交通运输工程学报

长寿命高性能耐候钢桥研究进展与工程应用

王春生, 张静雯, 段兰, 谭晨欣 — 2020-03-24

王春生, 张静雯, 段兰, 谭晨欣系统归纳与剖析了国内外耐候钢桥的研究新进展及工程应用情况,总结了稳定耐候锈层的形成机制、选材标准、腐蚀与疲劳损伤机理、耐候构造、耐候螺栓研发以及锈层检测与评价技术等方面的关键科技成果,梳理并完善了耐候钢桥的适用范围和腐蚀余量设计指标,提出了耐候钢桥锈层稳定化处理及施工技术要点; 评析了耐候钢桥锈层损伤检测与评价技术、腐蚀损伤养管技术,结合美、日耐候钢桥工程事故经验教训和中国首批长寿命高性能耐候钢桥建设技术创新成果,探讨了该领域的技术创新方向。研究结果表明:耐候锈层由外层的γ-FeOOH、α-FeOOH以及内层的非晶态FeOOH化合物与Fe₃O₄构成,稳定耐候锈层能否形成与保持,主要受氯离子、积水和积尘等因素的影响; 建议编制中国高性能耐候钢桥选材区划图谱,完善稳定耐候锈层构造设计准则; 现代耐候钢桥具有高性能和长寿命的技术特征,带锈层构造细节的面内应力疲劳、面外变形疲劳试验和数值断裂力学模拟,以及耐候高强螺栓长期耐损性能研究的推进,将为建立完善的耐腐蚀、抗疲劳设计准则奠定基础; 人工智能技术的应用将推动长寿命高性能耐候钢桥智能运维技术的重大进步; 应加大研发投入,建立具有中国自主知识产权的长寿命高性能耐候钢桥设计、建造和运维标准规范体系,培养高素质的工程技术人才,推进交通强国建设。交通运输工程学报. 2020 20(1): 1-26.

世界拱桥建设与技术发展综述

陈宝春, 刘君平 — 2020-03-24

陈宝春, 刘君平为了解近20年世界拱桥的发展情况,分析了钢拱桥、混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥等拱桥的建设和技术创新,展望了拱桥今后的发展趋势。分析结果表明:在活载比重较大、动力问题比较突出的高速铁路桥梁中,拱桥刚度大,应用优势突出。在跨径方面,3种大跨径拱桥的平均跨径分别为464、370和425 m,且最大跨径不断增大,以钢管混凝土拱桥最为明显。在材料方面,高强钢在钢拱桥中的应用趋势并不明显; 混凝土拱桥的材料强度随着跨径的增大而不断提高,超高性能混凝土已经得到应用; 钢管混凝土拱桥的拱肋材料强度在不断提高; 超高性能砂浆的提出将有助于提高圬工拱桥的竞争优势。在结构方面,主拱采用新材料和钢腹板(杆)-混凝土组合截面,与其他结构形成组合结构,以及桥面连续化、轻型化和强调强健性,是重要的技术进步。在施工技术方面,钢管混凝土劲性骨架施工法、转体施工法和快速施工法等的发明,推动着拱桥施工技术的进步。在结构创新与技术进步的推动下,由于拱桥在美观、经济、结构等方面的独特优势,今后仍将被大量修建; 超高性能混凝土有望为拱桥发展带来革命性的变化; 在跨径方面,近期可望取得明显突破的是混凝土拱桥; 桥面系与主拱共同受力、连续化、轻型化和强调强健性也是重要发展方向。交通运输工程学报. 2020 20(1): 27-41.

