2025年, 第42卷, 第3期　刊出日期：2025-03-05

  

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  考虑多类型交通参与者的图遍历多模态车辆轨迹预测

  周亦威, 劳逸男, 赵靖, 王子元

  2025, 42(3): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.001

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  【目标】 为了提高复杂城市道路场景下智能网联汽车轨迹的长时预测精度,综合考虑了不同类型交通参与者(如车辆、行人、障碍物)及轨迹预测的不确定性。【方法】 首先,提出了基于图遍历策略的考虑城市多类交通参与者的多模态轨迹预测模型,依据城市结构化道路场景和高清地图构建车道图,提取道路场景信息。其次,采用门控循环单元对目标车辆及其周边车辆历史轨迹和道路场景信息进行编码,并通过自注意力机制获取目标车辆与不同类型交通参与者及车道图信息间的交互特征。随后,通过图注意力网络处理,生成反映上下文信息的向量。然后,通过学习图离散遍历策略的不同可能性,结合轨迹预测模块在车道图的子集上探索多目标策略,输出多模态的预测结果。最后,基于凝聚层次聚类的轨迹聚类算法,将模型输出的1 000条多模态预测轨迹进行聚类分析,选出输出概率最高的预测轨迹。【结果】 所提出的轨迹预测模型在nuScenes公开数据集上的试验结果表明,其在评价指标最小平均位移误差和最小最终距离误差上相比其余主流的5种模型均有所降低,在6 s预测时域内展现了良好性能,使用RTX 4060在测试集上对每个样本进行预测的平均时间为0.017 s,进一步提升了模型性能。【结论】 本研究方法适用于多类型交通参与者的复杂城市交通环境,有效提升了车辆轨迹预测精度和质量,且模型所需算力较低。
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  基于深度学习与数据回归的智能车单目测距方法

  郭贺, 张蕊, 成英, 彭涛, 夏鹏, 张扬

  2025, 42(3): 11-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.002

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  【目标】 针对自动驾驶中单目测距精度不高与泛用性不强的问题,提出了一种基于深度学习与数据回归的单目测距方法。【方法】 提出了一种改进的YOLOv5目标检测算法。首先,采用K-means++算法对先验框进行重新聚类,优化初始聚类中心点。其次,在主干网络中引入注意力机制,有效提升特征提取能力。同时,将原损失函数替换为E-IOU损失函数,显著降低了目标定位误差。然后,基于改良的目标检测算法,构建了单目测距模型。该模型依托于不同检测对象的斜角长度与摄像头的真实距离建立了若干回归方程,扩充了单位图像内的像素点数目,提高了检测精度。最后,该模型利用卡尔曼滤波融合了汽车的运动数据,实现了对检测距离的双重数据融合校正。【结果】 改进后的算法检测精度较原始YOLOv5提升0.68%,误报率得到明显改善。本研究算法在10~100 m内的测量平均相对误差为3.67%,在30~100 m内的测量平均相对误差为3.24%。通过英伟达加速推理器TensorRT对整套算法进行加速,单张图片推理速度达到12 ms,比未加速的算法处理速度提升了5倍,比双目算法处理速度提升了4倍,且在大于30 m的测距情景中可以取得最优效果。【结论】 本研究提出算法可以满足一般精度要求的智能车辆与非智能车辆的测距任务。
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  基于动态时空特征周期性编码的公路交通流量预测模型

  张韫, 张波, 王剑楠, 申田, 刘明

  2025, 42(3): 21-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.003

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  【目标】 针对现有的基于图卷积神经网络(GCN)的交通流预测模型在提取路网节点动态时空相关性和长距离时间依赖性方面存在的不足,提出了一种基于动态时空特征周期性编码的公路交通流量预测模型。【方法】 首先,根据交通流数据在不同周期尺度下的动态相关性,设计周期性交通流数据嵌入模块,捕捉隐藏在交通流数据中的多尺度时间依赖特性。然后,为了克服传统GCN模型使用预定义的邻接矩阵聚合节点空域特征,忽略路网异质性的问题,构建基于动态拓扑编码的空域特征提取模块,利用近邻空域拓扑编码和相似空域拓扑编码,融合注意力机制,捕获路网数据动态空间的相关性。其次,为了克服传统GCN仅使用一维卷积提取时域特征造成长距离节点时域关系提取受限的问题,构建基于注意力机制约束的时域特征编码模块,通过时域卷积网络模块,时域相关性模块和关键帧相关性模块,提取不同时间尺度下的时间依赖关系。最后,通过自适应周期时空特征融合模块进一步融合节点的时空特征。在PEMS04,PEMS07,PEMS08这3个真实交通流数据上将本研究所提出方法与其他9种主流的交通流预测模型进行对比分析。【结论】 所提出模型在3个数据集上的预测精度指标均优于对比算法,具有较好的预测精度。
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  城市空中交通公众接受度研究

