键参数并进行交通流模型拟合。同时,分析不同道路阻抗模型在拟合效果上的差异,并比较研究案例中交通流特性的空间与时间变化。【结果】 案例分析表明,所提方法能够有效估计过饱和交通状态下的流量-延误关系。与传统BPR函数相比,提出的模型在拥堵场景中表现出更优的拟合效果。在速度估计中,该模型在RMSE和MAE方面均表现出更低的误差。【结论】 本研究提出的模型为交通拥堵情况下道路阻抗的估计提供了更可靠的工具,可支持城市交通规划和政策制定,特别是在缓解拥堵和优化交通流方面具有重要意义。
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  基于轨迹数据的城市快速路小型车换道动态风险综合量化方法

  余加勇, 胡瑶, 李洁, 高文宇, 方振

  2025, 42(2): 13-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.002

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  【目标】 为保证车辆安全换道并防止潜在的碰撞事故,基于自然驾驶轨迹数据,应用故障树法构建一种融合时间和空间风险指标的换道动态风险综合量化方法。【方法】 该方法将风险严重水平(RSL)和改良的空间暴露水平(REL)纳入综合风险指数,反映车辆之间的潜在运动相关性。改良的REL同时考虑了换道车辆和周围不同位置车辆的碰撞时间(TTC)阈值及安全停车距离指数(SDI),并在最后应用故障树法分析车辆之间的换道风险。【数据】 通过对车辆轨迹数据进行处理,提取了604组有效变道样本,并对综合风险量化方法进行应用分析。【结果】 在静态交通冲突方面,不同车辆位置组合的TTC阈值不同,其中换道车辆与目标车道后车的TTC严重冲突和一般冲突阈值皆更大;由于车道、距离和视野等因素,目标车道的后方驾驶员感知碰撞风险的时间和阈值更大,导致碰撞时间更小;在动态交通冲突方面,车辆换道风险和车辆的前后位置有关但和车道位置无关,其中换道车辆与后方车辆的换道风险大于与前方车辆;使用不同TTC阈值能提高风险识别准确率,综合时空风险量化方法能细化评价结果,且计算简便。【结论】 综合量化方法能识别车道变换过程中的潜在冲突,可为小型车智能换道预警系统的设计提供支持。
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  基于多目标跟踪的公路隧道交通流检测方法

  王峻, 王义盛, 何宇超, 段中兴

  2025, 42(2): 23-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.003

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  【目标】 为实时监测隧道内交通流量,实现公路隧道通风、照明系统的运营能耗降低以及按需智能化控制,提出了一种基于FairMOT架构并以深层聚合算子为检测器的多目标跟踪交通流量检测方法。【方法】 该方法以FairMOT网络架构为基础,采用高性能特征提取网络HardNet作为模型骨干,以获取更为丰富的车辆特征信息;利用深层聚合算子变体作为编码器-解码器结构实现语义特征与空间特征的有效融合,增强了算法对于运动中车辆形状尺寸变化的检测效果;设计融于检测器中的虚拟双绊线计数规则,提高了目标的匹配准确率;引入融合匈牙利匹配与基于核相关滤波的增量目标跟踪算法进一步优化了模型目标跟踪性能。以西安市两个隧道采集的视频数据为基础,运用图像处理方法将初始数据集进行扩充,构建了具有不同交通场景的隧道交通流数据集。基于该数据集对检测算法进行验证和对比试验。【结果】 所提算法的多目标跟踪准确度为83.3%,平均数比率为81.9%,均高于对比算法,并且算法的车辆检出率为97.8%,准确率为98.8%,检测速度达到了20帧/s。【结论】 所提方法满足公路隧道照明和通风系统按需优化控制的交通流检测准确性和实时性需求。
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  基于超分辨率重建的隧道掌子面图像岩性判识方法

