2025年, 第42卷, 第8期　刊出日期：2025-08-05

  

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智能交通
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  基于动态时空融合的高速公路交织区无人车换道决策

  汪磊, 张恒, 关志伟, 潘勇, 温立志, 魏明江

  2025, 42(8): 1-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.001

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  【目标】针对高速公路交织区人机混合交通流交互场景下的无人车辆换道意图与轨迹预测问题,提出一种基于动态时空融合的Gra-Informer融合架构预测模型。【方法】该模型首先基于车辆交互拓扑的图神经网络提取高维意图特征,建立意图感知的时空表征;其次编码器采用概率稀疏注意力机制结合时序蒸馏技术,实现长序列特征的高效提取与压缩;最终解码器将意图特征作为条件先验,驱动车辆轨迹的预测生成。【结果】采用经 Savitzky-Golay滤波处理的自然驾驶数据对模型进行训练、验证与测试。Gra-Informer 融合模型在换道意图预测中达成91.54%的准确率。在性能对比中,模型展现出突出的时空特征建模能力,3 s短时域预测中,平均位移误差降低12.32%~30.06%,终点误差和误判率均降低4.00%~30.29%;在5 s长时域预测中,平均位移误差降低17.51%~33.33%,终点误差降低17.19%~33.47%,误判率降低17.50%~33.50%,体现出在交互场景下建模时序耦合特征的优势。【结论】Gra-Informer模型通过时空联合建模和意图-轨迹协同优化机制,能有效捕捉无人车与交通车辆间的动态交互特征,通过引入意图先验信息作为轨迹预测的条件约束,不仅保证了预测无人车辆轨迹的物理合理性,还显著提升了长时域轨迹预测的准确性和稳定性。
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  考虑车辆异质性的单车道入口匝道系统交通流仿真

  桂水荣, 蓝天飞, 何锐

  2025, 42(8): 18-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.002

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  【目标】为揭示重载车流对入口匝道系统的影响,构建入口匝道异质交通流模型,探究异质重载车辆对合流区交通流特性的影响。【方法】采用一种改进的双车道元胞自动机模型,基于车辆行驶行为特性优化变道规则,建立入口匝道系统异质交通流模型,研究重载货车工况下主路交通流与匝道交通流对合流区域交通流特性的影响。【结果】随着重载货车比例增加,入口匝道系统合流区域的交通拥堵程度加剧,饱和流量下降。保持匝道进车概率及重载货车比例不变,当主路进车概率低于0.4时,合流区域的交通流量随主路进车概率的增加而上升。主路重载货车比例的增大影响合流区性能,主路进车概率临界值和饱和流量均随主路重载货车比例的增大而减小。保持主路进车概率及重载货车占比不变,当匝道进车概率小于0.3时,合流区速度随匝道进车概率增大而减小,匝道重载货车比例增大对合流区流量影响较小,但对合流区速度影响明显。【结论】考虑入口匝道交通流异质性的交通模型,能有效降低入口匝道区域发生交通拥堵的概率。
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  考虑乘客路径分配的模块化公交运行线路优化设计

  尚晶, 闫学东, 向韵巧, 陈立峰, 何庆

  2025, 42(8): 27-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.003

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  【目标】模块化公交为促进公交可持续发展提供了新思路。本研究旨在引入模块化公交这一公交新形式,运用其模块灵活拆分组合、途中无缝换乘以消除换乘等待时间的优势进行公交运行线路优化。【方法】首先,结合传统公交的主要运营问题,对比分析传统公交站内换乘和模块化公交途中无缝换乘的区别,总结得到模块化公交的运营优势及运行线路设计重点;其次,将模块化公交作为研究对象,以降低运营成本和乘客的广义旅行成本为双目标,构建考虑乘客路径分配的模块化公交运行线路设计模型;然后,在既定运行线路候选集、路径候选集和出行需求的条件下,运用模型获得模块化公交的运行线路设计和与之相匹配的乘客路径分配方案;最后,采用简单交通网络进行算例分析,并通过改变运行线路长度限制、调整模型目标函数各部分权重,对模型进行灵敏度分析。【结果】模型能够高效产生合理的运行线路设计和乘客路径分配方案,计算时间控制在秒级,乘客换乘次数控制在2次以内,且对参数变化具有良好适应性。【结论】研究所得的运行线路设计和乘客路径分配方案有助于降低模块化公交运营成本和乘客的广义旅行成本,具有实际应用价值。
道路工程
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  聚烯烃/SBS改性沥青混合料路用性能及滚动阻力

