[标题党]中国公路学报

道路工程

边载作用下砂土桩基负摩阻力试验

戴国亮, 黄挺, 龚维明, 缪云

为了研究两侧边载作用下群桩负摩阻力特性,进行了两侧边载作用下砂土中单桩和3×3群桩负摩阻力试验。作为对比,进行了围载作用下单桩和3×3群桩负摩阻力试验。研究了桩顶荷载与地面堆载共同作用下地基土沉降过程中桩基负摩阻力、中性点位置以及土体分层沉降的发展情况,分析了桩顶荷载和沉降关系、桩身轴力分布、桩身下拽力的影响规律。研究结果表明:两侧边载情况与围载情况相比较,桩顶沉降偏小,负摩阻力偏小,中性点位置偏高,群桩中不同位置桩所产生的负摩阻力分布规律与围载基本一致,但两侧边载作用下中间区域的桩与角桩负摩阻力的差值更明显;与围载情况相反的是两侧边载作用下群桩内、外土层沉降比随土表荷载的增加而减少。

三轴压缩条件下裂隙性黄土应力-应变特性及变形破坏机制

卢全中, 陈树峰, 彭建兵, 孟振江, 胡鹏

为了了解裂隙性黄土的应力-应变特性及变形破坏机制,通过三轴压缩试验,总结了不同含水量、不同裂隙角度的裂隙性黄土样在不同围压下的应力-应变曲线类型,分析了其变形破坏机制;采用元件组合模型,模拟了裂隙性黄土的应力-应变关系。结果表明:裂隙性黄土的应力-应变曲线有理想弹脆性极强软化型、弹塑脆性强软化型、折线软化型、曲线软化型、复合软化型、弹理想塑性型、理想弹塑性型和弹塑性硬化型共8种类型,其变形破坏机制表现为挤压-滑动、挤压-滑移(蠕滑)、挤压-横向拉裂、弯曲-滑移(或塑流)、弯曲-纵向拉裂和弯曲-旋转或扭转6种;裂隙性黄土的变形破坏方式受土样的含水量、母土性质、裂隙角度和试验围压的控制和影响,采用胶结杆与弹簧、滑片等元件组成的模型可用来模拟土样发生轴向变形时的突发性和渐进式破坏。

多年冻土地区宽幅公路路基稳定性模拟

田亚护, 房建宏, 沈宇鹏

为研究多年冻土地区宽幅高等级公路路基的稳定性,采用拉格朗日法描述的大变形固结理论及具有相变的传热理论,对G214(共和至玉树)高等级公路中不同宽度和高度路基的温度场和融沉变形进行了数值计算。结果表明:当路面宽度从12 m增加到24 m时, 2～6 m高路基中心位置冻土上限埋深增大3～6倍;随着路面宽度的增加,黑色沥青路面的热聚集效应和路基中心下冻土的融沉变形都显著增大;当路基高度为3 m时,路基竣工50年后12,24 m宽路基的中心和路肩位置沉降变形差值分别约为130,59 mm;当路面宽度为12 m时,路基中心与路肩位置的沉降值之差随路基高度增加而减小,当路面宽度为24 m时则相反,且路基更易产生纵向裂缝。

沥青混凝土再生集料的棱角性分析

唐伯明, 郭鹏, 肖巧林, 战琦琦

为研究不同比例再生集料的棱角性变化规律对沥青混合料高温稳定性能的影响,采用动态颗粒图像分析技术,以球形度、粗糙度为指标评价集料的棱角性,分析集料的变化特性。研究结果表明:集料的棱角性与粒径大小具有一定的相关性;随着粒径的增大,球形度增大,粗糙度下降;对比5种集料的棱角性,花岗岩的棱角性较好,回收集料2的较差;回收集料与新集料形成的再生集料具有良好的棱角性,其掺量对再生集料的球形度和粗糙度影响较小;再生沥青混合料的高温稳定性与再生集料的棱角性线性相关。