  罗炬华, 王崇交

  2025, 42(2): 31-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.004

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  【目标】 为解决因拍摄失误或存储压缩导致的隧道掌子面图像模糊问题,还原图像特征细节,提高隧道掌子面岩性智能判识中对掌子面图像的利用率,针对模糊掌子面图像智能修复问题展开研究,提出了一种高效且准确的掌子面岩性智能判识方法。【方法】 首先,采用随机退化模型构建了低分辨率图像数据集,并引入了超分辨率重建模型SRGAN进行训练。其次,构建了一种轻量级模型MobileViT,实现了对8种岩性的智能判识,并引入中心损失函数处理不均衡岩性样本集。最后,通过对比超分辨率重建前后图像对模型岩性判识的影响,评估图像修复的重要性,并通过现场实际应用验证了所提出方法的有效性。【结果】 所构建的SRGAN能够有效修复掌子面图像,提高图像的清晰度。引入中心损失函数的MobileVIT能够更好地区分各类岩性,模型的准确率达到了93.3%;经过超分辨率重建后的图像对岩性判识模型的判识效果有积极的影响,准确率达到96.1%;模型对现场超分辨率重建后的掌子面图像的岩性判识准确率为91.7%。【结论】 本研究模型能识别到更多的岩性特征,进行更好的分类,可有效解决隧道掌子面图像模糊问题。
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  需求不确定下基于不同碳税机制的双目标多式联运路径优化

  张旭, 张海燕, 袁旭梅, 秦怡华

  2025, 42(2): 41-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.005

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  【目标】 针对不同碳税机制下的多式联运路径优化问题,考虑了突发性补货或季节性变化等意外因素带来的需求不确定性。【方法】 分别在统一碳税机制和分段累进碳税机制下,以总成本和总碳排放量最小为目标,构建随机需求下的双目标0-1路径优化模型,并基于Monte Carlo模拟和大数定律极大化不确定目标的期望值对模型进行转换。设计改进的非支配排序遗传算法对模型求解以获得满足目标要求的相对较优解。该算法能够在避免"早熟"缺陷的基础上扩大搜索空间与范围以期获得更加优秀的个体与方案。通过具体算例分析模型与算法对于双碳背景下运输问题的适用性,同时探讨不同碳税机制对总成本和总碳排放量的影响及其在需求波动条件下的适用范围和有效性。【结果】 双目标策略下企业仅需略微提高成本即可取得一定的减排效果,更适合双碳背景下的运输场景。【结论】 企业的碳排放控制效果在固定碳税机制或分段累进碳税机制下均会受到碳税率的影响,但相比统一碳税机制,分段累进碳税机制在高需求不确定时具有更加明显的减排效果与优势,应考虑企业现有能力与减排技术水平,确定合适的碳税率与排放阈值,以调动企业减排积极性。
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  普通国省干线路面性能衰变研究

  荣建国, 沙晓东, 潘宗俊, 张海

  2025, 42(2): 52-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.006

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  【目标】 为解决传统路网级模型预测普通国省干线路面损坏衰变的局限性,以2014—2020年中国东部某省普通国省干线检测评定数据为基础,【方法】 采用数据分类统计归纳的方法,对路面状况指数(PCI)衰变进行研究分析。【结果】 面层厚度增加,能够延缓PCI的衰减速度;路龄为3 a的路段PCI下降较快,需优先加强小修保养,宜进行预防养护;路龄为6~7 a的路段PCI下降速度次之,宜优先开展预防养护,辅以小修保养;路龄大于8 a的路段,PCI再次进入了快速下降期,宜实施修复养护;采用“预测工作表”方法的残差平方和、绝对误差、相对误差均较小,故选择"预测工作表"作为普通国省干线PCI衰减预测方法。【结论】 采用“预测工作表”预测路网级普通国省干线路面损坏衰变方面具有较好的适用性和准确度,可为确定普通国省干线网级科学决策提供依据。
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  泥炭处治膨胀土的裂隙演化试验研究