  肖庆一, 闫鹏浩, 王文斌, 陈俊波, 龚芳媛

  2025, 42(8): 35-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.004

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  【目标】为降低沥青路面胎-路滚动阻力造成的能源损耗,同时满足道路施工的性能要求,基于响应曲面法,将PE/PP弹性改性剂、SBS改性剂和橡胶油掺入基质沥青改性,制备了PPSE(Polyethylene Polypropylene SBS Elastic)改性沥青。【方法】通过高温凝胶渗透色谱仪试验、低温弯曲梁流变试验和动态剪切流变试验,评价PPSE改性沥青技术性能。通过车辙试验、低温小梁弯曲破坏试验、指针式摆式仪试验和动态模量试验,探究PPSE改性沥青混合料路用性能优势。采用压力测试胶片技术对轮胎与车辙板进行接触测试,并结合接触力学理论对滚动阻力评价。【结果】PPSE改性沥青技术性能优秀,能够作为结合料发挥优势;PPSE改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性表现突出,动态模量的性能优势促成了滚动阻力的降低,抗滑性能满足道路验收要求;PPSE改性沥青混合料路面与轮胎接触应力呈显著非均匀性分布,在相同的静态荷载下,PPSE改性沥青在温域时域范围内较高的剪切模量实现了混合料矿料颗粒间的更强黏聚力,形成了更加稳定的混合料骨架力链,使黏附力减少了21.12%,可明显降低滚动阻力(黏滞力)。【结论】PPSE改性沥青具有优良黏弹力学及黏聚特性,使其混合料变形协调均匀性提升,改善轮胎与路面接触应力分布,降低轮胎滚动阻力。
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  多种活化方式下脱硫胶粉改性沥青流变特性及其微观机制

  王菊山, 范永强, 王学娟, 张绍聪

  2025, 42(8): 43-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.005

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  【目标】为研究不同活化方式对脱硫胶粉结构及其改性沥青性能的影响机制,采用微波、化学及双螺杆挤出这3种活化工艺对废胶粉进行预处理,并制备相应的胶粉改性沥青。【方法】通过傅里叶红外光谱、扫描电镜和热重分析对活化胶粉的化学组成与微观结构进行表征,同时结合动态剪切流变与低温弯曲蠕变试验评价改性沥青的高低温性能。【结果】微波与化学活化虽能有效断裂胶粉中的不饱和CC键,但对交联网络结构的破坏有限;双螺杆挤出活化则通过强剪切作用显著破坏多硫交联键,提升胶粉溶解度。流变测试表明,高溶解度胶粉有助于增强沥青的低温抗裂性,但因主链断裂导致高温抗车辙因子下降约30%。此外,双螺杆活化可促进胶粉颗粒细化与表面官能团生成,但过度脱硫会削弱其力学性能。【结论】不同活化工艺通过差异化路径影响胶粉结构与改性沥青性能。微波与化学活化适用于高温性能需求场景,双螺杆挤出活化在提升低温抗裂性上优势显著。研究结果可为胶粉活化工艺的选择及其改性沥青性能的精准调控提供理论依据。
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  磺酸型表面活性剂对碳酸盐渍土的改良机理

  周纯秀, 陈爽, 李祉玥, 樊延超, 孙天书

  2025, 42(8): 53-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.006

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  【目标】为深入剖析磺酸型表面活性剂对碳酸盐渍土的改良作用机理,本研究聚焦于化学特性与微观结构,开展了一系列试验。【方法】开展无侧限抗压强度试验、阳离子交换试验、酸碱度测试、红外光谱官能团测试以及电镜扫描试验,并选取抗压强度、塑性指标、击实指标、pH值、阳离子交换量等作为分析指标。【结果】磺酸型表面活性剂与碳酸盐渍土颗粒结合后成效显著。一方面,它提升了原样土的无侧限抗压强度;另一方面,通过抑制羟基分解,减少了土体中结合的钠离子含量,进而降低了改良土体的pH值。同时,产生了阳离子交换作用,改变了土体颗粒的水化半径和结合水膜厚度,使得界限含水率与最佳含水率有所下降。红外图谱官能团分析表明,表面活性剂掺入后并未引发化学反应生成新物质。电镜扫描结果进一步证实,表面活性剂与土体结合后,大孔隙现象消失。【结论】磺酸型表面活性剂以物理加固的方式改善了碳酸盐渍土的工程特性。其粉末将土体颗粒整体包裹,凭借自身黏结性使土体颗粒紧密联结,形成质地紧密的内部结构,从而在宏观上展现出优异的力学特性。
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  公路边坡滚石灾害的复合致灾因素分析