钢-混凝土组合梁桥温度作用与效应综述

刘永健, 刘江 — 2020-03-24

刘永健, 刘江为深化对钢-混凝土组合梁桥温度作用与效应的认识,从施工阶段水化热温度作用与效应计算,运营阶段温度作用模式与取值,以及温度效应计算方法等方面,综述了国内外研究现状,探讨了后续的研究重点和方向。研究结果表明:现浇组合梁桥施工阶段水化热温度作用是桥面板早期开裂的重要原因,准确计算组合梁水化热温度效应的关键在于选取更为准确适用的水化热模型和考虑温度变化对混凝土硬化过程中弹性模量、抗拉强度以及剪力钉连接刚度发展的影响; 运营环境下组合梁桥主要考虑均匀温度、正负温度梯度等3种温度作用模式,由于不同国家气候环境的差异及研究历程的不同,各国规范关于组合梁桥温度作用模式和取值的规定尚不统一,温度梯度作用的取值并非基于统计分析方法得到,在取值时亦未充分利用已有历史气象数据资源; 组合梁桥温度效应的计算多基于有限元数值模拟展开,求解组合梁温度效应的解析计算方法也逐渐准确化,钢-混界面关系已从不考虑界面滑移发展到考虑界面滑移,温度分布模式从简单的钢-混均匀温差发展到钢与混凝土任意温度分布,但还应加强建立任意边界组合梁温度效应求解的理论模型; 组合梁桥温度问题研究的未来发展方向应集中在开展基于效应分类的组合梁温度作用模式研究,从机理上加强对组合梁温度自生效应和次生效应的认识,加强组合梁桥长期温度实测,基于统计分析确定组合梁温度作用代表值; 同时充分利用中国各地区气象部门历史气象数据,开展组合梁温度作用地域差异性取值研究。交通运输工程学报. 2020 20(1): 42-59.

基于声发射技术的钢桥面板疲劳损伤监测与评估

段兰, 王春生, 翟慕赛, 王世超, 司海鹏 — 2020-03-24

段兰, 王春生, 翟慕赛, 王世超, 司海鹏采用多种监测技术融合手段,对正交异性钢桥面板开展了疲劳损伤监测与评估,包括足尺正交异性钢桥面板节段模型疲劳试验与某公路斜拉桥正交异性钢桥面板运营阶段的疲劳损伤监测; 在正交异性钢桥面板疲劳试验中,综合采用了美国物理声学(PAC)声发射(AE)传感器、智能锆钛酸铅压电漆(PZT)传感器和应变片进行了粘贴钢板冷加固前后的疲劳裂纹监测; 对处于运营阶段的斜拉桥钢桥面板疲劳开裂区域,采用了粘贴角钢的冷加固方法进行加固,并对加固前后的桥梁结构开展了AE监测和应变监测以研究疲劳裂纹状态与检验冷加固方法的效果。疲劳试验与监测结果表明:PAC的AE传感器和智能PZT传感器能有效捕捉具有突发峰值与快速衰减特征的疲劳扩展信号,二者的协同应用实现了疲劳裂纹智能感知,PAC的AE传感器组能实时捕捉纵肋上的疲劳裂纹扩展长度和方向; 粘贴钢板冷加固后,应力水平稳定在64.8 MPa,直到继续循环加载至512万次仍无疲劳裂纹扩展,验证了正交异性钢桥面板粘贴钢板疲劳冷加固措施的良好加固效果; 在疲劳试验过程中,PAC的AE传感器和智能PZT传感器监测疲劳裂纹扩展结果一致性良好,与应变片相比可实时捕捉更丰富的疲劳裂纹动态信息。对运营阶段正交异性钢桥面板疲劳监测与评估结果表明:加固前AE监测结果峰值能量是加固后峰值能量的5倍,AE累积信号由加固前的密集分布改变为加固后的稀散分布,表明加固后的钢桥面板疲劳裂纹处于稳定状态; 随着加载车辆行驶通过,冷加固后的疲劳裂纹尖端应力峰值降低40%至50%; 对比加固前后的24 h疲劳应力连续监测结果,疲劳细节附近应变片的应变水平从加固前的78 MPa下降至加固后的48 MPa; AE信号峰值能量、AE累积信号和应力水平的监测结果均证明了冷加固技术对正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的有效性。交通运输工程学报. 2020 20(1): 60-73.

