交通运输工程学报

沥青微观结构组成研究进展

谭忆秋, 李冠男, 单丽岩, 吕慧杰, 孟安鑫 — 2020-12-20

谭忆秋, 李冠男, 单丽岩, 吕慧杰, 孟安鑫为了进一步促进沥青微观组成结构的发展,综述了国内外沥青化学组成、微观结构理论、数值模拟与试验研究方法; 介绍了沥青四组分物理化学性能,蜡与杂原子对沥青微观结构的影响; 综合沥青胶体理论与改进的Yen模型对沥青微观结构进行了研究; 分析了沥青微观组成结构研究中常用的分子动力学与相场法; 总结了凝胶渗透色谱、红外光谱、小角散射技术、显微技术等方法在沥青微观结构的研究进展。研究结果表明:沥青应被视为一个化学连续体,沥青中各类分子的摩尔质量、氢碳比、极性等,按饱和分、芳香分、胶质、沥青质的顺序递变,主碳链大于C40的蜡可以视为沥青质组分,沥青中的氧、氮、硫杂原子以特征官能团的形式存在于沥青质、胶质、芳香分等极性较强的组分中,是沥青分子结构组成的关键参数之一,也与沥青-集料的黏附性能密切相关; 沥青的胶体状态是沥青黏弹行为的微观结构基础,改进的Yen模型可以对沥青胶体理论进一步解释,即沥青质浓度低于纳米聚集体的临界浓度时,沥青表现为溶胶结构,当沥青质浓度逐渐高于纳米聚集体的临界浓度时,沥青中出现团簇与絮凝,沥青微观结构由溶胶结构向凝胶结构转变; 沥青微观结构中广泛采用的模拟方法包含分子动力学与相场法,但2个模拟方法均对沥青的微观结构进行了一定程度简化,以微观结构模拟为基础的沥青多尺度仿真方法仍面临着巨大的挑战; 结合沥青化学成分、沥青胶体理论与流变特征建立完整的力学本构关系将是沥青材料科学的重要发展方向之一。交通运输工程学报. 2020 20(6): 1-17.

船舶航速优化综述

袁裕鹏, 王康豫, 尹奇志, 严新平 — 2020-12-20

袁裕鹏, 王康豫, 尹奇志, 严新平从航速优化模型、油耗预测模型、航速优化模型求解方法与船舶能效管理系统方面,分析了国内外航速优化研究现状,探讨了航速优化存在的问题,并针对这些问题提出了建议。研究结果表明:在航运市场持续萎靡的情况下,经济航行将被更广泛应用,针对航速优化的研究仍然具有重要的意义; 在航速优化模型方面,目前多集中在以碳排放政策、不确定因素的影响、排放控制区政策、船队调度等为单一优化目标建立航速优化模型,优化目标主要为成本最小化和利润最大化,未来应将航速与航线、纵倾、船队部署联合优化,考虑多种不确定因素、多种优化目标建立航速优化模型; 在油耗预测模型方面,预测模型主要分为白盒模型、黑盒模型和灰盒模型,白盒模型具有更好的可解释性,黑盒模型的预测性能更好,灰盒模型弥补了白盒模型和黑盒模型的缺点,将成为未来的研究重点,未来应基于精确的船舶数据和先进的人工智能算法进行数据学习,提升油耗预测模型预测准确性; 在优化算法方面,由于航速优化模型的复杂性,大多采用启发式算法进行优化求解,这种算法可以减少优化求解时间和提高求解质量,未来需要探索更加精确高效的求解算法; 在优化策略方面,采用大数据分析可以识别天气对航行的影响,动态优化策略可以补偿环境因素引起的扰动,能够进一步提升船舶能效水平; 在船舶能效管理系统方面,船舶能效管理系统主要包括航行数据采集、数据传输、数据储存、数据分析与智能决策等功能,由于其成本高昂,目前尚未在船舶上大规模运用。交通运输工程学报. 2020 20(6): 18-34.