  常鑫, 廖语嫣, 汪林, 汤新民, 胡松

  2025, 42(3): 34-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.004

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  【目标】 为探究城市空中交通的公众接受度评估方法及其影响因素,为城市空中交通发展利益相关方提供指导,全面梳理并总结了城市空中交通公众接受度领域相关研究现状。【方法】 首先,从了解程度、信任度、治理期望及对城市空中交通新技术追求4个方面定义并阐释了接受度的内涵。然后,围绕接受度调查方法,从调查对象选取、问卷设计与数据分析、理论框架与模型构建3方面展开,总结已有文献关于公众接受度的调查数据收集与分析方法。最后,以问题为导向,以需求为牵引,从城市空中交通关键技术发展、出行特性、社会人口属性及政策支持等方面分析了公众接受度影响因素,并探讨这些影响因素对公众接受度的作用机理。【结论】 可靠的适航安全性能、严密的隐私保护能力、可控的事故发生风险率、可持续的清洁能源推广、短暂的出行时间、高性价比的支付价格及良好的可达性将大幅提高公众接受度水平。年轻、受教育程度高且高收入的男性及高出行需求的群体一般具有较高的接受度意愿。此外,如何保障城市低空航空器安全运行,完善配套保障设施,改善交通设施的连通性及退役电池的再利用等仍为当今尚未攻克的难题。研究结果可为城市空中交通相关利益方决策提供依据,为争取引导公众理解、信任与支持及推动城市空中交通可持续发展提供参考。
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  有限市场的出租车和网约车司机运营策略博弈

  顾天奇, 徐伟平, 梁华, KIM Inhi

  2025, 42(3): 45-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.005

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  【目标】 在网约车持续投放的情况下,传统出租车和网约车司机的竞争和博弈日渐增加,基于一项持续5年的纵贯研究,分析其背后的运营策略。【方法】 以2类司机的职业特征分析为基础,提出了以归一化日均运力(NDAV)为代表的运营评估指标。采用演化博弈论结合实证数据,对不同收入机制下的运营策略进行建模与分析。【结果】 2类司机的运营特征存在显著差异,网约车的运力波动更大。引入演化博弈论分析静态和动态收入机制下的司机运营策略,静态收入机制中初始变量发生变化时,市场均会在不同时机收敛至博弈平衡点。当2类司机收入高、成本低时,市场更快达到演化平衡策略点。在优化的动态收益激励模型中,将司机的收入与司机选择运营的比例挂钩,以模拟更接近真实市场的运营博弈。【结论】 演化博弈的稳定策略表明,在现实条件下2种模式均有可能导致"赢家通吃"的一家独占市场格局。避免上述情形的方法是提高司机的初始收入,以保证至少超过初始的运营成本,例如通过增加打车起步费、发放补贴或降低租赁费用等方法增加2类司机群体的基本收入,以达到二者均参与运营的演化稳定策略,即达到演化平衡点,以实现健康的网约车市场格局。
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  钢渣-橡胶沥青混合料性能评价与优化设计

  武建民, 李少卿, 徐长春

  2025, 42(3): 58-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.006

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  【目标】 研究级配、钢渣掺量和结合料性质对钢渣-橡胶沥青混合料(SSRAM)各项路用性能的影响规律。【方法】 采用分形理论设计了3种粗集料分维值(D_c)和2种细集料分维值(D_f),研究了三因素三水平正交方案下的SSRAM路用性能,并对2种D_f下的混合料性能进行对比。【结果】 D_c是影响SSRAM高温稳定性和抗冻融水损害性能的主要因素,随着D_c减小,级配变粗,混合料动稳定度增加,预测永久变形量减小,但抗冻融水损害性能下降;钢渣掺量是影响SSRAM最佳油石比和低温弯拉应变的主要因素,随着钢渣掺量的增加,最佳油石比增加,混合料低温弯拉应变也有所增高;橡胶沥青相较基质沥青对混合料各方面性能均有较好提升作用,但橡胶掺量达到一定量后,其掺量的增加对混合料各项性能影响均较小;几种钢渣-橡胶沥青混合料组成均具有良好的体积稳定性。【结论】 推荐采用D_c为2.1,D_f为2.55,钢渣掺量为60%,橡胶掺量为21%的SSRAM组成方案,此时混合料具有综合较好的路用性能。钢渣-橡胶沥青混合料整体具有良好的路用性能,可用于高速公路沥青路面的磨耗层,有利于实现工业固废的资源化利用。
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  道路工程

