交通运输工程学报

水泥混凝土路面板湿度翘曲应力计算方法

张翛, 赵鸿铎, 赵队家, 孙立军 — 2016-02-20

张翛, 赵鸿铎, 赵队家, 孙立军为了分析湿度梯度对水泥混凝土路面力学性能的影响,采用弹性力学的基本分析方法推导了非均匀无限水泥混凝土路面板在完全自由、轴向变形约束、弯曲变形约束、弯曲和轴向变形组合约束下的湿度翘曲应力计算公式,利用弯矩等效原理,推导了基于湿度翘曲应力的等效温度梯度公式,基于连续配筋混凝土路面,采用有限元法计算了非线性湿度分布情形下水泥稳定基层、粒料基层、沥青混凝土基层、沥青稳定基层、水泥土基层和自然土基层下的板顶和钢筋的应力与板的裂缝宽度。研究结果表明:湿度翘曲应力的大小取决于相对湿度的分布形式; 板顶应力随基层刚度的增大而增大,当基层刚度从0.08 MPa・mm^-1增大到6.28 MPa・mm^-1时,板顶应力从4.1 MPa增大到6.3 MPa; 基层类型几乎不影响钢筋的应力; 裂缝端部水平位移从板底至板顶逐渐增大,大约从0.0 mm增大到2.9 mm。交通运输工程学报. 2016 16(1): 1-7.

基于随车声强法的公路隧道水泥混凝土路面噪声特性

李波, 张正伟, 康宏伟, 李良英, 王锋 — 2016-02-20

李波, 张正伟, 康宏伟, 李良英, 王锋应用随车声强法测试了高速公路混凝土路面与沥青路面的噪声,采用统计产品与服务解决方案软件(SPSS)分析了噪声样本数据,研究了横向刻槽、纵向刻槽、纵横组合式刻槽及露石混凝土等具有不同抗滑纹理的隧道混凝土路面的A计权声压级和1/3倍频谱噪声特性,并与普通沥青混凝土路面(AC)、沥青玛蹄脂碎石混凝土路面(SMA)和超薄磨耗层的噪声特性进行了对比。研究结果表明:横向刻槽与横向组合式刻槽混凝土路面的噪声范围集中在100～104 dB(A),纵向刻槽混凝土路面的噪声范围集中在 99～102 dB(A),露石混凝土路面、普通沥青路面、SMA路面、超薄磨耗层的噪声范围集中在97～100 dB(A); 各种路面的1/3倍频程峰值频率均出现在1 000 Hz附近,但是露石混凝土路面、普通AC路面、SMA路面、超薄磨耗层峰值频率对应的噪声水平比横向刻槽混凝土路面高出3～5 dB(A)。可见,路表纹理形式是影响隧道混凝土路面噪声的重要因素,合理地选择路面纹理有助于降低隧道混凝土路面的噪声。交通运输工程学报. 2016 16(1): 8-15.

波形钢腹板内衬混凝土部位抗剪性能

张峰, 李术才, 李宏江, 姚晨, 杨晟 — 2016-02-20

张峰, 李术才, 李宏江, 姚晨, 杨晟基于非线性有限元数值模拟方法,建立了考虑内衬混凝土的波形钢腹板精细化数值有限元模型,基于试验模型的挠度与应变验证了有限元模型的有效性,研究了波形钢腹板内衬混凝土部位的抗剪性能。分析了内衬混凝土波形钢腹板的抗剪机理、内衬混凝土与波形钢腹板抗剪能力的比例关系,提出了波形钢腹板内衬混凝土部位的抗剪强度设计公式,并验证了公式的有效性。研究结果表明:数值模拟极限荷载为4 560 kN,试验极限荷载为4 744 kN,误差为3.8%,并且数值模型和试验模型均显示了典型的斜向损伤区域,因此,数值模型是可靠的; 内衬混凝土受压杆与波形钢腹板受拉杆形成“X”桁架,共同提供抗剪承载能力; 波形钢腹板的抗剪效应与荷载基本呈现线性关系,内衬混凝土抗剪效应呈现出加载初期与后期发展较快,加载中期基本保持不变的三折线的趋势; 抗剪计算公式计算结果与模型试验测试结果吻合,计算值和测试值最大比值为1.1,因此,计算公式可靠,可用于波形钢腹板内衬混凝土部位的抗剪性能分析。交通运输工程学报. 2016 16(1): 16-24.