  武凝雨, 高桂云, 苏海燕, 王澳

  2025, 42(8): 61-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.007

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  【目标】为提升公路边坡滚石灾害的预警能力,保障公路通行安全,研究构建了滚石灾害危险性评估模型。【方法】从危石条件、坡体条件、坡表条件和其他外部条件4个方面,选取了多项分析评价指标,涵盖地质、地貌及环境等关键因素,采用层次分析法结合灾害熵模型处理各指标间的复杂关系,既融合专家主观判断,又引入数据客观性,增强了评估体系的科学性与准确性。在此基础上,参考国家标准及实际数据,制定了滚石灾害的危险性分级标准,将危险性分为4个等级:红色表示极高风险,橙色表示高风险,黄色表示中等风险,蓝色表示低风险。【结果】实际案例分析表明,模型对滚石灾害的评估具有较高的准确性。经验证,红色、橙色等级的评估区域与历史上滚石灾害发生频率较高的区域高度吻合,黄色、蓝色等级区域则对应发生频率较低或基本无灾害的地段,通过该模型评估,公路沿线滚石灾害的危险性得到了系统的定量化分析,为公路防护设计和灾害预警提供了科学依据。【结论】该方法可有效评估滚石灾害危险性,为未来公路边坡滚石灾害的监测和预警体系提供了有力支持,对提升公路沿线安全防护能力具有重要意义。
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  道路工程

  红层泥岩路基填料的变形特性与本构模型参数

  余云燕, 杜乾中, 崔文豪, 罗崇亮

  2025, 42(8): 72-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.008

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  【目标】准确掌握红层泥岩填料变形特性,揭示引发红层地质灾害的诱因。【方法】选取甘肃省某公路试验段的红层泥岩填料为研究对象,开展液塑限试验、击实试验、三轴CU试验和固结试验,探究含水率、围压和压实度对应力-应变曲线、峰值强度和抗剪强度指标的影响,研究邓肯-张模型对应变硬化型曲线的适用性,确定了邓肯-张模型参数和简布提出的初始模量与围压之间的土性参数,根据固结试验得到一维压缩指标,分析其压缩性。【结果】该红层泥岩填料为低液限黏土,随着含水率的增加土体抗剪强度与内摩擦角均呈现明显的劣化现象,邓肯-张模型能够很好地描述红层泥岩填料应变硬化型的应力-应变曲线,选用极限偏差应力作为归一化因子,模型预测结果与试验结果高度吻合,归一化效果极好,同时构建了以极限偏差应力为归一化因子的本构模型。【结论】红层泥岩具有显著的水敏特性,水-力耦合作用下力学性能急剧劣化,不宜直接用作路基填料。研究成果为红层地区地质灾害防治与路基工程优化设计提供了理论依据。
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  道路工程

  双排抗滑桩净推力优化设计方法

  闫玉平

  2025, 42(8): 83-89,214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.009

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  【目标】针对大型滑坡理论中双排抗滑桩设计多依赖经验而较少考虑受力特性的问题,考虑经济性与安全性,提出一种双排抗滑桩净推力的优化设计方法。【方法】基于双排桩抗滑机理,以后、前排桩应承担相同净推力且后、前排桩的推力承担比相加应最小为优化设计原则,对各部分滑体采用相同设计安全系数,结合剩余下滑力曲线可方便求解双排桩后侧推力、前侧抗力及设计净推力。基于此方法,通过折线型与直线型滑面滑坡案例计算,分析了后、前排桩推力承担比与滑面类型、设计安全系数、排间距等影响因素的变化关系。【结果】相比折线型滑面,直线型滑面滑坡的后、前排桩推力承担比更接近;二者均随安全系数非线性增大但增速趋缓;后排桩推力承担比随排间距增大而增大,前排桩变化很小;存在某一特定排间距使后、前排桩推力承担比相同。综合设计净推力、推力承担比与排间距的关系曲线,折线型和直线型滑面滑坡的优化排间距分别建议取25~28 m和20 m。【结论】对双排抗滑桩设计净推力及排间距的优化设计,有效发挥了滑体自稳能力,使双排桩受力更加合理,将有助于双排桩的进一步推广应用。
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  道路工程