  杨颜齐, 王桂尧, 赵亚, 欧阳淼, 陈东炅

  2025, 42(2): 61-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.007

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  【目标】 针对膨胀土边坡易于开裂和土壤贫瘠不利于植物根系生长的问题,提出采用泥炭对膨胀土填方边坡表层土体进行改良。【方法】 为研究泥炭处治膨胀土的裂隙演化及产生机理,开展了素膨胀土和不同泥炭掺量膨胀土的室内干湿循环试验;利用数字图像处理技术对裂隙演化的整个过程进行定量分析与研究;最终通过分析泥炭成分及X射线衍射试验、扫描电子显微镜试验得到泥炭抑制膨胀土裂隙演化的产生机理。【结果】 采用泥炭处治膨胀土裂隙演化,最优掺量为15%,相应的膨胀土裂隙率减少84.21%,超过最优掺量后裂隙率逐渐增加。泥炭对膨胀土裂隙宽度扩展影响最大,最高降低幅度达71.45%,且较少泥炭掺量就能起到明显效果,而对裂隙条数和裂隙长度的抑制效果相对较弱。【结论】 膨胀土掺入泥炭能使干湿循环导致的裂隙发展减缓,这说明掺入泥炭能降低膨胀土干湿循环产生的裂隙扩展病害。泥炭抑制膨胀土开裂的原因是泥炭中大量存在的未完全分解的植物纤维能在土中起到加筋作用,且木质素能够限制土体形变,提高土体强度,降低膨胀率。【应用】用泥炭处治膨胀土既可有效抑制膨胀土的裂隙发育,能为贫瘠土壤的植被根系提供生长所需的养分,可作为膨胀土边坡生态防护可供选择的材料和方法。
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  戈壁盐渍土地区水泥稳定碎石材料宏微观特性分析

  解开华, 唐可, 吴谦, 毛雪松, 陶军

  2025, 42(2): 68-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.008

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  【目标】 探究戈壁盐渍土地区盐分、温度对水泥稳定碎石基层材料弹性模量的影响机制。【方法】 利用单轴压缩试验研究了硫酸钠含量、温度对试样弹性模量的影响;借助电镜扫描(SEM)和能谱分析(EDS)试验揭示了硫酸钠含量、温度对水泥稳定碎石的胶凝材料内部形貌结构和腐蚀产物成分的影响;建立了水泥稳定碎石的胶凝材料内部孔隙总面积占比与弹性模量之间的关系。【结果】 水泥稳定碎石材料的弹性模量随硫酸钠含量的增加呈现先增大后减小的趋势;硫酸钠含量的增加,导致胶凝材料孔隙结构的孔径和孔隙总面积占比先减小后增大;硫酸钠含量在2.5%时,材料的弹性模量最大、胶凝材料中孔隙总面积占比最小;相较于低温制件和养护,高温制件和养护条件下试件的弹性模量更高,试样胶凝材料内部孔隙的孔径和总面积占比更小;EDS结果表明硫酸钠含量大于2.5%或低温条件使得胶凝材料中既含有化学腐蚀产物钙钒石晶体(AFt),又含有物理结晶产物十水硫酸钠晶体(Na₂SO₄·10H₂O);随着胶凝材料中孔隙总面积占比的增加,弹性模量逐渐减小。【结论】 硫酸钠含量和温度对水泥稳定碎石基层材料力学性能与胶凝材料微观结构有显著影响。
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  道路工程

  水泥复合稳定CFB炉渣路用性能研究

  王勇, 高国刚, 库雁兵, 高鹏, 王杰

  2025, 42(2): 78-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.009

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  【目标】 以工业固废CFB炉渣和土作为主要被稳定材料制备水泥稳定类路面基层材料。【方法】 针对水泥复合稳定CFB炉渣组成设计对性能影响规律以及CFB炉渣和土作用机理不明确问题,研究土掺量、抗冻增强剂掺量对水泥复合稳定CFB炉渣的不同龄期无侧限抗压强度、体积稳定性能、抗冻性能的影响规律,以获得水泥复合稳定CFB炉渣的最优配比,并借助XRD、SEM和集料受压破碎程度量化分析等手段揭示水泥复合稳定CFB炉渣优异路用性能的形成机理。【数据】 水泥稳定单一CFB炉渣强度低,膨胀性强,抗冻性差。随土掺量增加,水泥复合稳定CFB炉渣呈强度先增加后降低、体积变化由胀至缩、抗冻性先增强后变弱趋势,土掺量30%时综合性能最优,90 d强度达到8.3 MPa,干燥情况下收缩率为0,冻融残留抗压强度比(BDR)达到90%,加入0.6%抗冻增强剂后,冻融残留抗压强度比进一步提高至98%。【结果】 CFB炉渣和土之间存在多性协同作用。土的柔性缓冲作用降低了高压碎值CFB炉渣受压破碎的程度,未被压碎的CFB炉渣水化产生了AFt等水化产物,促进了水泥复合稳定CFB炉渣抗压强度的大幅提高;土的收缩可吸收CFB炉渣的膨胀,同时土的高细度有助于填充CFB炉渣的空隙,CFB炉渣多孔吸水-储水-释水特性对土具有内养生保湿作用,减少了水泥复合稳定CFB炉渣孔隙内水分的散失,使得干燥环境下水泥复合稳定CFB炉渣胀缩平衡;土与CFB炉渣复合后,水泥复合稳定CFB炉渣冻胀约束力提高,抗冻增强剂加入后冻胀压力变小,水泥复合稳定CFB炉渣抗冻性良好。【结论】 可见,以少量水泥和抗冻增强剂与大量土作复合材料稳定CFB炉渣,可以配制出高强抗冻抗裂型基层材料。
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  道路工程