大跨径钢筋混凝土拱桥悬臂浇筑施工控制

胡大琳, 陈定市, 赵小由, 龚建平, 李影 — 2016-02-20

胡大琳, 陈定市, 赵小由, 龚建平, 李影分析了拱桥主拱圈斜拉扣锚悬臂浇筑施工体系的结构特点,总结了拱桥悬臂浇筑施工扣、锚索力的确定方法,分析了零位移法、定长扣索法、影响矩阵法与零弯矩法的优缺点与适用性。基于净跨径为180 m的钢筋混凝土拱桥――马蹄河大桥的设计与施工方案,分析了大跨径钢筋混凝土拱桥主拱斜拉扣锚悬臂浇筑施工的全过程,采用零弯矩法进行索力求解,并在最大悬臂施工阶段采用以拱圈弯曲能量为目标函数的影响矩阵法对索力进行了优化。分析结果表明:在拱桥斜拉扣锚悬臂浇筑施工中采用零弯矩法是最直接有效的控制方法; 整个施工过程中拱圈截面由部分受拉逐渐进入全截面受压,拱圈线形与应力满足设计要求; 拱圈上、下缘拉应力不超过1.5 MPa,压应力不超过7.0 MPa,拱圈位移不超过10 mm; 对最大悬臂施工阶段进行索力优化可以进一步调整拱圈线形,并改善主拱圈受力状态,通过调整可以使拱脚接近“零”应力状态; 悬臂浇筑施工阶段的稳定性与扣、锚索系统的关系密切,合理的扣、锚索系统同时控制拱圈的内力、线形与施工阶段的稳定性; 扣、锚索拆除顺序的不同对合龙后的拱圈应力影响较大,因此,施工时应注意对扣、锚索系统拆除程序进行优化。研究成果成功解决了国内悬臂浇筑施工的最大跨径钢筋混凝土拱桥的施工方案设计与施工控制问题,并可供大跨径拱桥结构设计与施工控制参考,以期推动大跨径钢筋混凝土拱桥悬臂浇筑技术的发展。交通运输工程学报. 2016 16(1): 25-36.

轨道短波不平顺数值模拟新方法

李再帏, 雷晓燕, 高亮 — 2016-02-20

李再帏, 雷晓燕, 高亮针对轨道短波不平顺问题,提出了一种基于离散二进制小波的轨道短波不平顺数值模拟方法,将ISO 3095标准谱作为目标函数,得到了ISO 3095标准谱和小波系数的关系,给出了数值模拟算法流程与步骤,并将数值模拟结果与上海某段地铁实测结果进行了对比分析。分析结果表明:合适的小波分解层数为8层,最低层包含的波长范围为512～1 024 mm; 短波不平顺数值模拟时域波形符合实际轨道短波不平顺的统计特征,呈现非平稳性,幅值分布范围为-0.15～0.15 mm; 数值模拟结果与ISO 3095标准谱之间存在的差异由倍频程采样间隔与三分之一倍频程采样间隔的差异造成。可见,采用二进制小波变换可以有效实现轨道短波不平顺的数值模拟,模拟结果与实测结果在幅值和细部波形方面略有差别,建议对轨道短波不平顺进行大量的测量与统计分析。交通运输工程学报. 2016 16(1): 37-45.