  旧沥青类型及掺量对再生沥青-钢渣集料黏附性能的影响

  张志涛, 崔宇, 韩方元, 袁正国

  2025, 42(3): 69-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.007

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  【目标】 研究旧沥青类型及掺量对再生沥青与集料黏附性能的影响。【方法】 分别模拟老化了沥青路面常用的基质沥青、SBS改性沥青及橡胶改性沥青。根据3种模拟老化沥青在不同旧沥青掺量(30%,40%,50%)、不同再生体系下的新旧沥青比例,制备再生沥青样品。再生体系I中新沥青为基质沥青,再生体系II中新沥青为SBS改性沥青。根据实际应用场景,模拟同等老化程度的沥青混合料制备再生沥青混合料样品。采用水煮法及光电比色法分析再生沥青与集料的黏附行为;采用冻融劈裂试验、肯塔堡飞散试验评价再生沥青混合料的黏附性能。【结果】 沥青体系中,再生沥青与集料黏附行为由强到弱排序为原始沥青、再生沥青II、再生沥青I、老化沥青,且钢渣的黏附率优于石灰岩;随着旧沥青掺量增大,再生沥青与集料的黏附率基本呈降低的趋势;再生体系II中,旧沥青类型对黏附率的影响权重较小。混合料体系中,当旧沥青掺量低于40%时,随着旧沥青掺量增加,再生沥青混合料的抗水损性能(黏附)增强,而肯塔堡飞散残留仍随着旧沥青掺量的增加呈下降趋势。【结论】 再生沥青与集料的黏附性能主要由再生沥青中占比大的沥青组分决定,可采用改性新沥青来降低旧沥青对再生沥青与集料的黏附性能影响权重,且旧沥青掺量建议不高于40%。
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  道路工程

  损伤水泥混凝土路面非线性湿度翘曲应力分析

  董连成, 金圣豪

  2025, 42(3): 78-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.008

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  【目标】 针对高寒季冻区道面水泥混凝土长期暴露于严寒与氯盐侵蚀的工作环境,基于室内盐冻试验,建立以相对弹性模量为表征的混凝土损伤模型,验证相对弹性模量一元二次衰减规律的准确性。【方法】 基于衰减规律结合有限元方法,以2种理想路面结构假设为对象,研究了非线性湿度梯度下弹性模量衰减对水泥路面板变形与应力发展影响。【数据】非线性湿度梯度下的翘曲应力与变形是线性梯度下的1.15倍与 1.51倍。基于混凝土路面内部初始湿度沿板厚方向均匀分布的理论计算模型与实际不符,湿度翘曲应力与变形的计算结果是干湿综合计算方式的1.14倍与1.73倍。【结果】 随着盐冻次数的迭加,混凝土弹性模量不断衰减,在降低路面自身产生的湿度翘曲变形与应力的同时,抗弯拉强度同样在降低且衰减速率远大于最大拉应力下降速率;2种理想路面结构假设对冻融循环的敏感性差异明显,相较于结合式路面,分离式路面能够多经受65次盐冻循环。【结论】 在计算混凝土路面外部干燥下的翘曲应力时,有必要考虑湿润阶段对干燥阶段的影响。合理改善路面与基层间的接触状况,有利于水泥混凝土路面自身的应力状态。考虑损伤水泥混凝土路面在非线性湿度梯度下的翘曲应力与变形是合理分析高寒季冻区水泥混凝土路面在役期间应力状态的前提。
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  道路工程