  高效含氯型融雪剂研发与性能评价

  张卫兵, 胡隽婷, 王梓晗, 刘威勤, 韦万峰, 李平

  2025, 42(2): 87-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.010

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  【目标】 为了平衡融雪剂使用效果和经济成本,降低对植物的伤害和对钢铁的腐蚀,选择多种融雪剂性能评价指标,以氯化钠、氯化钙和醋酸钠作为核心成分,通过正交试验确定2种高效含氯型融雪剂的配比。【方法】 针对融雪剂的融雪除冰性能和环保性能,对2种高效含氯型融雪剂和2种传统氯盐融雪剂的pH值、冰点、融冰能力、渗透能力、下切能力、碳钢腐蚀率、植物种子相对受害率进行试验。根据试验结果优选出融雪剂的最优配比方案。【结果】 氯化钠对静置融冰能力、渗透深度和下切面积的影响最大,其次是氯化钙,最后是醋酸钠。氯化钙的静置融冰能力和渗透能力最强,2种高效含氯型融雪剂的下切能力显著优于氯化钠和氯化钙。随着氯化钙在融雪剂中所占比例的增加,融雪剂的冰点降低能力增强,同时碳钢腐蚀率和植物种子的相对受害率均有所降低。这说明氯化钙在融雪剂中的含量对其性能和环境影响有重要的作用,应该根据实际情况合理地调节。【数据】 融雪剂的最优配比方案为氯化钠∶氯化钙∶醋酸钠=69.8∶23.2∶7.0。该配比方案下的融雪剂具有较低的冰点、较强的融冰能力、较高的pH值、较小的碳钢腐蚀率和植物种子相对受害率。【结论】 该配比方案的融雪剂能够有效地实现道路除雪除冰目的,同时降低对环境和基础设施的负面影响,为融雪剂的推广应用提供了科学依据和参考。
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  道路工程

  基于LoRa自组网的山区高边坡集成监测预警技术及应用

  刘正兴, 王华, 金鑫

  2025, 42(2): 97-102,130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.011

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  【目标】 通过对公路边坡实时监测,进行智能化解算分析,实现预警预报,旨在提高山区边坡变形监测的准确性和自动化程度,解决山区边坡监测受暴雨等影响通讯不畅及人工监测存在的不足。【方法】 依托广西地区某高边坡工程,开发了适用于偏远山区的智能监测预警系统。该系统采用LoRa自组网串联各类别监测原件,集成开发实现了边坡地表位移、深部变形、地下水位、锚固结构内力等关键项目监测设备的局地物联网。设立工程现场数据解算单元,实现监测数据的初步处理和自动处置。【结果】 经改进的智能监测系统能持续精确地反映边坡体实时工作状态。在工程建设过程中监测系统数据的变化规律,可以反映各加固设施的工作状态,预警结果与实际情况相符,能够及时发现边坡存在的危险隐患。【结论】 基于LoRa自组网的北斗监测系统完全适用于偏远山区高边坡安全监测和预警,结果可靠,值得推广应用。
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  道路工程