单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应的频域分析

李锦华, 张焕涛, 刘全民 — 2020-03-24

李锦华, 张焕涛, 刘全民为了更加有效地建立列车运营速度与桥梁最大位移响应之间的关系,针对单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应提出了一种频域分析方法; 采用傅里叶变换推导出单个移动荷载匀速通过梁桥时的移动荷载谱和桥梁振动位移响应谱,通过分析移动荷载幅值谱获得了导致桥梁自由振动位移出现极值响应的移动荷载速度,并提出了该移动荷载速度的计算公式; 以一简支梁为例,通过与相关文献结果的对比,验证了本文数值计算程序的正确性,进一步基于该程序,通过数值分析验证了频域分析方法理论推导的正确性和移动荷载速度计算公式的准确性。研究结果表明:在频域内得到的移动荷载幅值谱与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致,因此,移动荷载幅值谱能有效反映桥梁自由振动位移响应; 导致桥梁发生自由振动最大位移响应的移动荷载速度与移动荷载幅值谱最大值对应的速度相等,且移动荷载幅值谱的其他极值点与桥梁自由振动位移响应极值点对应的移动荷载速度一致; 在自由振动阶段,桥梁位移响应极值点对应的单个移动荷载速度仅与桥梁自振频率和跨度有关; 单个移动荷载以共振速度通过桥梁时,桥梁发生的受迫振动与自由振动位移响应均不是最大响应,因此,对于高速铁路桥梁的列车运营速度,除关注列车共振速度外,需更加重视使桥梁产生最大位移响应的速度。交通运输工程学报. 2020 20(1): 74-81.

悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响

谢铠泽, 赵维刚, 蔡小培, 刘浩, 张浩 — 2020-03-24

谢铠泽, 赵维刚, 蔡小培, 刘浩, 张浩依据梁轨相互作用原理,提出了基于悬索桥成桥变形状态重构道床纵向阻力位移-力曲线的方法,并从存在初始位移的5×32 m简支梁桥上无缝线路钢轨受力和变形两方面验证了重构方法的可行性; 结合多单元建模方法与U.L.列式法,建立了考虑悬索桥初始内力和几何非线性的线-梁-索-缆-塔空间计算模型,以某(2×84+1 092+2×84)m大跨悬索桥为例,对比分析了不同工况下悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响。分析结果表明:提出的道床纵向阻力重构方法能够避免桥梁初始变形对梁轨相互作用的影响,使悬索桥上无缝线路计算模型能考虑初始内力的影响; 主缆垂度效应对各工况下梁轨相互作用的影响不足1%,计算中可忽略该因素; 悬索桥初始内力主要影响挠曲、制动及断轨工况,可使挠曲力、制动力及断缝值分别降低22.4%、12.7%和9.3%; 大变形效应不仅可以改变挠曲力分布规律,还可大幅减小断缝值,降幅达22.4%; 建议悬索桥上无缝线路在挠曲、制动及断轨工况下应考虑初始内力与大变形效应的影响,伸缩工况下可将悬索桥简化为同等跨度的跨中纵向约束、梁端自由的连续梁桥进行计算; 建立的计算模型可为悬索桥上无缝线路设计提供精确的仿真结果。交通运输工程学报. 2020 20(1): 82-91.