  融雪剂和冻融耦合作用下纳米二氧化硅混凝土损伤试验研究

  宋宁, 胡裕成, 景宏君, 郭美蓉, 单俊伟

  2025, 42(3): 87-94,146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.009

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  【目标】 研究公路工程冬季撒布融雪剂导致混凝土结构寿命缩减的问题。【方法】 通过掺入纳米二氧化硅制备改性混凝土,设计5组纳米二氧化硅掺量(0,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%)采用快冻法模拟冻融循环,配合3% 氯盐类融雪剂溶液构建侵蚀-冻融耦合环境。通过表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量评价宏观性能,结合核磁共振技术从微观角度揭示孔隙结构演变规律和作用机制。【结果】 随着冻融循环次数增加,各组混凝土试件均出现不同程度的砂浆脱落、坑蚀和骨料外漏现象。二氧化硅掺入量为0,0.5 %,1.5 %,2.0 %的混凝土质量损失率与冻融循环次数呈正相关,二氧化硅掺入量为1.0 %的混凝土质量损失率出现负增长。相对动弹性模量随冻融次数增加而降低。纳米二氧化硅的掺入显著改善了混凝土的表观形貌、质量损失率和相对动弹性模量,改变了混凝土的孔隙结构分布,不同孔隙类型的积分面积随着纳米二氧化硅的掺量呈先减后增趋势。纳米二氧化硅掺入量为1.0 %的混凝土质量损失率增长较缓,相对动弹性模量下降速率较慢,孔隙结构转化速率较低,表现出优异的抗侵蚀效果。【结论】 研究成果为提升寒区交通基础设施的耐久性提供了全新的材料解决方案,对于延长混凝土结构的使用寿命、降低养护成本具有重要的工程应用价值。
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  道路工程

  颗粒圆度对路用碎石集料破碎特征及力学性能的影响

  何国栋, 陈琛, 方传峰, 袁正学, 郭一鹏

  2025, 42(3): 95-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.010

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  【目标】 隧道开挖产生的岩石弃渣常被用作路用碎石。研究颗粒圆度对弃渣路用碎石力学特征的影响,有助于优化道路结构的力学性能,减小因集料破碎和力学性能衰减而产生的道路破坏。【方法】 基于3D扫描获取隧道弃渣处置后的碎石轮廓;通过三维缩放排除其他形状指标影响,筛选并构建了不同圆度指标的不规则颗粒模型;利用Voronoi多面体组成的集合体构建可破碎的路用颗粒;采用离散元软件PFC3D对路用碎石颗粒进行了三轴压缩试验模拟,以探究颗粒圆度对碎石集料的破碎特征和宏观力学特性的影响。【结果】 路用颗粒集料的颗粒圆度越小,颗粒破碎程度越严重。相对破碎率随轴向应变增加而呈线性增长。颗粒集料的峰值剪切强度随颗粒圆度增加先达到峰值,后迅速降低。临界剪切强度随颗粒圆度增加而线性降低,颗粒破碎将导致更低的峰值剪切强度。碎石集料的体应变均表现为先剪缩,后剪胀,最后稳定的趋势。存在临界圆度为0.7, 使得集料体应变的最大剪缩量和临界状态体应变均随颗粒圆度先增大而后减小。【结论】 高圆度颗粒具有更好的力学性能,低圆度颗粒则更易破碎,可能导致道路结构力学性能下降。合理控制颗粒圆度对提高路用碎石的质量和道路耐久性具有重要意义。
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  道路工程

  考虑基质吸力影响的重塑黄土的临界状态模型

  任占雷, 李泽杰, 段梦强, 翁效林

  2025, 42(3): 104-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.011

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  【目标】 探寻更贴合重塑黄土的结构变化规律和硬化特性。【方法】 根据不同基质吸力条件下的重塑黄土压缩演化规律,运用临界状态土力学原理,以基质吸力、应力及应变为主要变量,构建了一种能够描述重塑黄土应力-应变关系的本构模型。该模型将不同基质吸力条件下的重塑黄土等向压缩曲线予以对比,采用无相关联流动法则,确定了不同基质吸力条件下重塑黄土的基本参数及其演化方程。模型共有8个参数,均可通过压缩试验和标准三轴剪切试验获得。【结果】 重塑黄土的基质吸力越大,达屈服态所需剪切应力越大;初始孔隙比较大时,稳定态体应变较小,且稳定态体应变与弹性压缩段斜率成正比。【结论】 经过与现有试验结果比较后,发现本研究模型不仅可以较好地反映基质吸力对重塑黄土结构强度、变形特性及结构演化规律的影响,而且能较为合理地预测重塑黄土的硬化特性。所提出的这种临界状态重塑黄土模型进一步加深了黄土力学特性的理解及研究,也为更精确地计算黄土地基变形提供了一定的理论支持。
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  道路工程

  层状碎裂结构边坡灾变过程的离散元数值分析

  陈贺, 解纹, 余相贵, 尹淏, 秦雨樵

  2025, 42(3): 115-125,164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.012