基于图像色相值突变特征的钢轨区域快速识别方法

闵永智, 殷超, 党建武, 程天栋 — 2016-02-20

闵永智, 殷超, 党建武, 程天栋应用彩色图像中不同区域HSL色彩空间中色相值突变特征提取轨检图像中钢轨边界点,对多条不同等分线处钢轨边界点进行直线拟合以确定钢轨边缘,识别目标钢轨区域。分析了机器视觉轨检系统序列图像中轨枕、砟石、扣件与钢轨的分布特征及不同特征区域图像色相值的突变特征,研究了轨检图像不同等分数值下等分线处色相值突变点与钢轨边界点的对应关系,讨论了不同等分值对识别时间与识别失败率的影响。在不同光照条件下对识别方法与传统方法进行了对比分析。分析结果表明:当等分值为8时识别效果最优,识别失败率为5.0%,识别时间为4.65 ms; 在500～1 000、1 000～10 000、10 000～100 000 lx三个特征光照强度区间,识别方法在木枕与混凝土枕轨道中钢轨区域的平均最大识别时间分别为4.57、4.48 ms,比传统方法分别减少了44.4%、47.1%,识别时间标准差分别为0.15、0.12 ms,比传统方法分别降低了91.8%、93.6%,平均最大识别失败率分别为3.5%、3.3%,比传统方法分别降低了66.0%、76.9%,识别失败率标准差均为1.6%,比传统方法分别降低了68.9%、71.1%。可见,本文方法是一种机器视觉轨检系统中目标钢轨区域识别的有效方法。交通运输工程学报. 2016 16(1): 46-54.

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座合理纵连长度计算

蔡小培, 赵磊, 高亮, 钟阳龙, LAU Albert — 2016-02-20

蔡小培, 赵磊, 高亮, 钟阳龙, LAU Albert 根据路基上CRTSⅢ 型板式无砟轨道设计方案,考虑了轨道多层结构间非线性相互作用关系,基于有限元方法建立了不同底座板纵连长度的轨道结构空间耦合模型,计算了轨道结构横向稳定性与整体升降温作用下轨道板、自密实混凝土和底座板的受力与变形,分析了底座板的合理纵连长度。分析结果表明:底座板纵连长度为2块及以上轨道板长度时,可满足结构横向稳定性的要求; 在升温45 ℃荷载作用下,随着底座板长度的增大,轨道板纵向位移线性增大,最大增幅约为58%,但是应力与弯矩变化不明显; 自密实混凝土受力与变形的变化幅度较轨道板稍大,最大拉应力为0.949 MPa; 在降温40 ℃荷载作用下,底座板应力受纵连长度的影响显著,当长度达到5块轨道板长度时,其纵向拉应力达到2.67 MPa,接近混凝土容许拉应力。综合考虑横向稳定性与结构强度因素,底座板合理纵连长度应控制在2～5块轨道板长度范围内。交通运输工程学报. 2016 16(1): 55-62.

高铁膨胀土新型路堑基床动力特性与参数敏感性

杨果林, 邱明明, 杨啸, 房以河 — 2016-02-20

杨果林, 邱明明, 杨啸, 房以河进行了云桂高铁膨胀土新型路堑基床综合试验段现场激振试验,借助有限差分软件FLAC3D,建立了三维轨道-路基-地基动力学模型,分析了新型路堑基床动力响应与防排水结构层参数敏感性。分析结果表明:铺设新型防排水结构层可加速基床内动应力的衰减,降低路基表面动位移; 增加防排水结构层厚度和弹性模量可降低基床动位移,减弱防排水结构层下方基床动应力,但会提高防排水结构层顶面的动应力水平; 防排水结构层铺设位置下移时会增大路基表面动应力,但对路基表面动位移影响不大; 为满足《高速铁路设计规范》(TB 10621―2009)要求,建议防排水结构层铺设厚度不小于15 cm; 路基表面动应力、动位移与地基表面动应力敏感性因素依次是防排水结构层的铺设位置、弹性模量与铺设厚度; 考虑新型防排水结构层参数对基床动响应的影响,确定的最优方案为:铺设厚度为20 cm,弹性模量为1.0 GPa,铺设位置为基床表层底部。交通运输工程学报. 2016 16(1): 63-72.