钢管拱肋分段吊装扣索一次张拉索力改进算法

周倩, 周建庭, 马虎, 黎小刚, 张兰 — 2020-03-24

周倩, 周建庭, 马虎, 黎小刚, 张兰为改善大跨钢管拱肋分段吊装扣索索力常用算法迭代效率低、计算时耗长,且忽略了温变影响等不足,建立了可考虑温变影响和提高计算效率的改进算法; 基于材料力学和几何学相关知识,推导了吊装过程中拱肋位移变化与温变的理论关系,并在计入温变引起索长和拱肋位移改变的情况下,推导出扣索索力变化与温变的理论关系; 基于扣索一次张拉法和ANSYS零阶优化法,开发了考虑温变影响且在迭代子步中对程序自动搜索实施宏观调控的扣索索力计算程序; 运用改进算法对某主跨300 m钢管混凝土拱桥开展了分段吊装施工控制分析。分析结果表明:推导的理论公式和有限元分析结果的变化规律一致,拱肋位移变化的最大相对误差为11%,索力变化的最大相对误差为18%,均能满足工程精度要求; 与原算法相比,采用改进算法的迭代次数由26次缩减到17次,迭代效率提高了35%,计算索力与实测索力的最大偏差由276 kN减小到100 kN; 拱肋松索成拱位移理论值与实测值的最大偏差为7 mm,成拱线形正常; 建立的改进算法可实现扣索一次张拉,提高迭代效率和计算精度,运用改进算法控制大跨钢管拱肋吊装施工可使拱肋松索成拱线形满足设计要求。交通运输工程学报. 2020 20(1): 92-101.

轨道车辆车轮多边形研究进展

朱海燕, 胡华涛, 尹必超, 邬平波, 曾京, 肖乾 — 2020-03-24

朱海燕, 胡华涛, 尹必超, 邬平波, 曾京, 肖乾针对轨道车辆普遍存在的车轮多边形问题,从轨道车辆的稳定性、曲线通过能力、平稳性三方面阐述车轮多边形对轨道车辆动力学性能的影响,从疲劳寿命角度评价车轮多边形对车辆-轨道系统零部件的影响; 基于轮轴和轨道结构特性、轮轨间动力作用、车轮材料及加工工艺方面研究,对车轮多边形形成机理进行了归类; 归纳了车轮多边形产生的影响及其成因,概括了现有车轮多边形检测与控制方法; 提出了车轮多边形研究展望,为后续车轮多边形问题研究提供参考。研究结果表明:车轮多边形会威胁到车辆系统稳定性,降低车辆的曲线通过性能及车辆平稳性,影响了旅客乘坐舒适性,并对车辆-轨道零部件产生共振疲劳损伤; 轮轴共振是引起低速车辆车轮多边形的原因之一,钢轨在外部激励下的响应以及局部模态与车轮多边形的形成也有必然联系,轮轨摩擦振动则普遍适用于解释所有轨道车辆车轮多边形的产生,车轮自身材质特性及制造镟修工艺也是车轮多边形现象发生的潜在因素; 动静态检测是处理车轮多边形现象的方法之一,另外就是通过优化车辆-轨道系统结构、加强车轮生产工艺、对车轮踏面圆度及时修正等措施实现对车轮多边形现象的控制; 目前,镟修仍是车轮多边形最直接处理手段,应当改善镟修工艺。交通运输工程学报. 2020 20(1): 102-119.

时速600 km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

梅元贵, 赵汗冰, 陈大伟, 杨永刚 — 2020-03-24

梅元贵, 赵汗冰, 陈大伟, 杨永刚为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征,采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型,基于重叠网格法和有限体积法,以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象,建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型,通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率,得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性,以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明:初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成,形成初期具有三维特性,在隧道截面同一高度上,靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大; 在隧道截面同一侧,靠近车体一侧高度越低,初始压缩波压力越大,而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关; 当列车驶入隧道一定距离后,在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同,初始压缩波由三维波变成一维平面波; 在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时,位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值; 列车速度越高,初始压缩波压力峰值越大,位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比,压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。交通运输工程学报. 2020 20(1): 120-131.

