交通运输工程学报

沥青混合料动态模量试验标准研究

徐志荣, 常艳婷, 陈忠达, 孙建, 刘芸 — 2015-06-20

徐志荣, 常艳婷, 陈忠达, 孙建, 刘芸以国外研究成果和经验为基础,采用无侧限抗压测试方法测定沥青混合料的动态模量,对静压成型试件的空隙分布不均匀性进行了验证,对试件制作方法进行了改进,得到了静压成型切割试件,并对2种试件的空隙率进行对比分析。根据Vander Poel公式,确定了荷载频率。采用有间隙的加载模式,以试样达到稳态振动为基本原则确定了荷载循环作用次数,并以最后5次的平均应变峰值计算动态模量。确定了荷载级位与应变测量方式,并选取处于稳定期的试验数据作为最终的试验结果。测试了静压成型切割试件的动态模量,计算了动态模量均值、均方差与变异系数。分析结果表明:静压成型切割试件的空隙率平均为4.2%,远小于静压成型试件的空隙率平均值6.5%,而且离散性较小,试件空隙分布均匀,较静压成型试件更接近马歇尔试件的空隙率,且在荷载作用下更容易达到稳定状态; Haversine荷载波形、10 Hz荷载频率、0.9 s荷载作用间隙时间和0.7 MPa荷载级位较接近行车荷载的作用; 采用顶面法测量试件变形; 当荷载作用次数为200次时,认为试件已达到稳态振动,所以荷载循环作用次数取200次; 对于单个试件,选取第3～5次的试验数据计算其动态模量,如第5次与第3次试验动态模量差值大于等于200 MPa,应将试件废弃; 3种沥青混合料动态模量为1 650～2 970 MPa,试验结果离散性较小,均方差为100～230 MPa,变异系数为5%～9%,可见,试验方法可行。交通运输工程学报. 2015 15(3): 1-8.

高速铁路路基下复合地基沉降计算方法

雷胜友, 李肖伦, 李洋, 李梦莎, 惠会清 — 2015-06-20

雷胜友, 李肖伦, 李洋, 李梦莎, 惠会清分别采用Boussinesq组合法、Boussinesq直接法、Boussinesq三角形法和德国DB836法计算地基附加应力, 采用复合模量、承载力比值法所得模量和弦线模量作为地基模量,按12种组合形式来计算地基总沉降量,并与某高速铁路试验段的实测沉降进行比较。计算结果表明:当附加应力分别按Boussinesq组合法、Boussinesq直接法和德国DB836法计算,选用复合地基载荷板试验所得弦线模量时,计算所得的地基总沉降量同实测值非常接近,相对差值在1.57%～9.81%之间,满足高速铁路对地基沉降控制的精度要求。建议采用附加应力-地基模量方法进行高速铁路路基工程的地基沉降计算时,其中附加应力可按Boussinesq组合法、Boussinesq直接法和德国DB836法计算,地基模量选用弦线模量。交通运输工程学报. 2015 15(3): 9-15.

桩筏地基加固对紧邻既有线路基的影响

刘维正, 徐林荣, 左珅, 刘长虹, 陈鹏飞 — 2015-06-20

刘维正, 徐林荣, 左珅, 刘长虹, 陈鹏飞在新建线桩筏地基加固过程中,采用应力铲、水平向土应变计与测斜管对紧邻既有线路基的变形与应力进行原位监测,分析了不同施工阶段紧邻既有线路基变形规律与受力特性。为减小测试误差,建立了路基变形与稳定计算有限元模型,得到了坡脚水平位移换算系数,计算了不同开挖深度的路基最大剪应力与边坡安全系数。基于监测与计算结果,提出了施工期跳槽浇筑、更换桩型与路基坡面喷浆挂网等既有线路基防护措施。为验证防护效果,利用评分法与标准差法分析了轨检车数据。分析结果表明:施工期间紧邻既有线路基累积坡脚水平位移为24.25 mm,平均每天的侧向位移小于0.59 mm,路基坡脚水平位移对施工过程反应敏感,可作为监控既有线路基稳定状况的关键指标; 两线之间9 m深度范围地基土水平应力随不同施工阶段出现挤压回缩变化,压应力小于10 kPa,但不同施工阶段水平应力变化不明显; 浸泡条件下基坑开挖至2.2 m时边坡安全系数由1.08减小为0.54,路基失稳破坏,因此,施工现场必须采取既有线路基坡面防护。施工期间既有线轨检的轨道质量指数(TQI)增幅达129.58%,既有线轨道几何线性波动较大,但TQI小于安全限值,即对路基防护优化后既有线路基变形得到有效控制。交通运输工程学报. 2015 15(3): 16-26.