  不同土质下香根草根系分布与现场大尺寸直剪试验

  王洪兵, 陈贺, 任禾, 郭彪, 赵志成

  2025, 42(2): 103-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.012

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  【目标】 探讨不同土质条件下香根草根系分布特征与根土复合体的抗剪力学性能。【方法】 选取云南省普洱市澜沧县广泛分布的滑坡堆积粉质黏土、残坡积粉质黏土、残坡积次生红黏土作为基体种植土,开展了45组根系测量试验和大尺寸现场原状根土复合体直剪试验;分析了不同土质、养护时长和深度条件下根系长度、根系横截面面积、分蘖数、剪切力、剪切力增量与位移之间的关系,并与室内直剪试验进行了对比分析。【结果】 根系早期以主根向地生长为主,后期以侧向根增多、主根增粗为主,养护8个月根系横截面面积是4个月的6~10倍,50 cm深度范围内根系最发达,滑坡堆积粉质黏土最适宜香根草的生长;增加根系不仅能够大幅度提高土体的抗剪强度,而且还会改变力-位移曲线特性,由硬化型转变为软化型,峰值剪切力增量随深度增加而线性减小,养护8个月峰值剪切力增量是4个月的8~10倍;养护4个月时3类根土复合体的力-位移曲线之间差异显著,而8个月时差异明显缩小。【结论】 相比室内小尺寸直剪试验,现场大尺寸直剪试样中根系分布更均匀,试验后根系完全剪断,试验结果更可靠,相关研究结果可为同类地区香根草防护边坡应用提供理论支撑。
桥梁工程
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  桥梁工程

  基于拓扑优化的U形梁优化设计

  蒋田勇, 涂志杰, 赵杰, 张家滨

  2025, 42(2): 111-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.013

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  【目标】 为减小某磁浮轨道交通工程项目中U形梁自重并提升其耐久性,对其进行优化设计。【方法】 应用超高性能混凝土(UHPC)代替原U形梁中的普通混凝土,选择并设计UHPC基结构,以体积限值为约束条件,应变能最小为优化目标,采用Abaqus优化模块对UHPC基结构进行拓扑优化。为避免以往拓扑优化中人为主观设置体积限值造成反复计算而导致效率低,利用UHPC与C55普通混凝土的弹性模量比值及截面惯性矩与面积间的关系确定体积限值。UHPC基结构经过拓扑优化后得到初始设计截面,基于初始设计截面尺寸调整原U形梁尺寸得到新U形梁截面。使用Abaqus建立新U形梁和原U形梁的有限元模型,对比分析两种梁的自重和力学性能。【结果】 与原U形梁相比,新U形梁自重减少了31.7%,第一、二阶弯曲振型对应的固有频率分别增加了18.5%和24.2%,最不利荷载作用下跨中挠度减少了21%,正截面抗弯性能提升了12%,斜截面抗裂性能提升了46%。【结论】 优化设计得到的新U形梁在力学性能提升的前提下,其自重大幅减少,耐久性显著提升;同时,也表明了利用两种混凝土的弹性模量比值及截面惯性矩与面积间的关系确定的体积限值是有效的。研究设计成果可为后期U形梁优化设计研究和应用提供借鉴和参考。
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  根键布置对根式沉井竖向承载特性的影响

  朱小军, 孙淼淼, 贾晓敏

  2025, 42(2): 119-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.014

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  【目标】 研究根键层数、位置、个数、长度、截面形式及倾斜角度等因素对根式沉井竖向承载特性的影响。【方法】 以马鞍山长江大桥5^#根式沉井基础为原型设计了根式沉井1∶75缩尺模型,在自制多功能模型槽中开展了根式沉井竖向受荷室内模型试验,监测了根式沉井荷载-位移、井身内力及沉井周围的土体应力状态情况。【结果】 相比3层根键沉井,5层、7层根键沉井的极限竖向承载力更高,并增大了沉井底部土体水平应力的分布范围;根键沿井身居中、靠下布置时,沉井的竖向承载力更高;同层布置根键数由4根增加至6根时,沉井的竖向承载力增加了23.09%,沉降减少了26.15%;根键长度由40 mm增加至50 mm时,沉井的承载力提高了10.27%;根键横截面形状对沉井的承载力影响较小;对比根键水平布置,根键向下倾斜15°布置时更利于控制沉井的沉降量。【结论】 合理增加根键层数、长度、缩小同层根键径向间距,能够扩大根键对土体的影响范围,有效提升根式沉井基础的承载性能,并降低基础的沉降量;沿井身靠下布置根键时,底部土体反力大,土体对基础的支承效果更佳。研究成果可为根式沉井设计提供参考依据,推动根式沉井基础在桥梁建设中的广泛应用。
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  桥梁工程