HB-FRP加固混凝土梁研究综述

张峰, 高小华, 高磊, 吴宇飞, 朱世超 — 2020-12-20

张峰, 高小华, 高磊, 吴宇飞, 朱世超为总结混合粘贴纤维复合材料(HB-FRP)加固方法的研究成果,推动其在混凝土梁维修加固领域的更广泛应用,调研了HB-FRP加固法的研究现状,揭示了外贴HB-FRP在外荷载和环境侵蚀下容易发生剥离的问题; 阐述了HB-FRP抑制FRP加固后剥离的工作机理,分析了HB-FRP加固体系的构造特征及其对界面黏结力的影响; 总结了已有黏结-滑移模型和剥离荷载模型,研究了加固梁的抗弯和抗剪性能; 分析了当前工作的不足,并展望了下一步的研究方向和思路。分析结果表明:外荷载和环境侵蚀均可能引起FRP剥离,HB-FRP加固同时发挥了化学黏结、摩擦和销栓作用,有效地抑制了FRP剥离; 目前几种HB-FRP黏结-滑移关系的主要区别为达到界面黏结强度时FRP是否会发生稳定的滑移; 黏结界面极限剥离荷载取决于其黏结-滑移关系; HB-FRP加固可用于正截面抗弯和斜截面抗剪,加固梁承载力和加固效率可得到大幅提高; 增加FRP配置率和钢扣件数量能有效提高加固梁的抗弯能力,钢扣件间距对加固梁承载力的影响和加固设计准则还不明确,裂缝和外荷载对加固梁的剥离荷载、材料利用率和破坏模式影响显著; 加固梁抗剪强度的增加主要来自FRP和混凝土提供的剪力,而箍筋的影响较弱; 增加FRP加固量和减小条带间距能显著提高加固梁的抗剪承载力; 后续应继续研究HB-FRP加固设计理论,提出考虑材料与构造特征的黏结特性计算模型和基于界面剪力的HB-FRP钢扣件间距设计方法,进而建立HB-FRP加固混凝土梁的优化抗弯、抗剪设计方法和设计公式。交通运输工程学报. 2020 20(6): 35-47.

基于视觉需求的城市水下特长隧道光环境评价与优化综述

杜志刚, 梅家林, 倪玉丹, 陈逸飞, 汤振农 — 2020-12-20

杜志刚, 梅家林, 倪玉丹, 陈逸飞, 汤振农为提高城市水下特长隧道的行车安全和运输效率,总结了城市水下特长隧道光环境典型问题与改善措施,分别从舒适性、经济性、设置依据、安装形式等方面对洞口遮光设施、出入口加强照明、景观装饰、视线诱导系统4种隧道光环境改善措施进行了比较分析; 依据马斯洛需求层次理论对驾驶人视觉需求进行分层,提出了包含事故分析、评价体系、优化思路、优化方法的城市水下特长隧道光环境评价体系与优化研究框架。分析结果表明:城市水下特长隧道光环境主要有出入口的明暗适应、道路线形变化引起的视距不足、中部的视觉参照信息不足、隧道整体空间路权不清晰的问题; 设置视线诱导系统是一项低成本、有效的光环境优化方法,能满足驾驶人在不同隧道路段上的视觉差异化需求; 驾驶人视觉需求由低到高可以分为功能性、安全性、舒适性、美观性,并依次对应相应的基本型、安全型、舒适型、韵律型视觉参照系,可构建以空间路权、人因与驾驶任务、差异化、韵律性为指标的评价体系来评价城市水下特长隧道光环境; 城市水下特长隧道光环境优化应将视线诱导和加强照明相结合,主要通过视线诱导系统来重构视觉参照系,隧道接近段、入口段、中间段普通区、出口段应以舒适型视觉参照系为优化目标,中间段提醒区及唤醒区则应构建韵律型视觉参照系。交通运输工程学报. 2020 20(6): 48-61.