主应力轴旋转下中主应力系数对软黏土性状的影响

柳艳华, 谢永利 — 2015-06-20

柳艳华, 谢永利采用空心圆柱仪对上海原状软黏土进行了不排水剪切试验,研究了主应力轴旋转条件下中主应力系数对饱和软黏土变形与强度特性的影响。采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结,并在3种不同主应力轴旋转角度下,对试样进行不同中主应力系数的不排水剪切试验。试验前提为剪切过程中平均应力、中主应力系数与主应力轴旋转角度均保持不变,而偏应力逐渐增大,直至试样破坏。试验结果表明:在不同中主应力系数下,天然软黏土的变形与强度特征存在明显的差异,在3种主应力轴旋转角度下,随着中主应力系数的增加,临界应力比均呈降低趋势,相应的峰值剪切强度减小; 在主应力轴旋转角度为0°时,中主应力系数为0.25和0.50的试样均出现了轻微的应变局部化现象,剪应力在达到峰值后呈逐渐降低的趋势; 在主应力轴旋转角度为90°时,中主应力系数为0.50和0.75的试样所对应的状态为内外压不等的非轴对称拉伸状态,二者的峰值剪切强度比较接近,而中主应力系数为1.00的试样对应的为内外压相等的轴对称拉伸状态,其峰值剪切强度相比前二者降低了25%; 在内外压相等的加载条件下,主应力轴旋转角度由0°增加为90°的同时,中主应力系数由0增加为1.00,试样破坏时对应的临界应力比与不排水剪切强度均逐渐降低。交通运输工程学报. 2015 15(3): 27-33,61.

基于灰色突变理论的隧道衬砌裂缝诊断模型

张素磊, 陈淮, 王亚琼 — 2015-06-20

张素磊, 陈淮, 王亚琼为了利用有限的监测数据评判隧道衬砌裂缝稳定性,应用小波变换对衬砌裂缝监测数据进行分析,去除因环境变化与测试误差而产生的高频部分,保留因围岩压力变化而产生的低频部分,实现了裂缝时效变形的分解。应用灰色理论建立了衬砌裂缝时效变形的GM(1,1)灰色预测模型,实现了利用前期监测数据预测衬砌裂缝后期发展。应用尖点突变模型的平衡条件建立了衬砌裂缝稳定性判据。构建了基于灰色突变理论的隧道衬砌裂缝诊断模型,并对2条典型衬砌裂缝进行了分析。分析结果表明:2条裂缝稳定性判据大于0,均未达到失稳条件; 其实测宽度变化量小于0.2 mm,宽度变化速率小于0.002 mm・d^-1,处于稳定状态,因此,该诊断模型可准确预测衬砌裂缝发展趋势。交通运输工程学报. 2015 15(3): 34-40.

软弱黄土隧道支护结构力学特性测试

赖金星, 王开运, 来弘鹏, 邱军领, 谢永利 — 2015-06-20

赖金星, 王开运, 来弘鹏, 邱军领, 谢永利为研究软弱黄土隧道支护结构的受力特性,优化黄土隧道设计理论,以西宁过境高速公路某黄土隧道为依托,选取杂填土段、深埋段和浅埋段进行了大规模的现场测试,从支护受力的空间分布、时间分布、计算方法以及对比验证等方面,对围岩与初支接触压力、初支与二衬接触压力及二衬和仰拱混凝土的应变进行了系统的研究。分析结果表明:拱顶、拱肩处的压力值较大,是黄土隧道最危险的部位,容易发生坍塌; 围岩压力计算值与实测值相差较大,现有方法在计算黄土断面围岩压力时存在较大的误差; 深埋段围岩压力稳定时间最短,浅埋段次之,杂填土段时间最长; 软弱黄土隧道“新奥法”原理指导下,“强初支,弱二衬”设计理念的采用,使二衬荷载承担比例控制在11%～36%范围内,充分发挥了初支对围岩变形的抑制作用,二衬仍作为安全储备。交通运输工程学报. 2015 15(3): 41-51.