横风作用下高速列车-桥梁系统气动特性风洞试验

邹思敏, 何旭辉, 王汉封, 唐林波, 彭天微 — 2020-03-24

邹思敏, 何旭辉, 王汉封, 唐林波, 彭天微为研究高速列车在运营过程中的气动特性,分析其气动特性变化机理,设计了2种高速列车-桥梁系统的气动特性风洞试验方案; 开发并建立了适用于在风洞中的高速列车-桥梁系统试验方法与系统; 试验系统分为运动系统与数采系统2个部分; 运动系统基于惯性驱动原理,以高速伺服电机为驱动力,通过高强度旋转传送带将缩尺比为1:8～1:30的移动车辆模型在风洞中以最高速度50 m・s^-1模拟真实运行环境中运行; 在运动系统的搭载下,自主研发了一套数采系统,并在风洞实验室中对有无横风作用下的列车进行了气动特性测试。分析结果表明:试验方法与系统适用于加减速距离短、瞬时加速度大的试验场景,且不受车辆外形与基础设施的限制,可降低设计成本,提高试验的安全与稳定性; 标准误差与平均值之比均不大于10%,表明数采系统测试的车辆气动特性有较好的平稳性和可重复性,能够精准得到列车在不同试验条件下的气动特性; 通过对比有无横风作用下的列车气动特性,得到列车速度对车辆的气动特性影响极其重要; 列车高速移动时,其因速度产生的气动影响远远大于横风,且表面测点平均风压系数最大值可达-10,反映了静态模型的试验方式不能够满足模拟列车高速运行时气动特性状态。交通运输工程学报. 2020 20(1): 132-139.

基于交叉感应回线的磁浮车辆连续测速定位方法

任愈, 陈建政 — 2020-03-24

任愈, 陈建政分析了交叉回线区域空间磁场分布,利用磁通密度纵向分布周期性特征,将车辆位移、速度用感应电压包络信号相位角与角速度来表征; 建立了采用简单交叉回线的车辆测速定位状态空间方程组,将车辆运行位置和速度作为状态变量在测试过程中连续输出; 考虑实际运行工况下的复杂电磁环境,引入了噪声自适应算法,提出了基于新息自适应的磁浮车辆实时连续测速定位计算方法; 在实验室条件下建立了交叉感应回线标定系统,验证了方法的基本原理; 为了验证方法的有效性和准确性,进了数值仿真算例分析,考虑正常噪声和突变噪声工况,并对比了包含和不包含自适应噪声处理过程的计算结果。试验结果表明:不同间隔距离条件下,感应电压包络线都接近于正弦波,1次谐波是包络信号的主要成分,相同阶次的谐波幅值与间隔距离成近似线性关系,与理论分析结果一致; 在正常噪声区段,速度误差不超过0.03 m・s^-1,定位误差约为3 mm,在突变噪声区段,速度误差均值为0.027 m・s^-1,最大值为0.130 m・s^-1,定位误差均值为4.82 mm,最大值为23.39 mm,说明测速定位方法可以满足实际应用需求; 数值仿真中突变噪声区段的低信噪比信号在实际应用中是极端情况,对比正常噪声区段和突变噪声区段的计算结果可知改善输入信号的信噪比可以明显提高测试精度。交通运输工程学报. 2020 20(1): 140-149.

列车气密性静态泄漏理论模型与计算

李田, 戴志远, 张继业, 张卫华 — 2020-03-24

李田, 戴志远, 张继业, 张卫华基于一维等熵流动理论推导了列车气密性静态泄漏状态方程,考虑泄漏孔流量系数,得到了压降泄漏时间和总泄漏时间计算公式; 数值模拟了列车气密性静态泄漏的动态过程,并研究了长细比分别为1:1、1:4、1:8和1:16,车内初始气压分别为6、5、4和3 kPa时,泄漏孔长细比和车内初始气压对列车气密性的影响。分析结果表明:在车内空气压力从3.0 kPa下降到0.8 kPa的过程中,数值仿真和理论公式计算得到的压降时间分别为20.25、20.23 s,与试验结果的相对误差分别为1.41%和1.51%; 当泄漏孔长细比为1:8和1:16时,列车车厢内空气压力下降时程曲线基本一致,泄漏孔气流流量保持不变; 泄漏过程中泄漏孔的气流速度呈现中间大周围小的分布特征,这是由泄漏孔壁面的黏滞作用引起的; 根据出口截面的中心速度和质量流率得到泄漏孔流量系数为0.71,车内初始气压对相同指定压力下降时间的影响不足1%; 若压降范围一致,随着初始气压的增大,压降时间减小,压力从4 kPa下降到1 kPa的时间为24.18 s,从5 kPa下降到2 kPa的时间为19.80 s; 数值仿真得到的压降泄漏时间与理论计算结果的最大相对误差为1.22%,表明理论模型与数值仿真计算方法可以用于计算列车泄漏面积或气密性。交通运输工程学报. 2020 20(1): 150-158.