基于沥青路面结构力学行为的车辙深度控制标准

陈磊磊, 陈道燮, 陈超录, 刘刚 — 2020-12-20

陈磊磊, 陈道燮, 陈超录, 刘刚为了进一步规范沥青路面车辙深度的控制标准,研究了车辙深度对路面结构的影响; 考虑车辙断面特征,建立了车辆跨越车辙时的动荷载计算模型,并以冲击系数量化了车辆对路面结构的冲击效应; 通过数值仿真研究了车辆荷载作用下路面结构的内部损伤,探索了不同车辙深度下路面使用性能的衰减规律。研究结果表明:车辙深度对路面结构的冲击效应不可忽视,冲击系数随着车辙加深线性增加,基于冲击效应的车辙深度应不大于11 mm; 沥青混合料层的最大拉应变位于上面层层底,与车辙深度正相关,中面层和下面层的拉应变与车辙深度负相关,但应变水平显著低于上面层,基于面层弯拉破坏的车辙深度应不大于15 mm; 最大剪应力出现在上面层层底,随着车辙深度的增加缓慢增大; 车辙深度处于5～10 mm,各面层的剪应力整体变化较小,当其从10 mm增加到25 mm时,上面层0～1 cm深度处的剪应力增加了14.5%,增速明显超过中面层和下面层剪应力的减小速度,基于面层剪切破坏的车辙深度应不大于10 mm; 车辙深度对无机结合料稳定层拉应力的影响不大; 车辙深度超过15 mm后应关注路基顶面压应变的变化,防止路基出现大的变形。交通运输工程学报. 2020 20(6): 62-70.

含盐施工用水对路基填料工程特性的累加效应

张莎莎, 王旭超, 杨晓华, 陈伟志, 周强 — 2020-12-20

张莎莎, 王旭超, 杨晓华, 陈伟志, 周强针对不同含盐量的砾类硫酸盐渍土,开展了在加入不同次数、不同含盐类型的施工用水工况下的大型压缩试验、盐胀试验、溶陷试验; 试验以现场调查数据为依据,基于现场原位土配制了加入不同含盐施工用水类型、不同加入次数的试验土样,观测不同土样分别在400 kPa荷载条件下、单次降温条件下以及加水溶陷条件下的变形量随时间的变化特点; 分析了多次添加含盐施工用水对砾类硫酸盐渍土工程性质的影响机理。研究结果表明:随着含盐施工用水加入次数的增加,砾类硫酸盐渍土的压缩变形呈现先增大后逐渐稳定的趋势,其压缩模量表现出典型的3阶段变化规律,且这种规律与含盐施工用水的含盐类型无关; 在降温影响下,含硫酸盐施工用水的逐渐加入使砾类硫酸盐渍土的盐胀量呈现先显著增加后趋于稳定的趋势,盐胀量最大增加了7.9倍,含氯盐施工用水的逐步加入使土样的盐胀量先明显降低后趋于稳定,最终盐胀量仅为原盐渍土盐胀量的1/13,且含盐施工用水的加入对砾类硫酸盐渍土的盐胀特性有明显累加效应; 随着含盐施工用水加入次数的增加,土样的溶陷变形呈不断累加趋势。可见,盐渍土地区含盐施工用水中的易溶盐即使含量较少,但多次使用产生的累加效应明显,亦会对路基工程特性产生较大影响,在施工过程中需采取预防措施。交通运输工程学报. 2020 20(6): 71-81.

劲性骨架拱桥主拱圈混凝土四工作面浇筑法

林春姣, 郑皆连 — 2020-12-20

林春姣, 郑皆连为研究受力合理、施工方便、经济性好的劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑工作面设置方法,以南盘江特大桥为对象,分析了从两拱脚对称浇筑第1环混凝土在劲性拱骨架上产生的瞬时应力变化过程,做出了劲性骨架主要控制截面的应力过程线,提出了在全拱纵向对称设置4个工作面的主拱圈混凝土浇筑方法,并将工作面分别设置在拱脚截面和控制性应力过程线峰值处,使半跨内2个工作面上混凝土在劲性骨架中产生的应力增量异号,以抵消部分应力; 通过分段拟合绝对控制应力过程线上升段和下降段的连续函数,合理调整了混凝土的浇筑长度和顺序,降低了劲性骨架的瞬时应力和变形; 讨论了四工作面浇筑法的施工操作性和经济性,并采用该方法分析了南盘江特大桥主拱圈第1环混凝土浇筑过程中劲性骨架的应力和变形。研究结果表明:拱脚管内混凝土应力过程线为控制性应力过程线且为单波曲线; 提出的先跨内、后拱脚,并按拟合函数计算的长度进行南盘江特大桥混凝土浇筑的四工作面法是合理的,该桥劲性骨架最大瞬时拉、压应力分别降至0.4和23.5 MPa,被较好地控制在材料强度范围内,拱顶无上挠,最大瞬时下挠和环末下挠分别为192、82 mm,拱轴线不发生反复变形; 四工作面浇筑法所需设备和人员较少,具有良好的操作性和经济性,适合于劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑,可为同类桥梁采用。交通运输工程学报. 2020 20(6): 82-89.