电动汽车电池温度加权PID控制

秦大同, 黄晶莹, 刘永刚, 胡明辉 — 2016-02-20

秦大同, 黄晶莹, 刘永刚, 胡明辉针对纯电动汽车锂离子电池,建立了二自由度集中参数电池热模型,结合汽车行驶动力学模型,得到了电动汽车实际运行工况下电池的实时热响应模型。通过混合动力脉冲能力特性试验获得了电池热模型的参数,分析不同运行工况下电池的热响应,提出了基于加权比例积分微分法的再生制动控制策略。在满足制动安全性的前提下,通过调节电机制动力分配系数来实现电池充电电流的主动控制,从而控制生热源。在典型循环工况下,对比分析了再生制动控制策略与传统制动控制方案的电池热响应。分析结果表明:再生制动对电池的温升产生一定影响,汽车运行工况中再生制动的比例越大,电池温升越快; 再生制动控制方案能够有效地调节充电电流幅值,在美国激进高速循环工况的长下坡条件下,电池的最高温度比传统制动控制方案降低了2 ℃,电池荷电量提高了10%,因此,再生制动控制策略能在确保能量回收的同时兼顾电池温升的主动控制。交通运输工程学报. 2016 16(1): 73-79.

备用制动系统性能比较

祝露, 王晓东, 吴萌岭, 田春 — 2016-02-20

祝露, 王晓东, 吴萌岭, 田春为了比较3种不同备用制动系统的差异,以制动距离与车钩力为评价指标,采用AMESim与Simulink软件联合搭建列车制动系统仿真模型与性能参数分析模型。在直通电空制动系统故障情况下,分析了不同备用制动系统时的制动特性。以120 km・h^-1满载运行的某列车为例,在某单车车辆直通电空制动系统故障后,对比分析故障、单车热备切换制动、全车热备切换制动与冷备切换制动4种工况下的列车制动距离与车钩力变化趋势,研究了故障车辆位置对制动距离与车钩力的影响。分析结果表明:与无备用制动系统的故障工况相比,实施单车热备切换制动方式后,制动距离最大减小10.14%,最大拉钩力最大减小84.59%,最大压钩力最大减小76.87%; 实施全车热备切换制动方式后,制动距离最大减小6.41%,最大拉钩力最大减小46.24%,最大压钩力最大减小10.24%; 实施冷备切换制动方式后,制动距离最小增大3.13%,最大拉钩力最大减小48.73%,最大压钩力最大减小25.58%; 随着故障车辆的后移,最大压钩力逐渐增大,最大拉钩力逐渐减小,若此时采用单车热备切换制动方式,最大压钩力与最大拉钩力均呈现逐渐增大的趋势。交通运输工程学报. 2016 16(1): 80-87.

非线性铁路车辆系统的时间积分算法

杨超, 肖守讷, 朱涛 — 2016-02-20

杨超, 肖守讷, 朱涛研究了铁路车辆系统中存在的非线性因素,介绍了修正双步长显式法,给出了该算法的数学表达式。基于简化的非线性车辆系统动力学模型,利用铁路车辆系统中的5个典型非线性算例,对比分析了修正双步长显式法、Newmark法、Wilson-θ法、Runge-Kutta法、翟方法和精细积分法,指出了这些算法在非线性铁路车辆系统中的适用范围。研究结果表明:Newmark法和Wilson-θ法不适用于非线性铁路车辆系统; Newmark法、Wilson-θ法和Runge-Kutta法在包含非线性垂向轮轨力的车辆系统中会产生虚假振荡; 仿真时间为2 s,时间步长分别为0.4、0.1、0.01 ms时,修正双步长显式法的耗时分别为0.198、0.829、7.772 s,在6种算法中耗时最短或较短; 当非线性铁路车辆系统的自由度较大时,推荐采用修正双步长显式法和翟方法。交通运输工程学报. 2016 16(1): 88-94.