组合载荷作用下动车牵引电机转子系统弯扭耦合振动特性

周生通, 朱经纬, 周新建, 祁强 — 2020-03-24

周生通, 朱经纬, 周新建, 祁强为了研究组合载荷作用下动车组用牵引电机转子弯扭振动机理和识别典型故障特征,依据动车牵引电机结构特点,将其转子结构离散化为集总质量盘轴系统,得到了电机转子系统的10自由度弯扭力学模型; 考虑定转子静动气隙偏心引起的不平衡磁拉力、转子质量偏心引起的机械不平衡力、转子重力以及电机驱动转矩和负载转矩等径向和扭转载荷作用,利用拉格朗日方程法建立了牵引电机转子系统弯扭耦合运动微分方程; 基于Runge-Kutta法求解和分析了不同组合载荷工况作用下的转子系统弯扭振动特性。分析结果表明:由转子质量偏心造成的系统弯扭自由度耦合关系,使得牵引电机转子系统的弯扭振动特性受到转子径向和扭转载荷的共同影响,且影响规律符合转子质量偏心耦合规律; 在全部径向和扭转载荷作用下,牵引电机转子的径向振动包含零频、转频、二倍转频、弯振固有频率、二倍供电频、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率与转频组合等频率成分,其中转频成分对应的弯振幅值最大,而脉动转矩频率与转频的组合频率的振幅非常小,说明脉动转矩对牵引电机转子径向振动的贡献并不明显; 在全部载荷作用下牵引电机转子的扭转振动包含转频、二倍转频、弯振固有频率与转频组合、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率等频率成分,其中脉动转矩频率成分对应的扭振幅值最大,其次由重力和不平衡磁拉力引起的转频成分对应的扭振幅值也较大,且基本具有同一数量级,表明它们对扭振的贡献均不能忽略。交通运输工程学报. 2020 20(1): 159-170.

服役温度对BFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响

谭伟, 那景新, 慕文龙, 秦国锋, 申浩 — 2020-03-24

谭伟, 那景新, 慕文龙, 秦国锋, 申浩在车辆轻量化设计过程中,为了预测BFRP/铝合金粘接接头在服役温度下的静态失效行为,加工了处于拉应力、剪应力与拉剪组合应力状态的粘接接头,根据车辆服役温度特点,选取-40 ℃、-10 ℃、20 ℃、50 ℃、80 ℃五个温度测点,通过准静态拉伸试验,得到不同应力状态下接头失效强度随温度的变化规律,分析了粘接接头失效形式和失效准则; 基于粘接接头在不同温度下的拉、剪应力,建立了接头的二次应力失效准则方程,对不同温度下的接头强度进行失效预测。分析结果表明:粘接接头的失效强度受温度的影响明显,随温度升高,失效强度减小; 粘接接头中剪应力和拉应力的不同占比也会对接头失效强度造成一定的影响,随着剪应力比例增大,温度升高使接头失效强度下降更明显; 相比于低温-40 ℃,高温80 ℃时的拉伸接头与剪切接头失效强度的下降幅度分别为47.77%与61.49%; 随着温度升高,粘接剂的失效应力和杨氏模量逐渐减小,而失效应变逐渐增大,说明温度很大程度上影响了粘接剂的力学性能; 粘接接头失效形式为内聚和纤维撕裂的混合失效,拉应力作用下接头更容易发生纤维撕裂,并且随温度升高,纤维撕裂面积减小,因此,为了防止纤维撕裂,需要避免粘接接头受拉应力作用; 粘接接头在不同温度下的二次应力失效准则曲线拟合精度均在0.957以上,并绘制了失效准则响应曲面,直观反映了粘接接头失效强度在车辆服役温度下的变化规律。交通运输工程学报. 2020 20(1): 171-180.