桥梁工程

FRP约束钢筋混凝土矩形空心桥墩的滞回模型

董振华, 杜修力, 韩强

为了评价纤维增强复合材料(FRP)约束钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对4 根FRP约束矩形空心桥墩进行了水平单向低周反复荷载作用下的拟静力试验研究,及相应的FRP约束矩形空心截面弯矩-曲率数值分析。根据FRP约束矩形空心桥墩实测滞回曲线的特点和FRP约束矩形空心截面弯矩-曲率的模拟结果,基于现有RC柱的弹塑性滞回模型,提出了四折线水平位移-力骨架曲线模型及相应受力阶段滞回规则下的滞回模型。结果表明:新的滞回模型可正确反映FRP约束矩形空心桥墩的有效刚度衰减、反向加载规则和捏缩效应,其FRP约束矩形空心桥墩的水平位移-力计算滞回曲线与试验结果吻合良好。

HB-FRP加固混凝土结构的粘结滑移模型

张峰, 徐向锋, 李术才

为了提出HB-FRP加固体系的粘结滑移模型,将HB-FRP的抗剪作用分为混凝土楔体摩擦及钢钉销栓作用两部分开展研究。假定钢扣件下方混凝土的损伤形态为楔体滑移,对混凝土楔体进行分区应力状态分析,建立了混凝土楔体的粘结滑移模型。为了便于工程推广应用,提出了简化的混凝土楔体粘结滑移计算模型,研究了混凝土强度对简化模型特征参数的影响,通过大量参数分析,得到了简化模型的特征参数。基于HB-FRP单剪破坏试验,建立了数值有限元模型以验证所提出粘结滑移模型的有效性。研究结果表明:所提出的粘结滑移模型考虑了混凝土强度、钢扣件尺寸等参数,在分析HB-FRP加固混凝土结构破坏过程时具有较高的精度;HB-FRP加固方法的有效粘结长度比普通FRP的大。

TRC加固RC梁在静载下的受弯性能

尹世平, 盛杰, 吕恒林, 贾申

为进一步完善TRC加固受弯梁研究,考虑了加固方式、配筋率及损伤程度等因素对TRC材料加固RC梁的弯曲性能影响,采用四点弯曲加载的方式,对加固梁进行分级加载;分析了上述因素对加固梁的破坏模式、裂缝分布、承载力等方面的影响,并将TRC单面加固与CFRP加固效果进行了比较。结果表明:采用单面加固或U形加固,TRC加固都可以提高RC梁的承载力和改善裂缝形式,但单面加固对承载力的提高优于U形加固,而U形加固对梁总体性能的提高优于单面加固;配网率对低配筋率梁的极限承载力影响幅度高于配筋率较高的梁,TRC对不同损伤程度梁的承载力提高基本一致;TRC与CFRP加固的RC梁相比,TRC的荷载提高能力稍逊于CFRP,但延性和裂缝控制能力优于CFRP。

CFRP索的风致瞬态动力响应数值模拟与试验

陈蓓, 刘荣桂, 谢桂华

为了对CFRP索在强风作用下的瞬态动力响应进行研究,以50 m长CFRP索及其所在风场为耦合模型,采用流固耦合数值方法,分析了多种工况下CFRP索与钢索的风致瞬态响应和风场参数;通过两者响应结果的对比分析获得了CFRP拉索不同于钢索的风致响应特征,并基于现场实桥测试对模拟结果进行了验证。结果表明:在强风作用下,CFRP索与钢索的瞬态响应均较为强烈,跨中节点位移和最大应力均较大;钢索的节点位移时程曲线和应力时程曲线均呈现较显著的非线性,而CFRP索的响应曲线接近线性;斜拉索的倾角对周围流场有重要影响,且同等条件下CFRP索与钢索周围流场不一致,说明风与索之间具有不可忽视的耦合作用。