船舶尾轴机械密封面形状对密封性能的影响

周旭辉, 刘正林, 孟祥坤, 刘娇 — 2016-02-20

周旭辉, 刘正林, 孟祥坤, 刘娇针对船舶轴系轴线弯曲、轴系不对中、尾轴承磨损、螺旋桨水动力等多种因素导致的船舶尾轴机械密封性能不稳定问题,应用经验公式与ANSYS有限元法,研究了球面与平面2种密封面形状对密封性能的影响规律。在水深为200、400、600 m情况下,分别建立了球面与平面密封面的热-结构耦合模型,比较了2种机械密封的密封面接触面积、泄漏量、密封准数与单位面积摩擦功,分析了2种机械密封面形状对变形、接触压力与温度等关键参数的影响规律。研究结果表明:相同水深下,球面密封的间隙区域与最大间隙均小于平面密封,球面密封接触压力变化较平面密封平缓,其最大接触压力仅为平面密封的40%～50%; 随水深的增加,2种密封面的接触压力、温度与变形均增大,密封面的接触区域缩小,间隙区域不断扩大; 当水深由200 m增加到600 m时,球面密封的接触节点由10个减少为6个,平面密封的接触节点由7个减少为4个; 当水深为200 m时,球面密封面的最高温度比平面密封面低5.499 ℃; 球面密封的接触面积、泄漏量、密封准数与单位面积摩擦功均优于平面密封。可见,球形密封能够提高船舶尾轴机械密封性能。交通运输工程学报. 2016 16(1): 95-102.

混合式航空货运网络优化

杨忠振, 于述南, 陈刚 — 2016-02-20

杨忠振, 于述南, 陈刚为了优化具有点-点式与轴-辐式混合特征的航空货运网络,基于航空货运企业的OD流量,构建了双层优化模型。上层模型以货运企业总运输成本最小为目标,优化航空货运网络结构与配置运力,下层模型计算均衡状态下各航段上的货物流量。选取顺丰航空服务的14个城市的相关数据对双层优化模型进行验证,以设置4个枢纽机场为前提,分别对使用4、5、6架全货机的货运情况进行分析。分析结果表明:3种情况下北京、上海、南京、深圳4个机场均被设置为枢纽机场; 当使用4架全货机时,全货机分别被安排在北京-南京、北京-深圳、上海-深圳、南京-深圳的航段上,4个枢纽机场的快件中转率分别为24.3%、24.2%、47.8%、14.9%,南京机场的快件中转率最大,深圳机场最小; 当使用5架全货机时,第5架全货机被安排在北京-上海航段上,其余4架全货机的航段没有变化,4个枢纽机场的快件中转率分别为38.6%、50.9%、44.3%、11.9%,上海机场的快件中转率最大,深圳机场最小; 当使用6架全货机时,各枢纽机场间的航段上都有全货机,4个枢纽机场的快件中转率分别为38.5%、74.0%、79.5%、10.2%,南京机场的最大,深圳机场的最小。可见,南京是典型的中转型枢纽城市,而深圳是典型的腹地型枢纽城市; 货运需求大的城市的机场易被确定为枢纽机场; 枢纽机场与非枢纽机场都可能中转货物; 距离较近的2个机场可能会同时被确定为枢纽机场。交通运输工程学报. 2016 16(1): 103-114.

内外集卡协同服务的码头集卡预约优化模型

曾庆成, 张笑菊, 张倩 — 2016-02-20

曾庆成, 张笑菊, 张倩针对码头集卡集中到达引起的拥堵问题,提出了基于内外集卡协同服务的码头集卡预约优化模型,建立了休假式排队系统,设计了基于遗传算法的求解方法,并利用算例验证了模型与算法的有效性。分析结果表明:内部集卡在堆场的计算平均等待时间为14.31 min,实际平均等待时间为15.11 min,外部集卡在堆场的计算平均等待时间为20.65 min,实际平均等待时间为21.55 min,计算值与实际值相差较小; 预约优化后外部集卡在堆场的平均等待时间由20.65 min缩短为16.85 min,码头集卡的平均等待成本由29.3元降低为24.1元。休假式排队可有效描述码头内部集卡和外部集卡的特征。可见,集卡预约优化模型能有效降低码头集卡的等待成本与等待时间,建议对集卡进行管理时应优先考虑减少内部集卡的等待时间。交通运输工程学报. 2016 16(1): 115-122.