地震动入射角对空心薄壁高墩桥梁地震易损性的影响

单德山, 韩璐璐, 瞿发宪, 董俊 — 2020-12-20

单德山, 韩璐璐, 瞿发宪, 董俊为了充分评估空心薄壁高墩大跨桥梁结构的抗震性能,以中国西部某四跨高墩刚构-连续组合体系桥梁作为研究对象,基于三维地震易损性分析方法,计入竖向地震动的影响,结合现行桥梁抗震设计规范,采用增量动力分析方法讨论了水平地震动入射角对桥梁构件地震易损性的影响; 依据一阶可靠度理论分析了地震动入射角对桥梁结构系统易损性的影响规律。研究结果表明:2^#、3^#刚构桥墩的弯曲和剪切易损性云图与1^#、4^#悬臂墩的弯曲和剪切易损性云图差异明显,桥墩弯曲和剪切的地震易损性不仅与地震动入射角有关,还与桥墩结构形式有关; 支座在轻微损伤、中度损伤、重度损伤及完全损伤状态下的损伤概率分布相似,地面峰值加速度为0.4g时,最大损伤概率的地震动入射角为0°和180°,当地面峰值加速度大于0.6g时,轻微损伤和中度损伤的最不利入射角为0～180°,支座变形的最不利地震动输入方向主要为纵桥向和横桥向。由此可见,各关键构件的不同损伤指标下的损伤概率随地震强度、方向变化的规律各不相同; 不同损伤指标下系统及各构件的最不利地震动入射角及其区间数量和范围也各不相同; 仅讨论纵桥向或横桥向构件地震易损性不能合理评估桥梁结构的实际抗震需求,采用三维地震易损性分析方法能准确定位最不利地震动入射角,实现高墩大跨桥梁结构抗震性能的准确评估。交通运输工程学报. 2020 20(6): 90-103.

基于热点应力法的矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳评估

姜磊, 刘永健, 龙辛, 王文帅, 马印平 — 2020-12-20

姜磊, 刘永健, 龙辛, 王文帅, 马印平为准确评估矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳性能,引入热点应力法,可通过平面杆系模型、空间杆系模型和三维实体模型计算节点焊趾处的热点应力幅,并通过对52个节点疲劳试验数据回归分析,拟合得到热点应力幅-循环次数曲线; 选取陕西黄延高速一座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为典型案例进行节点疲劳评估,并对原有节点设计方案的构造进行优化。研究结果表明:相比于墩顶矩形钢管混凝土节点,跨中矩形钢管节点热点应力幅更大,为60.1 MPa,发生在主管表面,但是小于欧洲规范Eurcode中的容许疲劳强度71 MPa,满足疲劳设计要求; 对跨中疲劳易损节点进行设计构造优化,原设计矩形钢管节点变为矩形钢管混凝土节点后,管内混凝土改变了节点局部刚度,使相贯线焊趾处应力分布均匀,支、主管表面热点应力幅平均降低25.1%,对原设计节点进行焊缝后处理,可有效消除焊接初始拉应力,改善节点疲劳性能,支、主管表面热点应力幅平均降低14.9%; 采用空间杆系模型对优化后的跨中矩形钢管混凝土节点进行疲劳评估,支、主管表面最大热点应力幅分别为58.9、54.1 MPa,大于三维实体模型计算得到的支管和主管表面最大热点应力幅45.2、47.1 MPa,空间杆系模型计算结果偏保守,且无法像三维实体模型一样准确计算不同热点位置的疲劳效应,也无法准确判断疲劳开裂起始位置。交通运输工程学报. 2020 20(6): 104-116.

超高性能混凝土深梁受剪性能

周家亮, 陈宝春, 马熙伦, 罗璐璐, 黄卿维, 苏家战 — 2020-12-20

周家亮, 陈宝春, 马熙伦, 罗璐璐, 黄卿维, 苏家战为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用,进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验,并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验; 分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载; 为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁,应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明:混凝土强度越大,在相同荷载下深梁的刚度越大,在深梁开裂前的弹性阶段,UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大; 与C40和C80混凝土深梁一样,UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝,当荷载分别为13%～22%和18%～34%极限荷载时,两类裂缝先后出现; UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存,加载前期梁受力机制起主导作用,后期则拱受力机制起主导作用; UHPC深梁裂缝多而密,发生剪压破坏,在支座上端反拱区不产生裂缝,而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏,且在支座上端反拱区产生裂缝; 试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大,混凝土强度从C40增大到C80、C190时,其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%; 采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89,均方差为0.15,在没有更精确的计算方法之前,该计算方法暂时可用。交通运输工程学报. 2020 20(6): 117-125.