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  【目标】 利用离散单元法探讨层状碎裂结构边坡灾变过程。【方法】 基于微细观缺陷服从Weibull概率分布的统计结果,提出了可表征非均匀性的岩体模型,通过顺倾和反倾节理面切割均质边坡建立了顺倾层和反倾层碎裂结构边坡模型。开展了系列均质度条件下离散单元法单轴压缩试验,完成了10余组不同节理面摩擦系数、节理面间距、边坡倾角条件下边坡变形破坏过程数值模拟。从胶结破坏数、速度、动能等方面分析了顺倾层和反倾层边坡灾变过程特征,并将破坏模式与室内模型试验结果进行了对比分析。【结果】 随着均质度增大,单轴压缩强度和脆性指数分别先增大和减小,而当均质度达到7之后近乎不变;节理面越光滑、节理面间距越小,边坡越陡,裂隙延伸扩展越多,破坏范围越大;相比节理面间距和摩擦系数,边坡倾角对最大速度的影响更为显著;顺倾层边坡的灾变过程为中上部岩体变形—剪切带由坡顶至坡脚扩展—抗滑段剪断—圆弧滑动,而反倾层边坡的灾变过程为中部临空面岩体变形—中部开裂—裂隙向坡脚扩展—翻折倾倒,坡顶岩体后缘开裂—翻折倾倒—坡面滑动。【结论】 非均匀性岩体模型解决了采用岩石胶结模型模拟岩石时遇到的峰后应力陡降缺陷,研究结果与多个室内模型试验相吻合,验证了离散单元法数值计算模型和计算方法的合理性和可靠性。
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  道路工程

  基于模糊C均值算法改进的岩体结构面识别与信息提取

  李斌斌, 王新辉, 王学良, 金超, 孙娟娟, 王赞

  2025, 42(3): 126-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.013

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  【目标】 传统的模糊C均值算法在岩体结构面识别过程中存在明显的缺陷,即对出现的噪声和离群点较为敏感。此外,当前在岩体结构面间距和迹长等几何特征提取过程中,通常依赖手动方法或基于点云的技术。这些方法容易受到外部因素的干扰,从而影响结果的准确性。为解决上述问题,提出了一套岩体结构面信息自动提取的方法。【方法】 首先,提出一种改进的模糊C均值算法。该算法通过引入新的参数来自适应地调节算法的模糊度,从而增强算法的鲁棒性并优化聚类效果。在此基础上,利用Fast Marching算法识别出闭合结构面,并结合Matlab与ArcGIS软件,构建结构面几何特征参数的自动化提取方法,实现对结构面产状、间距和迹长的自动测量与统计。【结果】 实际岩体结构面产状的标准差最高减小了4°,结构面间距与迹长的最大误差分别为1.1 cm和3.4 cm,满足区域信息提取的误差容许要求。【结论】 相较于传统方法,所提出的算法在结构面信息的提取过程中展现出较高的精度,且大幅提高了效率,能够更好地应用于实际工程中,为岩体结构面分析提供了一种高效、准确的技术方案。
桥梁工程
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  桥梁工程

  液化天然气油罐车火灾下悬索桥主缆受火性能

  宋恒宇, 黄侨, 吴向阳, 刘志, 郭晓月

  2025, 42(3): 136-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.014

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  【目标】 悬索桥作为重要的交通基础设施,其主缆的耐火性能直接关系到火灾下桥梁的安全性与稳定性,因此研究悬索桥液化天然气油罐车(LNG)火灾下不同环境因素对主缆受火性能的影响,对桥梁火灾防护和结构抗火设计具有重要意义。【方法】 本研究针对国内某通行LNG油罐车的特大跨悬索桥,建立了LNG油罐车火灾数值模型,并对火灾场景下的火源高度、环境风速和持火时间等影响因素进行了参数分析。重点研究对比了不同条件下LNG油罐车火灾对悬索桥跨中主缆截面的影响,并提出了一种基于"加权平均"概念的主缆刚度折减计算方法,以评估主缆在火灾中的刚度变化。【结果】 火源高度对火灾模拟结果有显著影响,在无风情况下桥面火灾是较为不利的场景,而在有风情况下车身起火的场景更为关键。环境风在最不利情况下可能导致火焰向主缆方向倾斜,进而导致主缆直接接触火焰,需根据火源与缆索系统的相对位置综合考虑风速及环境风的影响。火焰持续时间决定了火焰的发展状态、构件的温度变化及结构的响应,应根据具体研究对象和实际需求来确定。【结论】 综上所述,火源与缆索系统的相对位置、环境风速和持火时间是影响悬索桥主缆受火性能的关键因素。在进行桥梁抗火设计时,应针对桥梁工程的实际结构确定最不利火灾场景,以指导桥梁火灾防护和结构抗火设计。
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  桥梁工程