  高速公路超高渐变段汇水路径及积水分布特性

  李海, 陈嘉祺, 谭明, 汤铭锋

  2025, 42(8): 90-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.010

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  【目标】高速公路超高渐变段积水是公路交通安全的常见隐患,深入研究其汇水路径及积水分布特性具有重要意义。【方法】基于最大合成坡度原理建立超高渐变段最大汇水路径长度计算方法,基于离散相模型与欧拉壁膜模型进行路面降雨分析,系统研究了各几何参数对超高渐变段汇水路径及积水分布特性的影响。【结果】最大汇水路径整体为抛物线形。根据路径起始点位置的不同,流向呈现为2种,即"中央分隔带—硬路肩边缘—中央分隔带"和"硬路肩边缘—中央分隔带—硬路肩边缘"。最大汇水路径长度与纵坡呈正相关,当路径起始点在中央分隔带时,纵坡较小的情况下最大汇水路径长度增长更快。最大汇水路径长度随超高渐变率的减小逐渐增长,在较大纵坡条件下超高渐变率的影响更为显著。不同路幅宽度的最大汇水路径长度之比与路幅宽度的几何比例一致。沿最大汇水路径的积水分布趋势随纵坡的变化呈现为单峰、双峰及持续增长3种形式。超高渐变率及路幅宽度主要影响沿最大汇水路径的水膜厚度绝对值而对积水分布趋势影响有限。【结论】研究结果量化了不同几何参数组合下超高渐变段的汇水路径与积水分布情况,为超高渐变段的排水设计提供了数据参考。
桥梁工程
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  低气压环境对引气混凝土孔隙结构特征及抗冻性能影响

  李向阳, 李雪峰

  2025, 42(8): 103-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.011

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  【目标】揭示高原低气压环境对引气混凝土孔隙结构特征的影响规律,进一步探明其对混凝土抗压强度与抗冻耐久性指数的劣化效应。【方法】分别在北京和甘南地区配置引气混凝土,对不同气压环境下引气混凝土的含气量、气孔结构参数、抗压强度及抗冻耐久性指数进行测试。【结果】低气压环境明显削弱了引气剂的引气能力及气泡稳定性,当气压由101 kPa降至64 kPa时,新拌混凝土含气量最大降幅约为17%,硬化后混凝土含气量最大降幅增至25%;低气压环境导致引气混凝土中气孔数量仅为常压时的25%~86%;不同直径气孔数量占比下降和上升幅度最大的孔分别为0~100 μm的微孔和500~1 000 μm的大孔;大孔数量占比上升削弱了混凝土的力学性能,当硬化混凝土含气量为3%~5%时,低压环境下混凝土的抗压强度较常压环境下降3%~20%;微孔数量占比下降劣化了气孔结构,导致低压环境下混凝土的抗冻耐久性指数较常压下降约8%~26%;【结论】在低气压环境下进行抗冻混凝土含气量设计时,建议混凝土含气量设计值较常压环境提高约1.50%,以保障混凝土实际抗冻耐久性能达到设计要求。
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  桥梁工程