万吨级斜拉桥转体施工过程的力学特性

王立峰, 王二强, 孙永存, 何东坡, 葛俊颖 — 2015-06-20

王立峰, 王二强, 孙永存, 何东坡, 葛俊颖为了研究斜拉桥转体施工过程中各构件的力学特性,建立了国内首例单点平铰转体斜拉桥的三维数值仿真模型,并使用实测数据进行校核。运用刚体绕定轴转动理论推导了斜拉桥在转体过程中的角加速度。针对加速转动和匀速转动2个典型施工阶段,研究了桥梁水平转体施工过程中主梁、塔、墩、牛腿、转轴与转盘的受力状态,分析了角速度和角加速度在斜拉桥转体过程中对桥梁受力的影响规律,计算了合理的施工角速度和角加速度。计算结果表明:在匀速转动过程中,各控制截面的应力变化与角速度的平方近似成正比例关系,在现场实测角速度为0.01 rad・min^-1时,控制截面应力最大变化值仅为-2.00 Pa; 在加速转动过程中,主梁横断面应力沿主梁中心线斜对称分布,设计角加速度为6.5×10^-3 rad・s^-2时,塔根实心段的下缘应力变化值为-3.33 MPa,应力变化显著,从牛腿底端开始,桥墩各截面沿高度方向所承受的转矩作用逐渐减小。可见,在匀速转动过程中,角速度对主梁断面应力的影响可忽略; 在加速转动过程中,应对斜拉桥转体的角加速度给予明确限制,保证施工安全,缩短转体时间。交通运输工程学报. 2015 15(3): 52-61.

切削式吸能的惯性效应

刘国伟, 夏茜, 王千叶, 董茹玲 — 2015-06-20

刘国伟, 夏茜, 王千叶, 董茹玲在考虑切削热影响的基础上,采用数值模拟研究了切削式吸能过程的惯性效应,计算了不同初始撞击条件下的稳定切削力、切削位移、最高温度、热耗散能量和热耗散能量比例。计算结果表明:初始撞击能量为20 kJ时,切屑生成时切削力未出现明显的初始峰值,稳定切削力变化范围为63.0～63.8 kN,变化规律相同,变化趋势一致; 撞击质量为200 kg,撞击速度变化范围为3～10 m・s^-1时,稳定切削力变化范围为63.0～64.4 kN; 撞击速度为10 m・s^-1,撞击质量由0.4 t增加至3.2 t时,热耗散能量由4.12 kJ增加到36.64 kJ,热耗散能量随撞击质量的增大而增大,最高温度变化范围为586 ℃～602 ℃,热耗散能量比例变化范围为20.6%～23.2%,稳定切削力的变化范围为63.0～64.1 kN。可见,在切削深度和刀具几何参数不变的条件下,初始撞击能量、撞击质量和撞击速度对切削力影响很小,切削式吸能过程的惯性敏感性弱,切削式吸能结构属于第Ⅰ类,而且,切削热占能量耗散比例大,撞击速度对其影响程度大。交通运输工程学报. 2015 15(3): 62-70.

制动条件下连挂救援动车组车钩垂向偏转行为

魏来, 曾京, 陈凯, 汪群生, 高浩 — 2015-06-20

魏来, 曾京, 陈凯, 汪群生, 高浩为了研究连挂救援动车组在制动条件下产生的冲击,建立了不同编组形式下的动车组动力学模型。考虑实际的车钩运动关系和缓冲器迟滞特性,建立了钩缓装置的动力学模型。制定了连挂救援动车组的运行安全阈值,分析了紧急制动时动车和钩缓系统的动力学响应,研究了直线工况下车钩的动态偏转行为与动车编组形式、制动减速度和车钩自由转角等参数对动车组运行安全性的影响。计算结果表明:A类动车组连挂救援B类动车组,直线上制动时连挂断面的压钩力和车钩点头角分别达到799.4 kN和11.5°,钩尾框托梁垂向力和车端垂向相对位移分别达到136.2 kN和126.2 mm,明显超过允许限值,即80 kN和95 mm,车钩力垂向分量会造成车体点头和轮重减载现象,从而导致局部结构破坏和车间运动干涉。当制动档位降到7级或车钩自由点头角低至4°时,钩尾框前箱托梁垂向力低于限值,而车端垂向相对位移超过限值; 当制动档位降到6级或车钩自由点头角低至2°时,可保证车端垂向相对位移低于允许值。交通运输工程学报. 2015 15(3): 71-77.