  基于三维光学摄影测量系统的U肋加劲板初始几何缺陷分布规律

  李刚, 韩冰, 濮留纯, 黄琪盛, 卫星

  2025, 42(3): 147-154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.015

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  【目标】 考虑U肋加劲板真实初始几何缺陷分布,研究不同初始几何缺陷状态对加劲构件受压稳定承载力及破坏模态影响规律。【方法】 采用三维光学摄影测量系统(TDOPS)的新型测试方法,对12个加劲板试件的初始几何缺陷形态和缺陷幅值进行试验测试,并借助ABAQUS有限元软件对不同初始几何缺陷形态加劲板进行了受压承载力和破坏模态数值模拟计算分析。【结果】 U肋加劲板试件纵向几何缺陷呈现正弦半波变形、对角对称扭转变形、L型翘曲变形、正弦半波与扭转耦合变形等4种变形形态,缺陷幅值约为规范推荐值的1.0~2.3倍;试件横向初始几何缺陷分布规律与规范推荐值一致,均呈现正弦半波变形规律,缺陷幅值约为1.0~4.8倍。对于母板宽度较大的试件,初始几何缺陷形态不同对其受压承载力和破坏模态均有影响,承载力有1%~5%的下降,较规范计算值偏大,破坏模态各不相同,而对于母板宽度较小的试件,初始几何缺陷形态不同仅会影响其承载力,而破坏模态基本一致,均表现为U肋端部屈曲破坏,与规范值计算结果相同。【结论】 在对U肋加劲板进行受压稳定研究时,需要考虑初始几何缺陷形态不同和缺陷幅值大小带来的影响,进而准确分析加劲板极限承载能力和破坏形态。
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  桥梁工程

  考虑轮载横向分布的钢桥面板疲劳裂纹随机扩展路径

  鲁乃唯, 余孟南, 王凯, 崔健

  2025, 42(3): 155-164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.016

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  【目标】 研究车流对钢桥面板焊缝处疲劳裂纹扩展行为的影响。【方法】 以南溪长江大桥为工程背景,建立钢桥面板多尺度精细化有限元节段模型,分析了2种典型车辆轮载横向位置对顶板焊根与焊趾疲劳应力的影响规律,基于断裂力学理论与扩展有限元方法研究了3种疲劳裂纹裂尖应力强度因子的变化规律,模拟了轮载随机横向分布下的焊趾疲劳裂纹空间扩展路径。【结果】 钢桥面板顶板焊趾处的最大横向拉应力相较于顶板焊根处增加了15.4%,随着轮载横向偏移距离增大,裂纹前缘I型应力强度因子逐渐减小,Ⅱ型应力强度因子逐渐增大,Ⅲ型应力强度因子呈反对称变化的趋势。裂纹扩展过程中裂纹前缘两端点应力强度因子逐渐大于裂纹尖端点,初始裂纹深度与裂纹扩展路径分布的离散性呈正相关。【结论】 轮载横向分布对钢桥面板顶板与纵肋焊接构造细节的横向应力和应力强度因子影响显著,裂纹扩展过程中裂纹前缘两端点与尖端点的应力强度因子是致使裂纹形态和扩展路径变化的关键因素,控制初始裂纹深度可以有效减小裂纹扩展路径的随机性。
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  桥梁工程

  热带海洋环境新型桥梁用耐候钢腐蚀行为

  刘波, 宋晖, 张凡

  2025, 42(3): 165-174,194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.017

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  【目标】 为探讨热带海洋环境下桥梁用耐候钢的腐蚀行为,以马尔代夫马累-机场岛跨海大桥耐候钢的耐腐蚀性研究为背景,对不同钢材的腐蚀规律进行了系统研究。【方法】 通过对Q235钢、普通耐候钢和3%Ni钢进行室内周浸加速腐蚀试验模拟热带海洋环境下的腐蚀过程,同时进行现场大气暴露试验,分析不同钢材在环境中的腐蚀速率与锈层演变情况。【数据】经过720 h的室内加速腐蚀试验,Q235钢、普通耐候钢和3%Ni钢的腐蚀速率分别为1.35,1.13和1.0 mm/a。经过2 a的现场暴露试验,Q235钢的腐蚀速率为0.585 mm/a,锈层不再具有保护性;普通耐候钢的腐蚀速率约为0.073 mm/a,且锈层具有一定的保护作用;3%Ni钢的腐蚀速率维持在0.036 mm/a附近,表现出较优的耐腐蚀性能。通过腐蚀形貌、锈层截面及成分分析,揭示了Ni元素在3%Ni钢锈层中的关键作用。【结果】 3%Ni钢在热带海洋环境下表现出显著优于其他钢材的耐腐蚀性能,其主要原因在于Ni元素能够有效促进致密且稳定的保护性锈层的生成。【结论】 结合腐蚀特性与锈层形成机理,展示了3%Ni钢优异的耐腐蚀性能,进一步揭示了3%Ni钢在CX大气腐蚀环境下的腐蚀演化规律,并基于试验数据,给出了3%Ni钢在该环境下的腐蚀量预测值,为其长效防腐设计提供了数据支撑和科学依据。
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  桥梁工程