  干湿循环影响下多裂缝非饱和混凝土氯离子传输分析

  唐皇, 彭建新, 张建仁, 程小康, 周鹏程

  2025, 42(8): 110-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.012

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  【目标】研究干湿循环作用下多裂缝参数对预应力构件锚固端非饱和开裂混凝土中氯离子传输的影响规律,并为临海附近预应力构件耐久性设计提供更精确的理论计算方法。【方法】首先以预应力混凝土梁作为试验梁,采用裂缝预制的方法代替实际裂缝,针对不同裂缝参数(宽度、数量、区域)对氯离子传输的影响开展试验研究;然后采用有限元软件建立考虑多裂缝参数的氯离子传输数值模型,并引入裂缝形态作为氯离子扩散修正系数;最后对比试验结果和模型计算结果,分析了裂缝间距、形态参数对氯离子传输的影响。【结果】裂缝数量对于混凝土中氯离子传输具有加速效应,且出现第一道裂缝时的加速效应最为强烈,但是裂缝达到3条后,裂缝数量将不再对同一侵蚀深度氯离子含量有影响。锚固区正面裂缝区域氯离子含量高于侧面的氯离子含量,且随着深度的增加,正面与侧面混凝土中氯离子含量差值范围在缩小。裂缝间距对于加速混凝土氯离子对流扩散的影响具有一定范围,深度大于20 mm时,同一深度内氯离子含量随裂缝间距的增大而下降,同时下降速率减小。当侵蚀深度大于15 mm时,矩形裂缝中氯离子含量最大,锯齿次之,V形裂缝最小,锯齿形和V形裂缝的不规则形态会减缓氯离子的传输过程。【结论】考虑裂缝宽度、深度、数量、间距和形状的氯离子传输模型是合理的,可以用于干湿交替作用下混凝土多裂缝区域氯离子传输的模拟与分析。
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  桥梁工程

  大跨度变截面波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应的解析方法

  霍立飞, 刘旭政

  2025, 42(8): 122-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.013

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  【目标】由于波形钢腹板箱梁的剪力滞效应较混凝土箱梁更为显著,为掌握变截面波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应的影响规律,研究了变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的解析计算方法。【方法】首先,采用二次抛物线建立了纵向翘曲位移函数,基于能量变分法建立了控制微分方程;然后,结合当量法考虑变截面箱梁的等效截面惯性矩,推导出集中荷载和均布荷载下的截面正应力及剪力滞系数计算公式;最后,以一座跨径为(69+120+69) m的三跨连续变截面波形钢腹板组合梁桥为例,通过解析方法计算典型截面的剪力滞系数,并与有限元数值解进行了对比验证。【结果】剪力滞系数的大小与解肢后的跨长、荷载作用位置、荷载大小、荷载形式以及截面尺寸有关。基于能量变分法,结合当量截面法与解肢法对变截面组合连续箱梁剪力滞效应的控制微分方程进行求解,可以得出任意截面纵向正应力和剪力滞系数解析解。【结论】得出的剪力滞系数解析解与有限元数值解较为吻合,总体上前者略大于后者,且更贴近桥梁结构真实受力状况。
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  复合圆曲线索鞍预偏量改进算法

  邓小康, 朱其国

  2025, 42(8): 131-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.014

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  【目标】悬索桥施工过程中,为避免索鞍两侧产生较大的不平衡力,需对空缆状态下的索鞍进行预偏,索鞍预偏量的计算精度应满足施工安全要求。【方法】首先,基于主缆与主、散索鞍三者之间几何相容关系,结合主、散索鞍处的力学平衡条件推导出一个可同时计算出主、散索鞍预偏量和空缆状态下主缆线形的十元非线性方程组。其次,利用牛顿-拉斐森法求解十元非线性索鞍预偏方程组并提出了方程组求解过程中迭代初值的选取方式。最后,采用改进算法计算某悬索桥主索鞍和复合圆曲线散索鞍的预偏量及空缆线形。【结果】改进算法计算得到某悬索桥主、散索鞍的预偏量分别为1.522 m和1.168 m;空缆状态下主缆在中跨段、边跨段和锚跨段的水平分力分别为664 251.29,664 251.29,561 543.72 kN;主缆在中跨侧的切点斜率为0.148 6,主索鞍在边跨侧的切点斜率为0.526 3,主缆在边跨侧的切点斜率为0.438 3,散索鞍在锚跨侧的切点斜率为0.811 6;主缆在锚固点的斜率为0.805 1。【结论】改进算法可准确、快捷地计算出主索鞍和散索鞍预偏量及预偏后空缆状态下主缆线形。
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  桥梁工程