自行车骑行者生理、心理与综合负荷感知模型

李聪颖, 邵壮壮, 封少帅, 王晓坤, 贾锦绣, 谭倩 — 2020-03-24

李聪颖, 邵壮壮, 封少帅, 王晓坤, 贾锦绣, 谭倩为探究自行车骑行者在骑行过程中的生理、心理状态与骑行者个体属性、骑行强度及骑行环境之间的影响规律,设计并实施了自行车骑行试验; 选取了相对代谢率、心境状态、自感疲劳程度和任务负荷指数等指标,分析了骑行者生理、心理与综合负荷感知的特性及规律; 以骑行试验数据为基础,应用偏最小二乘回归方法建立了骑行者生理、心理及综合负荷感知模型,并对模型预测能力进行评估。研究结果表明:骑行者个体属性、骑行强度及骑行环境均对骑行者负荷感知有影响,其中骑行者个体属性因素中,身体质量指数和基础代谢率作用较为显著,二者在负荷感知模型中的平均影响因子分别为0.121和0.112; 骑行强度因素中骑行时间对于负荷感知影响最大,其平均影响因子为0.139; 骑行环境因素中交叉口数对骑行负荷感知影响最为显著,其平均影响因子为0.137; 各个变量对心理负荷与综合负荷感知的影响趋势相同,对生理负荷与综合负荷的影响趋势不相同。可见,关注部分因素以及骑行者心理负荷对于提高骑行服务水平具有一定作用,研究结果可应用于改善自行车骑行设施环境。交通运输工程学报. 2020 20(1): 181-191.

面向多级别顾客的差异化服务水平优化

韩珣, 张锦 — 2020-03-24

韩珣, 张锦基于顾客满意度受到当前供给各要素和以往服务体验共同影响的前提,建立了参考效应下考虑距离、服务水平和价格等多因素影响的顾客效用函数; 对比顾客在不同企业获得的效用,引入概率模型刻画顾客选择行为,提出了服务水平与单位服务成本的关联函数,构建利润最大化的服务水平优化模型并求解; 以具体商圈中自提服务水平为例,对比分析了服务水平敏感性系数和竞争企业策略对优化结果的影响。研究结果表明:敏感性系数从0.2变化为1.0时,目标企业提供高服务水平带来需求覆盖率增长7.2%,总利润提高10.4%; 当竞争企业采取0.2的服务水平策略和1.2的价格策略时,目标企业提供高于竞争企业0.39的服务水平吸引顾客,并通过高价提高单位收益; 当竞争企业采取0.8的服务水平策略和1.8的价格策略时,目标企业服务水平从0.59上调至0.63以应对竞争,同时维持低价以保留部分价格敏感的客源; 当竞争企业采取0.2的服务水平策略和1.8的价格策略时,目标企业通过提供高于竞争者0.47的服务水平提高市场覆盖率,通过相近的价格保证利润空间; 当竞争企业采取0.8的服务水平策略和1.2的价格策略时,目标企业提供低服务水平和价格以控制成本,维持市场份额。交通运输工程学报. 2020 20(1): 192-203.