  大跨度独塔斜拉桥抗风性能主梁节段模型试验

  曾磊, 刘细军, 邓志华, 刘志文, 孟园英, 江智俊, 陈政清

  2025, 42(3): 175-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.018

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  【目标】 为解决独塔大跨斜拉桥流线型闭口钢箱梁涡激共振、颤振稳定性与气动控制措施问题,依托某主跨为390 m的独塔斜拉桥,采用风洞试验方法对流线型闭口钢箱梁涡激振动与颤振稳定性进行试验研究。【方法】 首先,采用有限元方法对主桥结构最大双悬臂、单悬臂状态及成桥状态结构动力特性进行了计算;然后,采用几何缩尺比分别为1/60,1/30的主梁节段模型,对流线形闭口钢箱梁涡激振动性能与不同气动控制措施进行了试验研究;在此基础上对桥梁结构成桥与最大单悬臂施工状态颤振稳定性进行了研究。【结果】 主桥结构成桥状态一阶正对称竖弯及扭转频率分别为0.479 3 Hz和0.894 5 Hz;主桥结构主梁原设计方案成桥状态风攻角为0°,风速为22~25.0 m/s时主梁发生了扭转涡激共振,最大扭转振动响应根方差为0.32°;风攻角+3°、风速为36~42.0 m/s时主梁发生了竖向涡激共振现象,最大竖向振动响应根方差为0.12 m。在主梁原断面的基础上增设1.2 m高中央稳定板或1.5 m宽水平分离板均不能有效抑制主梁断面涡激振动响应。【结论】 将结构阻尼比分别提高至0.3%或0.4%左右,可有效抑制主梁涡激共振现象;将主梁梁底检修车轨道向内侧移动120 cm后,主梁涡激共振响应显著减小。闭口流线型箱梁存在较为显著的缩尺效应,常规比例主梁节段模型涡激共振振幅总体大于大比例节段模型涡激共振振幅。
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  桥梁工程

  大跨CFST拱桥施工索力调整简便计算方法

  吴月星, 张劲泉, 周建庭, 王新忠, 徐智超

  2025, 42(3): 182-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.019

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  【目标】 提出了一种基于"未闭合配合力"思想的简便计算方法,旨在解决大跨钢管混凝土拱桥在斜拉扣挂法施工中索力调整复杂、拱肋线形控制难度大的技术难题。【方法】 以一座主跨220 m的钢管混凝土拱桥为研究对象,借鉴斜拉桥施工索力计算方法,结合分阶段正装计算,对结构施工全过程的关键效应参数演化规律进行深入分析,并通过与传统计算方法的对比,验证新方法的可行性和优越性。【数据】研究表明,在施工过程中,通过控制塔偏、拱肋悬臂端竖向位移、封铰前铰点转角位移及合龙口无应力参数,施工完成后的拱桥松索成拱线形与目标值的最大误差仅为1.0 mm,符合规范要求,验证了计算方法的高精度。【结果】 在拱脚封铰前阶段,调整铰点转角位移较调整拱肋悬臂端竖向位移的控制效果更为显著;在扣(背)索力调整过程中,无需对塔-索-拱耦合体系进行解耦,仅通过一次张拉即可实现拱桥施工全过程的最优控制目标。【结论】 该简便计算方法显著简化了施工期索力调整过程,提高了施工效率,同时确保了拱桥线形的精确控制,具有计算精度高、操作性强、适用性广的优势。
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  桥梁工程