  侧面内嵌CFRP加固钢筋混凝土梁的抗剪疲劳力学性能

  朱泽文, 毛琳, 林泽方, 欧阳天水, 熊山铭, 彭培宇

  2025, 42(8): 138-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.015

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  【目标】针对钢筋混凝土梁端部在承受车辆反复作用后易出现疲劳损伤问题,对有初始损伤的梁加固后的疲劳抗剪性能进行试验分析,明晰损伤梁端部抗剪加固后的力学性能,为服役梁受剪区域加固可靠性提供技术支撑。【方法】采用侧面表层内嵌CFRP技术加固钢筋混凝土梁,研究该加固技术下梁的抗剪疲劳力学性能。从试验层面对1榀对比梁和2榀加固梁在疲劳荷载作用下材料应变及加载截面挠度等变化趋势进行分析。考虑到实际服役梁加固时已有初始损伤,为更好模拟实际情况,2榀加固梁(1榀仅在剪跨区域加固,另1榀增加纵向预应力CFRP)均是在承受200万次疲劳载荷后再进行抗剪加固,继而再继续承受50万次疲劳荷载。【结果】2榀加固梁相比未加固梁剩余抗剪承载力分别提升5.6%和9.8%;试验梁的刚度损伤快速下降主要发生在疲劳循环加载的前20万次,之后的刚度损伤速率降低趋于平缓;此外,由于纵向预应力CFRP提高了纵筋的销栓抗剪作用,使得预应力CFRP加固梁的疲劳性能优于普通CFRP加固梁。【结论】侧面内嵌及纵向预应力CFRP复合加固技术有助于提高钢筋混凝土梁的抗剪疲劳性能,可为服役初始损伤梁抗剪疲劳加固提供技术支撑。
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  TRC复合CFRP筋加固RC梁正截面承载性能

  宁杰钧, 罗资清, 骆俊晖, 尹世平, 刘子瑞

  2025, 42(8): 148-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.016

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  【目标】为了给RC梁的复合加固设计和施工提供参考,采用TRC面层的预应力CFRP筋嵌入式增强RC梁,探究预应力施加状态和不同加固方式对梁抗弯性能的影响。【方法】对1根普通RC梁和3根加固梁进行四点弯曲加载试验,并对加固后的梁破坏模式、不同阶段荷载、裂缝分布和裂缝宽度及筋材应变进行分析。采用截面分析方法,构建了TRC复合嵌入式CFRP筋加固RC梁的承载力计算公式,预测其极限承载能力。【结果】相较于未加固的普通钢筋混凝土梁,复合加固梁开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有显著提升,且增幅均优于TRC加固梁。对于复合加固梁,施加预应力相较于未施加预应力开裂荷载提高显著,而对屈服荷载和极限荷载无明显影响;复合加固梁的抗弯刚度明显高于未加固梁和TRC加固梁;复合加固梁裂缝具有微细密集的形态特征,且施加预应力与否对复合加固梁的裂缝数量和分布影响较小;通过纤维编织网与CFRP筋协同作用可以有效降低梁下部纵筋应力水平。复合加固梁在加载全程呈现协调变形特征,其截面在受弯过程中仍保持平面,符合平截面假定。其极限承载能力的计算值与实测值偏差小于10%,说明了该模型具有良好的适用性。【结论】复合加固能显著提升RC梁正截面承载性能,提出的承载力计算方法为工程加固设计提供了有效依据。
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  桥梁工程

  考虑初始裂纹扩展的Q690钢桁节点疲劳寿命评估

  谭红梅, 黄蝶, 胡先祺, 李好, 吴秀平, 曾勇

  2025, 42(8): 158-167,188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.017

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  【目标】为了确保钢桥的安全与长期使用,对钢桁节点的疲劳破坏机理、裂纹扩展及剩余寿命进行评估。【方法】基于Abaqus和Franc3D交互的数值分析方法,模拟Q690高强钢板构件疲劳初始裂纹的扩展; 先后建立Midas/Civil全桥分析模型和Abaqus-Franc3D精细化局部模型, 对某一大跨度钢桁拱桥含初始缺陷的危险节点进行疲劳寿命评估, 确定该桥疲劳危险节点及其荷载谱,以及该节点2种初始缺陷的疲劳裂纹扩展规律。【结果】无论是预制初始裂纹还是对接焊接初始缺陷,疲劳裂纹均为张开型裂纹;随着裂纹长度的增加,裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速率也随之增加,当裂纹扩展到一定程度时,扩展速度呈指数增加直至试件破坏;对于预制初始裂纹,从0 mm扩展到2 mm和10 mm分别需要35%和71%的寿命周期;对于对接焊接初始缺陷,则相应需要61%和89%的寿命周期。对接焊接初始缺陷的疲劳裂纹扩展剩余寿命优于预制缺口;2种缺陷的疲劳裂纹一旦达到或超过10 mm,其剩余的使用寿命都将急剧减少。【结论】研究结果对Q690高强钢在实际工程局部构件的应用及其疲劳裂纹寿命预测数值分析等方面具有指导意义。
隧道工程
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  隧道工程