水平往复荷载作用下部分填充混凝土圆形钢桥墩柱的力学性能

王占飞, 隋伟宁, 李帼昌, 吴权, 葛琳

为了探明部分填充混凝土圆形钢桥墩破坏机理和抗震性能,对部分填充混凝土圆形钢桥墩柱在轴力和水平往复荷载作用下的弹塑性力学性能进行了试验和数值分析。在长细比、径厚比参数相同的条件下,制作了2组共8根桥墩柱试件,考察混凝土填充高度对该类桥墩柱最大承载力、延性等抗震性能的影响。同时,为了进一步讨论试件应力分布及变形破坏情况,对8根试验试件采用非线性有限元软件ABAQUS进行了数值分析。结果表明:与空钢管桥墩柱相比,部分填充混凝土圆形钢桥墩柱具有良好的抗震性能;随着混凝土填充率ξ的增加,该类桥墩柱的最大承载力和延性均有显著提高;对于SC34-66系列4个试件,ξ达到0.28后,持续增加混凝土的填充率,虽然能提高试件的承载力,但延性下降;结构破坏时钢管根部出现了应力集中现象,混凝土等效塑性应变分布范围较大,表明钢管与混凝土 共同有效地抵御了外荷载作用。

外贴CFRP板加固混凝土梁桥界面特性研究的宽缺口梁法

任振华, 曾宪桃, 熊山铭, 刘汉龙, 周丰峻

为了更精确地研究CFRP板-混凝土界面特性,基于混凝土梁受弯时不考虑混凝土抗拉强度的基本假定,将四点弯混凝土梁的纯弯段混凝土保护层部分切除形成宽缺口梁;共浇筑11根钢筋混凝土梁,研究并对比了未加固混凝土梁、加固后的普通混凝土梁和加固后的宽缺口混凝土梁的力学特性及CFRP板-混凝土界面的粘结滑移特性。结果表明:CFRP板对普通混凝土梁的加固效果优于宽缺口混凝土梁;用宽缺口梁来研究CFRP板-混凝土界面的粘结滑移特性具有一定优势,CFRP材料的受力明确,应变和界面滑移测试方便;回归得到的CFRP板-混凝土界面的平均剪应力与界面剥离承载力的表达式精确简洁,具有推广意义。

焊钉连接件拉剪相关关系模型试验

蔺钊飞, 刘玉擎

为了明确组合结构桥梁常用焊钉连接件在拉剪共同作用下的承载性能,进行了10组焊钉抗拉、抗剪和抗拉剪共同作用承载力模型试验,分析比较了焊钉高度对抗拉剪共同作用承载力的影响以及拉剪共同作用极限状态下拉力施力比和剪力施力比的相关关系;并基于70个拉剪共同作用试验数据,提出了焊钉抗拉剪共同作用承载力计算式。研究结果表明:当模型试件为焊钉杆部断裂破坏时,焊钉高度对抗拉剪共同作用承载力基本无影响;拉剪共同作用极限状态下,剪力施力比随拉力施力比的增加而减小,两者呈非线性负相关的关系,当拉力施力比为0.6时,其值最大减少约38%;提出的抗拉剪共同作用承载力计算式的计算结果与试验结果吻合较好,建议当拉力或剪力不大于纯拉或纯剪承载力的10%时,可忽略相互作用的影响。

交通工程

考虑停靠服务的公交到车率分布预测

柳祖鹏, 李克平, 倪颖

为了均衡干线上协调控制和公交优先信号之间的矛盾,对干线上关键断面的公交到车率进行了分析和预测。根据干线的道路条件,界定干线上若干个关键断面;统计仿真检测数据,按较小的时间间隔汇总和统计不同周期内的车辆到达率,绘制关键断面的公交到车率分布图。分析公交车进站停靠的过程,建立进站时间、停留时间的修正公式,运行蒙特卡罗数值仿真方法计算延后时间;在确定延后时间累积频率曲线基础上,通过计算平移后的面积得到间隔的延后转移比例,构建用于预测的转移矩阵;用上游断面的到车率乘以转移矩阵预测得到下游断面的到车率。结果表明:蒙特卡罗数值仿真方法是可行的,公交到车率分布的预测相对误差较小,说明基于转移矩阵的到车率预测方法是有效的。