考虑转向有轨电车线路的干线绿波优化

王昊, 李昌泽 — 2020-03-24

王昊, 李昌泽为弥补对包含有轨电车的干线绿波优化能力的不足,提出了一种基于多路径绿波模型的干线绿波优化模型,确保干线转向有轨电车与干线直行社会车辆的通行效率与独立运行; 确定了转向有轨电车线路的信号相位与干线社会车辆信号相位之间的协调关系,构建了干线绿波模型的基本约束条件; 考虑有轨电车停车过程的加、减速特性,以及通过交叉口时清空时间的要求,建立了有轨电车补充约束条件; 设置了相位顺序控制变量,增大解空间,提高了干线绿波优化模型的建模能力; 设置旅行时间变量,保证社会车辆行驶在路段规定的安全速度之内,确保有轨电车上、下行总旅行时间一致,保障调度运行的高效合理; 在满足有轨电车绿波带宽基本要求的条件下,构建了社会车辆绿波带宽最大化的目标函数; 应用干线绿波优化模型对南京麒麟镇有轨电车干线路段沿线4处交叉口进行了交通信号协调优化。研究结果表明:干线绿波优化模型能对各交叉口信号相序进行优化,为有轨电车提供包含转弯相位的绿波; 优化后干线信号周期为142.4 s,各交叉口相位差分别为0、116.8、52.0、5.7 s,单方向社会车辆绿波带宽为26.6 s,上、下行社会车辆绿信比达到37.4%,有轨电车绿波带宽为10 s,满足干线系统交通需求。交通运输工程学报. 2020 20(1): 204-214.

高速公路隧道曲线路段视线诱导设施有效性试验

杜志刚, 倪玉丹, 杨理波, 文竞舟, 余昕宇 — 2020-03-24

杜志刚, 倪玉丹, 杨理波, 文竞舟, 余昕宇分析了高速公路隧道不同半径曲线路段的反光环数目对驾驶人曲率感知能力的影响规律; 针对线形诱导标识和反光环2种典型视线诱导方案,应用驾驶模拟器进行室内仿真试验,通过测量驾驶人的弯道错觉程度和反应时间来衡量驾驶人的曲率感知能力,利用Origin软件分析了试验数据。研究结果表明:改善前,驾驶人对半径的高估程度大于35%,反应时间不小于5.46 s; 采用3个线形诱导标识时,不同半径下弯道错觉程度和反应时间有小幅度降低,在半径为400 m的情况下曲率诱导效果较好,弯道错觉程度为6.12%,说明线形诱导标识可提高驾驶人的曲率感知能力,但提升效果不显著; 采用3个可见反光环时,不同半径下弯道错觉程度均小于5%,且反应时间较改善前降幅大于37%,说明3个反光环能有效提高驾驶人的曲率感知能力,同时将反应时间控制在合理范围; 基于Logistic函数拟合分析发现,不同半径下驾驶人的弯道错觉程度与反光环数目拟合曲线拐点接近3,且拐点处弯道错觉程度最低,同时,不同半径下反应时间与反光环数目成负相关,且当反光环数目大于4个时,反应时间呈现收敛趋势,说明增加可见反光环数目对降低反应时间作用有限,因此,推荐使用3个反光环进行高速公路隧道曲线路段视线诱导。交通运输工程学报. 2020 20(1): 215-225.

基于手机传感器数据的交通出行调查实证评估

杨飞, 郭煜东, JIN J P, 吴海涛 — 2020-03-24

杨飞, 郭煜东, JIN J P, 吴海涛应用手机传感器与调查问卷,同步采集了校园内高校学生2周的真实出行轨迹; 考虑了真实出行环境下的手机传感器数据特征,结合高斯滤波预处理数据,根据轨迹点的时空聚类特性,用时空聚类算法识别了出行端点和出行时间,结合轨迹点速度、加速度特征,利用支持向量机识别了出行方式; 将手机传感器数据与调查问卷、查核线数据对比,分析了手机传感器数据出行特征识别的准确程度,验证了出行特征的提取效果。分析结果表明:手机传感器与问卷调查识别出行链的成功匹配比例为81.66%,说明手机传感器数据可有效记录出行轨迹; 时空聚类算法参数中核心点空间半径为26.92 m,最小样本点为 129,时间约束为129 s时,出行端点识别准确率为93.02%,出行时间识别准确率为90.84%,说明手机传感器识别出行端点和出行时间的效果较好; 当支持向量机设置类型为经典支持向量机,核函数为径向基函数,惩罚系数为0.797,核参数为2.260时,出行方式识别准确率为89.86%,即利用手机传感器能够有效识别出行方式。可见,手机传感器数据识别结果合理,能为手机传感器数据应用于实际出行调查做支撑。交通运输工程学报. 2020 20(1): 226-238.