IHSDM高速公路事故预测模型

孟祥海, 侯芹忠, 史永义, 荆林朋, 郑来 — 2016-02-20

孟祥海, 侯芹忠, 史永义, 荆林朋, 郑来应用交互式道路安全设计模型(IHSDM)对11类高速公路进行事故预测,并对比了预测事故数与实际事故数,给出了基本事故预测模型与线形指标修正系数,构建了一组IHSDM事故预测改进模型,分析了线形指标的敏感性与线形指标的变化对预测事故率的影响,并计算了各类高速公路线形指标的安全取值范围。分析结果表明:采用IHSDM预测的高速公路事故数小于实际事故数,最小误差为13%,最大误差为52%; 改进模型事故总数预测值与实际值的相对误差小于10%,具体路段上的皮尔逊相关系数不小于0.60,均方根误差小于0.30,平均相对误差小于30%; 事故率对各线形指标敏感性由高到低依次为直线段长度、纵坡坡度、平曲线偏角、平曲线半径、竖曲线半径。可见,与IHSDM相比,改进模型具有更高的精度和更好的适用性。交通运输工程学报. 2016 16(1): 123-132.

基于数据可视化的区域交通状态特征评价方法

何兆成, 周亚强, 余志 — 2016-02-20

何兆成, 周亚强, 余志引入交通拥堵时空累积指标对区域交通运行状态进行判别与定量分析,建立拥堵源与拥堵评价点之间的函数关系以构建可视化模型,利用梯度方向直方图与主成分分析法对交通运行状态数据进行特征提取,并利用高斯混合聚类方法对特征数据进行聚类,划分区域交通拥堵的空间分布模式。选择了广州23 478辆出租车,得到了509 376个数据样本,并对交通路网拥堵模式进行识别和划分,分析和评价了城市交通拥堵分布特性。试验结果表明:3个样本的拥堵强度平均值分别为0.558、0.559、0.559,交通拥堵聚集度指标分别为3.518、3.121、2.800,3个样本的整体路网拥堵强度相同,但是空间拥堵分布有较大差异; 广州在拥堵等级为6时的3种拥堵模式的主要聚集区域数分别为2、4、3个,符合实际调查结果。可见,本文提出的方法能更科学直观地描述区域交通拥堵程度和分布情况以及空间层面上的城市区域交通运行规律。交通运输工程学报. 2016 16(1): 133-140.

组合交通标志信息量阈值研究

刘小明, 王蔚, 姜明, 魏中华 — 2016-02-20

刘小明, 王蔚, 姜明, 魏中华针对组合交通标志信息量阈值缺乏量化依据的问题,设计了包含指路标志与车道行驶方向标志的组合标志,测定了被试者视认组合标志的正确率及反应时间,得到组合标志的信息量阈值,并通过试验对模拟结果进行了验证。分析结果表明:车道数为3～7时,被试者对组合标志视认的正确率分别为94.17%、93.13%、93.50%、87.50%、86.07%,反应时间分别为2 437.54、2 514.01、2 634.18、3 600.75、3 836.21 ms; 指路标志中一条路名信息的视认反应时间相当于组合标志中5个箭头的视认反应时间,均为0.5 s; 指引图形较简单的组合标志信息量阈值为6条路名信息,指引图形较复杂的组合标志信息量阈值为5条路名信息,指路标志若与车道行驶方向标志组合设置则应相应减少路名信息。交通运输工程学报. 2016 16(1): 141-148.

大型舰船编队相对导航方法比较

周红进, 钟云海, 李伟 — 2016-02-20

周红进, 钟云海, 李伟基于导航卫星伪距双差建立了相对导航模型,设计了基于伪距单差的最小二乘算法、基于伪距双差的最小二乘算法、基于伪距单差的EKF算法与基于伪距双差的EKF算法,并通过试验进行对比分析。研究结果表明:基于伪距双差的相对导航模型可以消除电离层、对流层、多路径误差、卫星钟差与接收机钟差; 与最小二乘算法相比,EKF算法能够显著提高相对导航信息的解算精度; EKF算法下伪距双差的解算精度比伪距单差提高约10%; 在几何精度因子最小的原则下,卫星个数增多,距离解算精度提高; 基线为2 m时,基于伪距双差的EKF算法所得距离解算精度可达到0.10 m以内,方位角解算精度可达到4.0°,因此,EFK算法的精度和频率可满足大型舰船编队保持准动态的相对导航需求。交通运输工程学报. 2016 16(1): 149-158.