  薄壁箱梁几何特性对剪力滞效应的影响

  梁永永, 张元海

  2025, 42(2): 131-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.015

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  【目标】 为便于分析薄壁箱梁的剪力滞效应,提出一种能够直观反映箱形梁剪力滞效应的几何特性参数。【方法】 选取剪力滞附加挠度作为广义位移,应用能量变分法建立控制微分方程并给出初参数解,推导出简支及悬臂箱梁作用竖向集中荷载和竖向均布荷载时截面剪力滞广义力矩的计算公式。结合已有文献中的数值算例,将求得的正应力与有限元软件ANSYS应力结果进行比较并详细分析了几何特性k对剪力滞效应的影响以及截面尺寸变化对参数k的影响规律。【结果】 解析理论计算结果与ANSYS结果吻合良好;简支箱梁剪力滞广义力矩在竖向集中荷载作用截面出现峰值,而后向简支两端迅速衰减,只发生在荷载作用截面附近区域;剪力滞广义力矩随几何特性k的增大而减小,其中靠近外荷载作用截面的梁段区域以较快的速度衰减,衰减幅度随k值的增加缓慢降低;随着悬臂板相对宽度比逐渐增大,几何特性k呈先减小后增大再减小的变化趋势,相对宽度等于0.5时参数k出现最大值;几何特性k随顶板厚度的增大而增大,随梁高、腹板和底板厚度的增大而减小。选择壁厚较大的顶板与壁厚较小的腹板有助于减小箱梁的剪力滞效应。
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  基于ETM的中小连续梁桥纵桥向地震碰撞响应分析

  李子奇, 王宇瀚, 王力

  2025, 42(2): 137-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.016

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  【目标】 解决地震作用下主引桥间纵桥向碰撞分析过程计算量大、计算效率低、数据提取及处理繁琐的问题。【方法】 以1座公路连续梁桥为工程实例建立有限元计算模型,并基于中国抗震规范所推荐的加速度反应谱生成3条耐震时程曲线,采用耐震时程法与增量动力分析法进行计算分析;将2种计算方法所需有限元分析时间、所得结构内力响应及位移响应等结果进行比对分析,以验证耐震时程法的有效性和可靠性,在此基础上使用耐震时程法进行纵桥向碰撞响应分析。【结果】 耐震时程法可以很好地与中国抗震规范相结合,可以较为精确地预测结构响应变化情况及结构的非线性影响,相较增量动力分析法,采用耐震时程法在保证计算精度的基础上计算效率得到提升,较好地解决了增量动力分析法计算效率不高的问题;结构位移响应相较内力响应对碰撞具有更高的敏感性,边墩在碰撞作用下响应变化情况更为复杂。【结论】 实际工程中应重视碰撞对边墩墩顶位移响应的影响。研究成果也可为中小跨径桥梁抗震性能快速评估的工作开展提供理论依据。
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  桥梁工程

  非均匀锈蚀钢筋屈曲性能研究

  成虎, 邱开发, 王仁宇, 王东升, 孙治国

  2025, 42(2): 146-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.017

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  【目标】 探究氯盐长期侵蚀下钢筋混凝土结构内部钢筋的非均匀锈蚀问题对其屈曲性能的影响。【方法】 首先设计制作了16个钢筋混凝土试件,在通电加速锈蚀后对试件进行破形取出钢筋;随后,通过3D扫描识别了钢筋的锈蚀形貌,以标定锈蚀坑的深度、位置以及数量;接着,对锈蚀钢筋进行压屈试验,并在此基础上建立了考虑坑蚀影响的钢筋力学性能数值分析方法;最后,探讨了坑蚀深度、坑蚀位置、以及坑蚀数量对钢筋屈曲性能的影响规律,并进一步提出了非均匀锈蚀钢筋的最不利受压性能表征方法。【结果】 随着锈蚀坑深度的增加,钢筋受压性能不断下降;且长径比越大,屈曲强度降幅越大。当锈蚀坑集中于钢筋中部时,钢筋的屈曲强度退化最为显著;随着锈蚀坑位置向钢筋两端移动,钢筋屈曲强度呈现先增大后减小的趋势。在钢筋表面存在多个锈蚀坑的情况下,钢筋的屈曲形态由位于其中间的锈蚀坑主导时将达到其受压性能的最不利状态。【结论】 采用非均匀锈蚀钢筋最不利受压性能的预测结果来表征锈蚀钢筋屈曲强度下限值,将有助于降低由于钢筋坑蚀模式随机性所引起的近海钢筋混凝土结构抗震性能评估风险。
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  桥梁工程