基于DTW的车辆轴温监测方法

曹源, 王玉珏, 马连川, 陈磊 — 2015-06-20

曹源, 王玉珏, 马连川, 陈磊为了处理车辆轴温可能出现的跳变、缺失、噪声等异常数据,有效降低误报率,提出了基于动态时间规整算法的车辆轴温状态监测方法,将轴温历史监测数据和历史统计数据进行指数平滑预处理,在训练阶段将数据反复迭代得到不同轴温模式的参考样本,计算了实时轴温和参考样本各数据帧之间的欧氏距离,得到帧匹配距离矩阵,运用动态规划和回溯的思想,求出累积距离矩阵和动态规整路径,将动态规整距离作为2个时间序列相似度的量化指标,找出最小动态规整距离对应的轴温模式,从而得到状态监测结果。仿真结果表明:在MATLAB仿真中,输入1 000个时长为50～300 min的轴温测试样本,其最大响应时间小于0.4 s,共出现29次错误匹配,误报率低于3%。通过对测试样本和参考样本的各数据帧进行指数平滑处理,有效消除车辆轴温出现跳变的干扰,虽然跳变值和跳变点数量不同,但相对动态规整距离无变化,对状态监测结果无影响。可见,车辆轴温状态监测方法能够满足车辆轴温状态监测的实时性和准确度要求,减少了误报率。交通运输工程学报. 2015 15(3): 78-84,100.

飞机防冰腔结构参数的重要性测度

张峰, 姚会举, 南华, 吕程诚 — 2015-06-20

张峰, 姚会举, 南华, 吕程诚分析了常见的3种飞机防冰腔结构,应用Gambit软件建立了双蒙皮防冰腔结构网格模型。采用Spalart-Allmaras湍流模型模拟热气在防冰腔内的流动状况,采用Fluent软件进行传热效率分析,建立了防冰腔结构参数对传热效率的重要性测度模型。通过随机响应面法建立防冰腔结构参数与传热效率的函数关系,采用低分散性抽样法求解防冰腔结构参数的重要性测度,建立了防冰腔结构参数的重要性测度分析流程。分析结果表明:当笛形管中心到外蒙皮的距离从35.15 mm增加到38.85 mm时,传热系数由0.505减小到0.463; 当双蒙皮通道高度从2.85 mm增加到3.15 mm时,传热系数由0.495减小到0.476; 当射流孔孔径从1.90 mm增加到2.10 mm时,传热系数从0.505减小到0.494; 当射流孔角度从14.25° 增加到15.75° 时,传热系数从0.476增加到0.494。防冰腔结构参数的重要性排序依次为射流孔角度、笛形管中心到外蒙皮距离、射流孔孔径、双蒙皮通道高度,在防冰腔结构加工与装配过程中,需要重点考虑射流孔角度与笛形管中心到外蒙皮距离这2个参数。交通运输工程学报. 2015 15(3): 85-91.

基于LS-SVM算法和性能可靠性的航空发动机在翼寿命预测方法

马小骏, 任淑红, 左洪福, 文振华 — 2015-06-20

马小骏, 任淑红, 左洪福, 文振华以航空发动机的实际性能监测数据为基础,建立了时变性能退化模型,并进行了性能趋势预测。根据监测数据中大量与在翼寿命紧密相关的信息,分析了性能退化过程与失效分布函数之间的关系,得到了给定可靠度下的航空发动机在翼寿命。以航空发动机的实际在翼寿命为基础,利用K-S拟合检验方法对在翼寿命分布模型进行检验,采用最小二乘支持向量机确定了模型参数。结合性能退化趋势,计算了修正后的航空发动机在翼寿命,并以6台PW4000航空发动机为案例进行实例验证。分析结果表明:当正则化参数分别为25、37、28、40、27与35时,6台PW4000航空发动机的实际在翼寿命依次为6 921、7 160、7 820、8 490、8 498、6 921循环,对应的在翼寿命预测值依次为6 534、6 726、7 378、7 940、9 103、6 534循环,最大相对误差为0.071 190,最小相对误差为0.055 917,平均相对误差为0.060 824,可见,提出的方法可以很好地满足工程实际需要。交通运输工程学报. 2015 15(3): 92-100.