不同技术状况等级下公路桥梁限载

李松辉, 李硕, 聂瑞锋, 张宪堂 — 2020-12-20

李松辉, 李硕, 聂瑞锋, 张宪堂以现行《公路桥涵养护规范》(JTG H11―2004)为依据,提出一种考虑桥梁实际技术状况等级的钢筋混凝土简支梁桥限载分析方法,并推算了不同时期规范中桥梁在不同技术状况等级下的典型车辆限载建议值; 以结构可靠度理论和现行规范设计表达式为基础,以设计活恒载比为基本参数建立了公路桥梁限载简化分析模型; 以现行桥梁设计规范抗力标准值为基准确定了不同技术状况等级桥梁对应的抗力修正系数; 应用公路桥梁限载分析程序分别计算了按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023―85、JTG D62―2004和JTG 3362―2018)设计的桥梁在不同技术状况等级下的限载系数; 依据设计汽车荷载标准值效应限值与典型车辆荷载效应等效假定,提出了钢筋混凝土简支梁桥的限载建议值。分析结果表明:在相同的技术状况和安全等级下,JTJ 023―85规范中汽车-超20级和汽车-20级桥梁限载较JTG D62―2004规范中安全等级一级的公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级高,最大差值分别为1.2和5.0 t; JTG 3362―2018规范中公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级的桥梁限载明显高于JTJ 023―85和JTG D62―2004规范,最大差值分别为13.8和8.6 t,且技术状况等级越高,桥梁限载差值越大; 不同时期规范中桥梁初始设计抗力的差异导致其在相同技术状况等级下的典型车辆限载不同,在按技术状况等级对在役桥梁制定限载措施时,应考虑不同时期设计规范的影响。交通运输工程学报. 2020 20(6): 126-134.

高寒盐沼泽区干湿-冻融循环下桥梁桩基腐蚀损伤与承载特性

冯忠居, 霍建维, 胡海波, 李铁, 姚贤华, 徐占慧, 王富春, 刘宁 — 2020-12-20

冯忠居, 霍建维, 胡海波, 李铁, 姚贤华, 徐占慧, 王富春, 刘宁为探明青海地区桥梁桩基在干湿-冻融循环条件下的腐蚀损伤特性,依托德香高速公路工程,在现场埋设钢筋和混凝土试件进行干湿-冻融循环1年,采用室内试验将混凝土试件进行干湿-冻融循环225次,对比分析了不同位置和不同循环时间条件下混凝土质量、抗侵蚀系数、相对动弹性模量、抗压强度、微观机理以及钢筋锈蚀率的变化规律; 采用数值仿真分析了未防护桩基20年内承载力变化规律,并提出了高寒盐沼泽区桥梁桩基防护措施。研究结果表明:随着试件埋设深度的增加,现场桩基混凝土试件的抗侵蚀系数相关度增大,最大值为0.93; 随着时间的增加,桩基混凝土试件的抗压强度最大损失率为38.20%,埋深0.25 m处钢筋的面积锈蚀率最大,为91%; 表面涂抹环氧树脂可以有效减少钢筋锈蚀率,桩基混凝土试件与钢筋的质量变化不明显; 干湿-冻融循环225次时,桩基混凝土试件的边角处出现脱落,四周出现裂纹,但质量变化较小,相对动弹性模量降低了39.10%,抗侵蚀系数降低到0.51,混凝土的抗压强度损失率为65.88%,其内部因出现Friedel盐等膨胀性物质而趋于破坏; 随着剥落厚度和腐蚀深度的增加,前8年桩基的承载力基本不变,8年后其承载力逐步降低,若不进行维护,第20年桩基承载力降低34.45%; 建议在桩基服役8年后,要进行重点防护。交通运输工程学报. 2020 20(6): 135-147.