  地形急变带软岩隧道大变形控制技术

  王国丰, 左卿, 仇文革, 凌鹏, 朱麒

  2025, 42(8): 168-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.018

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  【目标】为解决隧道穿越地形急变带软弱围岩地层时出现大变形导致的初期支护破坏问题,引入"抗放结合"的限阻耗能支护理念,以镇赫高速某隧道为工程背景,开展限阻耗能支护结构研究。【方法】通过数值计算建立地形急变带模型,分析隧道穿越地形急变带产生大变形的原因。将钢板型限阻耗能支护结构简化为工字钢型,采用数值计算和模型试验分析工字钢型限阻器的受力-变形特征,确认其峰值、恒阻和可压缩率参数,并设计初期支护方案进行现场应用验证。【结果】山体自重应力向下转移是导致隧道穿越地形急变带出现大变形的主要原因。工字钢型限阻器受压变形有明显的阶段性,在变形过程中能够提供0.91 MPa以上的承载力。现场应用表明,通过工字钢型限阻器变形释放初期支护结构应力后,初期支护钢架和喷射混凝土最大受力为23.1 MPa和20.3 MPa,均小于材料极限强度。【结论】以工字钢型限阻器设计的初期支护,能够通过工字钢型限阻器的变形释放围岩应力,降低初期支护结构所受内力,保障支护结构施作质量和施工安全。
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  隧道工程

  隧道浇注过程二衬台车模版荷载取值

  迟作强, 宋仁杰, 丁炜程, 伍毅敏, 孔强

  2025, 42(8): 178-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.019

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  【目标】现有隧道台车模版荷载取值常参考建筑施工模板荷载计算方法,但隧道二衬浇注与建筑施工浇注存在显著差别。为解决现有台车模版荷载取值误差大,影响隧道衬砌施工质量的问题,对隧道浇注过程二衬台车模版荷载取值进行研究。【方法】提出了一种考虑混凝土随时间硬化特性的侧向模版荷载计算公式和一种基于局部注浆压力分布范围的顶部模版荷载计算方法,并基于临滕高速公路方山隧道建设工程,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,对二衬台车在边墙和拱顶浇注过程中受力情况进行了分析及验证。【结果】边墙浇注过程中,混凝土硬化对侧向模版荷载的影响明显,提出的侧压力衰减系数使得模拟结果贴近实测值。拱顶浇注过程中,局部注浆压力横向和纵向的分布范围显著影响模板受力情况。对于方山隧道,横向上局部注浆压力主要集中在拱顶最后一个浇注工况范围内,纵向上分布在注浆口至台车边缘范围内,且压力自注浆口向外逐渐减小为零。此外,非对称浇注导致的偏压荷载显著增加台车变形,最大变形值达10.97 mm。台车最大应力集中在拱脚千斤、门架连接处和承重立柱的变截面处,最大应力值为585.8 MPa。【结论】提出的模版荷载计算方法使台车设计更符合隧道实际工况要求,从而提高隧道衬砌施工质量与安全性。
环境工程
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  环境工程