交通规则约束下的道路交通安全系统稳定性分析

杨京帅, 孙正一, 王江兰, 王文亮, 陈希昌

为了分析驾驶人因素导致道路交通安全系统失衡的原因,对交通规则约束下的驾驶人行为进行了建模与试验分析。采用复杂多个体系统建模、演化博弈分析与试验测试相结合的方法,剖析了驾驶人导致系统失衡及保持稳定性的条件。结果表明:微观层面道路交通安全系统的失衡主要源于驾驶人的有效信息感知不充分或感知判断失误;宏观层面提高交通规则违反者策略(RVS)的风险水平,将使驾驶人逐步趋向于遵守交通规则从而达到系统行为的一致或同步;→+∞x(t)=1作为一个演化稳定策略,意味着提高RVS行为风险的同时,有必要进一步审视交通规则本身的合理性及其是否为驾驶人所熟知与适应;交通情境危险感知、交通规则的认知与遵从水平是驾驶人因素导致道路交通安全系统失衡的主要原因。

基于K最近邻算法的高速公路短时行程时间预测

王翔, 陈小鸿, 杨祥妹

为了在高速公路已有交通信息数据基础上实现行程时间的短时预测,构建并改善了基于K最近邻非参数回归的预测方法。首先利用收费数据中车辆进出高速公路的地点与时刻信息建立了行程时间数据集,并通过数据补充算法解决了当收费站间由于缺少收费数据而无法获取历史行程时间的问题;然后,根据交通事故持续时间以及全天不同时段交通状况特征将历史行程时间数据集分为7类,并采用交叉验证的方法标定了各类历史数据集中的K值。结果表明:各时段行程时间预测值的平均绝对误差百分比都在5%以内;历史数据集分类能有效提高模型预测准确度;与发布前期行程时间和自回归模型预测结果相比,该方法具有更好的预测准确度与反应及时性。

汽车工程

搭载机电控制CVT的电动车快速控制原型

叶明, 李鑫, 程越

为了验证机电控制无级自动变速器(Electric-mechanical Continuously Variable Transmission, EMCVT)的功能与性能,以某电动轿车为平台,建立搭载EMCVT电动车控制系统框架,研究整车控制策略、EMCVT速比控制策略。在此基础上,构建EMCVT电动车软件构架;在MATLAB/Simulink/Stateflow环境下,搭建软件模型,结合Motohawk模块,编写输入、输出模块,通过代码自动生成,将控制软件编译并下载到控制器硬件中,完成控制系统快速原型开发。在控制系统、EMCVT、电机和电池等主要总成的基础上进行系统集成,最终开发出搭载EMCVT的电动车原型。研究结果表明:搭载EMCVT的电动车可实现速比快速、精确、连续调节,优化动力总成工作区域,使系统具有较好的性能。

异面撞击载荷下金属蜂窝填充薄壁结构的动态力学性能

张勇, 蔡检明, 赖雄鸣

为了研究不同胞元拓扑结构蜂窝填充薄壁结构的力学性能差异,建立了4种典型胞元填充结构的数值有限元模型,采用参数分析方法研究了它们在不同胞元壁厚及撞击速度作用下的动态力学行为。研究结果表明:在受到异面撞击载荷作用时,蜂窝与薄壁结构之间存在较强的耦合效应,且交错排布三角形蜂窝与薄壁结构之间的耦合效应最强;在耦合效应与撞击载荷的综合作用下,交错排布三角形蜂窝填充薄壁结构的动态力学性能较其他3种结构更为优异;随着胞元壁厚、撞击速度的增加,蜂窝填充薄壁结构的承载能力、吸能能力和稳定性都有一定程度的提高。