寒区隧道温度简谐波传热特征与影响因素的敏感性

赵鑫, 张洪伟, 杨晓华, 来弘鹏, 王学营, 赵晓亮 — 2020-12-20

赵鑫, 张洪伟, 杨晓华, 来弘鹏, 王学营, 赵晓亮为探究寒区隧道温度场的时空演化规律,以波的视角从时间尺度和空间尺度建立了寒区隧道温度简谐波径向传热模型,基于傅里叶传热定律推导了寒区隧道温度简谐波径向传热表达式; 依托兴安岭公路隧道温度测试结果,验证了温度简谐波径向传热表达式的可行性,分析了温度简谐波沿隧道径向深度的分布特征与随冻融周期的变化规律; 采用系统稳定分析法,研究了温度简谐波对各影响因素归一化的敏感度因子。研究结果表明:沿隧道径向深度0.00～4.00 m,温度振幅呈负指数函数形式衰减,变化范围为11.67 ℃～0.45 ℃; 温度相位移呈正比例函数形式增大,变化范围为0.00～75.24 d; 年平均温度呈线性升高的趋势,变化范围为-0.62 ℃～1.98 ℃; 受隧道区气温逐年变暖趋势的影响,隧道进口端壁面年平均温度从2016～2019年升高了约0.75 ℃,年平均温度随冻融周期逐年增大,2.00 m深度内年平均温度受冻融周期影响较大,超过2.00 m年平均温度受冻融周期影响相对较小; 隧道进口端壁面温度振辐从2016～2019年衰减了1.48 ℃,温度振幅随冻融周期逐年衰减,2.00 m深度内温度振幅衰减较快,超过2.00 m温度振幅衰减较慢; 隧道进口端壁面日相位从2016～2019年延迟了7.20 d,日相位随冻融周期逐年增大。温度简谐波对各影响因素的敏感性由高到低依次为壁面温度振幅、壁面年平均温度、围岩含冰率、围岩含水率、围岩孔隙率、骨架颗粒的质量热容量与导热系数。交通运输工程学报. 2020 20(6): 148-160.

特长公路隧道横通道结合单风井混合式通风设计体系

王永东, 化思豪, 何志伟, 覃桢杰, 王伟, 刘东旭 — 2020-12-20

王永东, 化思豪, 何志伟, 覃桢杰, 王伟, 刘东旭为了降低公路隧道通风系统土建与运营费用,解决互补式通风系统适用长度有限的问题,将互补换气系统应用于分段式纵向通风方式中,提出了换气横通道结合单风井的混合通风方式; 在隧道通风理论的基础上,推导了适用于混合通风方式的计算公式; 结合隧道通风设计程序,给出了从风井位置确定、设计风量计算、横通道位置确定、横通道换气比计算到污染物浓度校核的设计流程,从隧道结构形式和左、右洞的需风量两方面,分析了混合通风方式的适用条件; 结合工程案例,分析了混合通风方式的实用性,对比了常规分段式纵向通风方式和混合通风方式的土建规模和运营能耗。研究结果表明:与常规分段式纵向通风方式相比,在隧道结构方面,混合通风方式增加2个换气横通道和1个排烟通道,减少部分联络通道和1座通风井,从而降低了土建总体规模,减少了初期土建投资费用,同时解决了互补通风方式在特长公路隧道应用中受火灾排烟长度限制的问题; 在运营能耗方面,当车速为60 km・h^-1时,混合通风方式充分利用隧道内的交通风升压力,减少了机械通风动力的需求,虽然隧道内射流风机能耗功率有较大增加,但轴流风机能耗功率降低了25.00%,总功率减小了10.85%,隧道运营通风能耗得到有效降低,具有显著的经济效益。交通运输工程学报. 2020 20(6): 161-170.

基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法

陈士安, 仝嘉成, 蒋旭东, 王亚雄, 姚明 — 2020-12-20

陈士安, 仝嘉成, 蒋旭东, 王亚雄, 姚明针对实测道路功率谱密度频率结构不同与汽车行驶速度变化引起的非平稳问题,分析了现有路面不平度模型的准确性,提出了一种基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法; 结合白噪声生成方法和离散功率谱密度的计算公式,推导出了能够确保路面不平度计算功率谱与设计功率谱完全吻合的Band-Limited White Noise模块参数设定方法; 通过不同设定值组合的白噪声功率谱密度与路面不平度功率谱密度计算结果对比,验证了所提出的Band-Limited White Noise模块参数设定值的准确性; 为解决频率指数不等于2的空间域内非平稳路面不平度建模问题,提出了由1个基准项和若干个精度校正项组成,且调制传递函数模的平方逼近具有任意频率指数的道路功率谱表达式; 为获取考虑车速变化影响的频率时变的时域内非平稳路面不平度输入模型,基于空间路面不平度固定不变的原理,提出了利用查表法,获得变车速工况下时域内非平稳路面不平度; 通过空间域内非平稳路面不平度建模及考虑车速变化的非平稳路面不平度建模应用,验证了所提建模方法的优越性。研究结果表明:使用基于调制白噪声的非平稳路面不平度建模方法构建的空间域路面不平度功率谱曲线,与应用实例中的设计目标曲线吻合良好,且结合查表法可以有效地解决时变车速带来的时域内非平稳路面不平度建模问题。交通运输工程学报. 2020 20(6): 171-179.