  车-路-连续梁桥耦合系统建模及路面劣化对系统动力响应的影响

  李梦, 任剑莹, 孙志棋, 张志强

  2025, 42(2): 161-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.018

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  【目标】 深入研究车-路-连续梁桥耦合系统动力响应。【方法】 基于达朗贝尔原理推导车-路-连续梁桥耦合系统解析模型;分别采用梁单元和实体单元建立某4跨预应力混凝土连续梁桥有限元模型;采用弹簧单元、质量单元和刚性梁单元建立四自由度二维车辆模型和十一自由度三维整车模型,得到3个车-路-连续梁桥耦合系统有限元模型。【结论】 车-路-连续梁桥耦合系统的动力响应随车桥质量比的增大呈非线性加速增大趋势,车桥质量比对车辆动力响应的影响比对桥梁动力响应的影响更大;连续梁桥各跨跨中截面竖向位移的动力放大系数不同,2个中跨的动力放大系数均大于2个边跨的动力放大系数,路面不平顺等级越差,这个差别越小;路面整体或局部不平顺等级增大时,车辆和桥梁的动力响应均会增大,与路面平顺时的动力放大系数相比,相对差值均大于5%,桥梁边跨的动力放大系数相对差值最大,达61.13%;加权振级随路面不平顺等级增大而增大,与A级路面相比,当整体和局部路面均为C级路面时,车辆加权振级相对差值接近,分别为17.50%和14.57%;从车辆驶入局部劣化路段开始,直到车辆下桥,系统的动力响应均比无局部劣化时的动力响应大。
隧道工程
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  隧道工程

  活塞风作用下隧道温度场分布规律及保温效果

  乔雄, 杨小龙, 冯勇, 朱小明

  2025, 42(2): 179-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.019

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  【目标】 活塞风是影响寒区既有隧道温度场分布的重要因素,故需对活塞风不同风速时的隧道温度场分布规律及保温设计不足问题展开研究。【方法】 以G212国道某隧道为依托,首先采用现场监测的方法初步得到隧道内、外温度变化规律;其次基于温度场理论及有限元法对隧道进深及关键部位的温度分布情况进行分析;而后建立活塞风、隧道进深及温度的三维曲面拟合计算式,并对有无保温措施两种情况下的温度分布情况进行比较,以验证保温层+套衬+衬砌+仰拱改造综合保温处置措施的有效性。【结果】 隧道纵向温度分布总体呈抛物线型,进口段、出口段及各断面温度分布呈三角函数型,隧道各断面温度分布总体呈现拱脚＜拱腰＜拱顶＜仰拱底＜边墙底的规律;隧道拱脚位置温度在活塞风作用下随冻深及隧道进深呈指数型分布;洞口段隧道整体温度变化幅度较大,随着隧道进深的增加整体温度变化幅度逐渐减小,洞内温度随风速的降低整体呈线性下降趋势;数值模拟结果表明,即使在最不利条件下,采用保温层+套衬+衬砌+仰拱改造综合处置措施效果较好,隧道各关键部位均为正温。【结论】 研究结果对隧道结构和行车安全具有重要意义,可为长期服役的寒区既有隧道冻害防治提供参考。
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  隧道工程