  基于价值工程原理的高速公路隧道机电安装碳排放评价

  徐鸿伟, 顾浩宇, 李经宇, 张勇, 于英霞

  2025, 42(8): 189-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.020

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  【目标】研究高速公路隧道机电安装施工过程中的碳排放问题,以推动交通基础设施施工节能减排。【方法】采用碳排放系数法,从材料生产、材料运输和现场施工3个过程计算高速公路隧道机电安装过程中碳排放量。将机电安装功能划分为通风控制功能、照明控制功能、消防控制功能、供配电控制功能和监控与通信控制功能,运用价值工程原理,从绿色施工角度对隧道机电安装各控制功能进行碳排放评价,根据评价结果采取相应的控制措施。【结果】原高速公路隧道机电安装碳排放总量为9 508.63 t CO₂e,材料生产阶段产生的碳排放占整个安装施工过程的84.21%,钢材和电力的碳排放占比较大,分别为29.71%和10.92%,照明控制功能和监控与通信功能价值系数小于1,通风控制功能、消防控制功能和供配电控制功能的价值系数大于1。根据计算结果和现场施工情况,工程采用LED隧道照明灯具、自动化照明控制技术、BIM技术,增设监控与通信设备,更换新型火灾探测器等控制措施后,碳排放减少了1 529.52 t CO₂e,同时各控制功能价值系数接近于1。【结论】在保证正常功能的前提下,能够实现高速公路隧道机电安装工程碳排放量的减排,表明了价值工程原理在高速公路隧道机电安装碳排放评价中具有可行性。
综合运输
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  综合运输

  运量需求不确定下考虑混合时间窗与货损的多式联运路径选择

  胡军红, 汤瑞, 闻成维, 张雯婕

  2025, 42(8): 196-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.021

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  【目标】探究混合时间窗约束与货损率限制对多式联运路径选择的影响,构建综合运输成本、货损成本及时间成本最低的优化模型,以应对运输需求不确定性的挑战。【方法】引入货损率限制等级参数并转化为货损成本,建立以节点固定服务硬时间窗和目的地软时间窗为约束的多式联运路径模型,结合机会约束规划理论清晰化模型,采用基于模拟退火的遗传算法求解,通过含35节点、3种运输方式、137条运输弧的网络验证模型,并对不确定需求参数进行敏感性分析,探究不确定需求参数对运输路径选择及各项成本的影响。【结果】(1)在有混合时间窗约束的情况下,当货损率限制不严格时,多式联运经营人倾向于选择铁路运输,货损率限制严格时则倾向于选择公铁水联运以分担货损率满足要求;在无混合时间窗约束的情况下,货物的运输路径选择与货损率限制无关,此时运输方式变化不显著。(2)随着运输需求量降低10%~30%,铁路在运输方式中的占比由62.5%降低至37.5%,水路在运输方式中的占比逐渐提升,货损成本变动不显著;随着运输需求量增加10%~30%,运输路径不发生变化,运输方式变化不显著,此时货损成本急剧增加30%以上。【结论】混合时间窗与货损率限制显著影响多式联运路径选择,需动态平衡运输方式;需求波动下路径稳定性强,但货损成本对需求增量高度敏感,需优先控制高需求场景的货损风险。
物流工程
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  物流工程

  基于蒙特卡罗模拟法的多级库存系统优化

  王殿超, 唐阳山

  2025, 42(8): 207-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2025.08.022

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  【目标】消除随机因素对多级分支随机库存系统的影响,确保多级分支随机库存系统的协调、连贯性,实现一体化协同库存控制。【方法】采用蒙特卡罗模拟法,利用Visual fox pro 软件,建立数据库进行仿真模拟,对市场终端节点反复生成补货提前期及需求随机数序列,进而计算出上游节点的需求,研究其分布特征,将服务水平与订货点以报表形式导出,一次可以解决不同类服务水平下订货点的制订。【结果】以2级3点分支型库存系统为例,建立考虑补货启动费用、补货费用和持货成本费用的集中决策库存模型和多级协同策略模型,采用蒙特卡罗模拟法、集中决策公共周期法、多级协同策略法3种方法,对相同一类服务水平下的库存控制决策及单位时间运作成本进行比较,得到蒙特卡罗模拟法较多级协同策略法节约单位时间运作成本10%左右的结果。【结论】蒙特卡罗模拟法较集中决策公共周期法适用范围广,只有在各节点存在补货公共周期时,集中决策公共周期法与蒙特卡罗模拟法单位时间运作成本相当。蒙特卡罗模拟法通过增加模拟次数、多次模拟取平均值的办法,实现多级分支随机库存系统一体化协同库存控制。通过建立数据库的形式实现仿真模拟,当需求、补货提前期等随机数据变化时只需修改数据库就可实现多级分支随机库存系统的有效控制。