  基于三维V-M-H破坏面的重力式锚碇安全性能评估方法

  陈伟, 田明, 钱云华, 杜宇翔, 陈贺, 康景宇

  2025, 42(3): 195-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.020

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  【目的】重力式锚碇悬索桥由于其优越的跨越能力和适用性,被广泛应用于江河峡谷区域的工程建设。重力式锚碇的安全性能评估对工程的设计和施工具有重要意义。【方法】 以锚碇-地基结构为研究对象,建立了典型重力式锚碇-地基系统概化模型,构造了(V-M-H)破坏面方程,并提出了几何意义更为明确的改进形式;进而提出了基于V-M-H破坏面的荷载路径相关(LPD)安全系数计算方法,形成了重力式锚碇-地基系统安全评价体系。以云南某大桥典型重力式锚碇工程为依托,应用建立的重力式锚碇-地基系统安全评价体系,计算了设计工况下锚碇-地基LPD安全系数,并与采用有限差分法的结果进行比较。【结果】 采用重力式锚碇-地基系统安全评价体系计算所得极限缆力荷载为1 826 652 kN,LPD安全系数为6.49;采用有限差分法建立了相应的数值计算模型,计算所得极限缆力荷载为2 022 468 kN,与理论计算结果基本保持一致。【结论】 通过对比仿真试验结果,进一步验证了所提方法的有效性。本研究相关方法和结论可为工程设计和施工提供指导,也可为类似工程的建设提供参考。
隧道工程
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  隧道工程

  考虑岩石剪胀及应变软化特性的隧道围岩力学模型

  周书东, 张彤炜, 刘文学, 张光雄, 刘红岩

  2025, 42(3): 204-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.021

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  【目标】 为描述中、低强度岩石力学行为对隧道围岩应力、位移及塑性区等力学特性的影响,克服目前常用的岩石剪胀或软化模型存在的参数多、适用性差且多适用于硬岩等不足,建立考虑岩石剪胀及应变软化特性的隧道围岩力学模型。【方法】 首先基于前人提出的围岩应力释放法及摩尔库伦屈服准则,建立了同时考虑岩石强度峰后阶段剪胀角非线性衰减和强度软化特性的隧道围岩力学模型,并给出了该模型半数值半解析解的求解方法与流程;而后通过隧道内壁位移、塑性区峰值和残余半径等指标计算结果对该软化模型及其两个特例即理想弹塑性和弹脆性模型的合理性进行了验证;然后,对比分析了目前常用的5种剪胀模型对隧道围岩变形及塑性区的影响;最后,研究了弹脆性模型、理想弹塑性模型和应变软化模型等3种本构模型对隧道围岩应力、位移和塑性区半径等计算结果的影响。【结果】 发现随着剪胀角的增加,洞壁处的围岩位移、塑性区峰值半径及残余半径均呈增长趋势;理想弹塑性模型低估了围岩塑性区范围及变形,易造成安全隐患。而弹脆性模型则会高估围岩塑性区范围及变形,导致支护结构工程量增加,造成不要的浪费。而应变软化模型由于能够很好地反映围岩的软化特性,因而可以精确地预测围岩应力、位移及塑性区范围。【结论】 相较于常用的理想弹塑性模型,所提出的考虑岩石剪胀及应变软化特性的隧道围岩力学模型能更准确地刻画中、低强度隧道围岩的力学特性。
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  隧道工程

  特细砂对盾构惰性同步注浆材料工程性能的影响

  李天宇, 王睿, 王剑宏, 刘凤洲, 牛余朋

  2025, 42(3): 215-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.03.022

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  【目标】 特细砂作为盾构同步注浆材料的细骨料成分,其特性对浆液工程性能有着重要影响,而细度模数和颗粒级配可以作为表征细砂特性的两个重要指标,是盾构同步注浆材料工程性能的重要影响因素。探究特细砂的特性对盾构同步注浆工程性能的影响,对盾构隧道施工有着重要的工程意义。【方法】 通过调整特细砂的细度模数和注浆的水胶比,得到了15组浆液,测试了浆液的密度、流动度、稠度、泌水率、凝结时间和无侧限抗压强度等指标,分析了特细砂粒径和级配对浆液工程性能的影响。【结果】 细度模数在0.781~1.652范围内的细砂,可做为盾构同步注浆材料用砂,所得注浆的工程性能可以满足工程要求;随着特细砂细度模数的增大,浆液流动度的增长逐渐减缓,稠度先增大后略有减小,泌水率增大,凝结时间减小,强度先减小后增大,密度略有增大;细度模数大于1.210时,级配的不均性增加促进浆液性质的变化。【结论】 细度模数增大,特细砂颗粒的比表面积减小,吸附水的能力减弱,浆液的性质发生显著变化;级配的不均性增加使得颗粒间的空隙逐渐被填充,也是浆液性质发生变化的主要因素。使用特细砂做为同步注浆用砂,可通过增加水的用量、添加外加剂或者改变砂的级配等方法,改善浆液的工程性能。