  浅埋偏压黄土连拱隧道中导洞及中隔墙力学特性

  张建, 陈星宇, 李超杰, 樊纯坛, 郭子润, 孙纬宇

  2025, 42(2): 188-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.020

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  【目标】 为研究浅埋偏压黄土连拱隧道中导洞及中隔墙施工力学特性,以卓合高速公路捏业隧道为工程背景,采用现场监测的方法对其中导洞及中隔墙施工时的内力分布及发展规律进行研究。【方法】 通过分析监控测量数据,研究中导洞围岩压力和支护结构应力、中隔墙墙底压力、钢筋轴力及混凝土应力在施工过程中的分布发展规律及影响因素。【结果】 中隔墙的存在使得正洞施工对中导洞稳定性几乎没有影响。中导洞右拱肩处钢架应力最大,为330.9 MPa;正洞上台阶施工对中隔墙应力状态影响最大,右洞上台阶开挖10 d后中隔墙钢筋轴力达到峰值43.4 kN,混凝土应力亦开始快速增长并达到峰值25.9 MPa;正洞中台阶及仰拱部分的施工对中隔墙力学状态造成的影响较小;中隔墙底部右侧压力最大值为536.2 kPa。【结论】 对中隔墙及隧道地基进行加固处理可有效减小中隔墙及隧道结构的沉降变形,同时可优化中隔墙受力状态。
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  隧道工程

  高水平应力环境下层状岩体隧道稳定性分析

  苗秋福

  2025, 42(2): 196-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.021

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  【目标】 研究层状岩体隧道在高水平构造应力环境下开挖的破坏机制与稳定性问题。【方法】 以太行山隧道穿越层状砂质板岩为背景,通过建立PFC2D离散元隧道开挖数值模型,研究了侧压系数、结构面间距和结构面倾角变化对隧道稳定性及破坏模式的影响。【结果】 当岩层与主应力的方向平行或正交时,裂纹数目明显小于与主应力斜交的工况。倾斜岩层条件下,主地应力方向为竖向时,隧道围岩开挖后断裂规模大于水平方向工况,对于水平岩层与陡立岩层这一结果相反。岩层倾角决定了隧道围岩的破坏模式。在水平构造应力影响下,水平岩层破坏为岩层挤压卸荷后的脆断,倾斜岩层则是发生压弯折断与剪切断裂,垂直和陡立岩层受力呈现固端梁的弯曲特征。水平岩层工况中隧道围岩变形最小,倾斜岩层变形最大,围岩最大变形为垂直岩层走向的拱部与底部位置,陡立与垂直岩层的变形呈现“蝴蝶”状,以边墙处的弯曲折断挤压变形为主。【结论】 岩层的厚度直接影响了岩层的承载能力。水平岩层在中厚及薄层时(层厚<0.5 m)较容易引发较大规模的断裂事件,倾斜岩层在厚层0.5~1.0 m及以下时容易发生大规模的断裂侵限事件,而陡立岩层在厚层0.5~1.0 m及以下时容易发生大规模的断裂事件。
汽车工程
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  汽车工程

  道路坡度对轻型柴油车二氧化碳排放的影响

  姜壁刚, 何超, 王艳艳, 李加强, 刘学渊

  2025, 42(2): 207-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.02.022

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  【目标】 深入探究高原山区道路坡度对轻型柴油车CO₂排放的具体影响。【方法】 采用了GPS和GIS技术精确收集道路信息并计算坡度,结合坡度、车速及加速度数据计算得出车辆的比功率(VSP),通过使用车载排放测试系统收集车辆CO₂排放数据。基于某型号轻型柴油车在实际道路上的行驶和CO₂排放数据,首先分析了坡度对车辆运动状态和VSP的影响;其次对VSP进行了细致的Bin区间划分,探讨了不同加速度下VSP与CO₂排放速率的关系;其次分析了不同运动状态下的VSP与CO₂排放的关系。然后利用MOVES模型仿真结果与实际数据,对比分析不同坡度和车速下对CO₂排放速率和CO₂排放因子的影响;最后分析了同一坡度的绝对值上下坡综合CO₂排放因子与平路排放差异。【结果】 在坡度介于―6%~+6%的范围内,VSP与CO₂排放速率呈现正相关,VSP值在坡度+4%时达到峰值;同时,CO₂排放速率和排放因子均与坡度呈线性关系,车速也对排放因子有显著影响。【应用】通过MOVES模型仿真验证了试验结果的准确性,最终提出道路坡度小于4%的建议,以期减少轻型柴油车的CO₂排放。这一建议对于推动绿色交通发展、实现碳中和目标具有重要意义。