高速公路直线路段突起路标间隔设置方法

梁国华, 姚广鹏, 李凯伦, 邓涵月, 梁康, 王雨晨 — 2015-06-20

梁国华, 姚广鹏, 李凯伦, 邓涵月, 梁康, 王雨晨基于驾驶人的视觉惰性、视觉警示频率和感觉特性,分析了突起路标的视觉警示作用,确定了突起路标的闪现频率,计算与修正了突起路标的初始间隔。应用ADAMS/Car仿真软件模块,建立了道路、车辆和突起路标模型,将车型设置为大型车和小型车,大型车的车速设置为60、80、100 km・h^-1,小型车的车速设置为80、100、120 km・h^-1,大型车和小型车的方向盘转角均设置为1°、3°、5°。分别对提出的12 m间隔与现行规范推荐的15 m间隔各进行243次仿真,分析振动警示效果。仿真结果表明:在12 m间隔下,平均碾压率为93.1%,小型车和大型车对应的平均警示率分别为41.7%和5.6%; 在15 m间隔下,平均碾压率为93.7%,小型车和大型车对应的平均警示率分别为33.3%和28.9%; 12、15 m间隔对小型车都具有较好的振动警示效果,15 m间隔对大型车的振动警示效果更好。当高速公路夜间交通流较大或需要加大交通设施的夜间安全效果时,可选12 m间隔提供良好的视觉连续性和视觉警示效果; 考虑施工维护的方便性和经济性或者大型车比例较大时,可选择15 m间隔。交通运输工程学报. 2015 15(3): 101-108.

山区圆曲线路段半挂汽车列车行驶安全性分析

姜康, 张梦雅, 陈一锴 — 2015-06-20

姜康, 张梦雅, 陈一锴根据山区圆曲线路段的特点,分析了轮胎的受力和变形情况,建立了半挂汽车列车与山区圆曲线路段的耦合动力学模型。以牵引车和半挂车的轮胎侧偏角和折叠角为指标,运用提出的动力学仿真法分析了不同车速下圆曲线路段半径、超高、滑动附着系数对半挂汽车列车行驶安全性的影响,并与运行速度法和理论极限速度法的计算结果进行对比。仿真结果表明:当圆曲线半径为125 m,路面超高为2%,滑动附着系数分别为0.20、0.35、0.50、0.80时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为20、35、55、72 km・h^-1,运用运行速度法求得的临界安全车速均为50 km・h^-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为18、20、25、30 km・h^-1; 当圆曲线半径为250 m,滑动附着系数为0.35,超高分别为0、2%、4%、6%时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为35、38、25、20 km・h^-1,运用运行速度法求得的临界安全车速均为60 km・h^-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为30、31、32、33 km・h^-1; 当路面超高为6%,滑动附着系数为0.50,圆曲线半径分别为125、250、400、650 m时,运用动力学仿真法求得的临界安全车速分别为58、62、70、72 km・h^-1,运用运行速度法求得的临界安全车速分别为50、60、68、71 km・h^-1,运用理论极限速度法求得的临界安全车速分别为28、37、48、60 km・h^-1。可见,提出的动力学仿真法考虑了车辆悬架动力学特性、天气与路面条件,可以准确描述半挂汽车列车的运行状态。交通运输工程学报. 2015 15(3): 109-117.

车路协同系统的视景仿真模型

上官伟, 郭弘倩, 刘朋慧, 蔡伯根, 王剑 — 2015-06-20

上官伟, 郭弘倩, 刘朋慧, 蔡伯根, 王剑在车路协同系统仿真的基础上,以局部交通网络的实时交通仿真为例,建立了车路协同系统视景仿真模型库,确立了视景仿真系统的框架体系结构。将视景仿真集成为整个仿真系统的一个联邦成员,建立了车车信息交互、车路信息交互的典型视景仿真功能模型。使用LOD模型简化技术对视景仿真功能模型进行分解,生成了5个不同精细程度的LOD模型。采用DOF、LOD、Switch功能化节点,从节点结构上优化了典型应用场景中的交叉口信号灯、车辆运动等相关模型,建立了一套类似模型几何形状的层级节点结构。构建了车路协同系统可视化视景仿真平台,包括HLA/RTI信息交互与控制模块、车路协同数据处理模块、信息交互模块、模型引导控制模块、视角动态切换模块与模型状态参数动态显示模块。采用建模优化相关技术,对典型交通场景进行了视景仿真。仿真结果表明:通过LOD模型简化技术,模型简化率最高可达95.5%,内存占用减少86.3%; 通过视景仿真方法的使用,提高了渲染效率与系统仿真效率,车路协同典型交通场景验证了仿真方法的可行性。交通运输工程学报. 2015 15(3): 118-126.