船用大型压气机质量流量分区域建模方法

沈浩生, 张均东, 杨柏丞, 贾宝柱, 甘辉兵 — 2020-12-20

沈浩生, 张均东, 杨柏丞, 贾宝柱, 甘辉兵针对查表法外推能力不可靠以及采用单一曲线拟合法时在压气机不同工作区域的预测与外推精度不一致的问题,提出了一种船用大型压气机质量流量分区域建模方法; 通过定义区域划分函数,将压气机整个工作区域划分为设计工况区、低转速区、高转速区与低压比区,通过对比与分析经典的和近年提出的压气机质量流量数学模型的预测和外推精度,为每个区域选择精度最高的数学模型; 为防止在动态仿真过程中当压气机运行点由其他区进入低压比区时可能出现的不连续间断点,应用一种曲线融合方法来保证等转速线的平滑过渡; 为验证所提出的建模方法的正确性与有效性,将其应用于一台船用大型低速二冲程柴油机仿真模型中开展稳态与瞬态仿真试验。研究结果表明:相比查表法,提出的建模方法可有效提升主机仿真模型增压器转速的稳态预测精度,平均绝对百分误差由3.54%下降至0.61%,在改变主机转速与负载这2种瞬态工况下,压气机的运行点可平稳、连续地由设计工况区过渡至非设计工况区; 提出的建模方法既能准确预测压气机设计工况区内的已有样本数据点,又能合理、稳健地外推至非设计工况区,既可直接应用于涡轮增压发动机的动态仿真研究中,也可用于离线生成压气机在全工况范围内的性能图谱,进而应用于商业发动机性能仿真软件中。交通运输工程学报. 2020 20(6): 180-196.

城市道路汽车行驶工况构建方法

郭家琛, 姜衡, 雷世英, 钟志荣, 左洪福, 许娟 — 2020-12-20

郭家琛, 姜衡, 雷世英, 钟志荣, 左洪福, 许娟为了优化汽车行驶性能,制定了反映中国实际道路行驶状况的测试工况,以轻型汽车道路实测数据为数据源,提出了城市道路汽车行驶工况构建方法; 数据采集覆盖主要时段和道路,剔除了异常数据,并引入多尺度小波变换对车速降噪; 利用3层小波分解过滤地面扰动的影响,保留车速关键信息; 基于9种与行驶特性密切相关且具有代表性的特征参数建立汽车运动学片段特征体系; 分别利用主成分分析和自编码器对特征降维处理,使用K-means 交通运输工程学报. 2020 20(6): 197-209.

在地公路货物运输量统计方法

闫晟煜, 肖润谋, 杨铭 — 2020-12-20

闫晟煜, 肖润谋, 杨铭提出了在地公路货物运输量的概念,将非营运货车和外地货车纳入了在地货物运输量的统计范畴,归纳了基础数据集; 通过分析车辆注册地、使用性质、路网等级和车流流向等因素,提出了在地货物运输量的统计思路和拆分逻辑,建立了在地公路货运量和货物周转量统计模型; 基于本市籍营运货车产生的货运量,提出了在地货运量规模指数用以评估在地货运量的相对偏移程度和外地货车的参与程度。研究结果表明:控制极限误差在10%以下时,5种基础数据集,即货运专项调查数据、高速公路联网收费数据、普通公路抽样调查数据、普通公路交通量调查数据和车辆管理所在册货车数据可完成在地货物运输量的精细化推算; 提出的统计模型使所研究城市创造每万元GDP的货物周转量与全国平均水平的相对偏差率为0.45%,具有一致性; 所研究城市的在地货运量规模指数为2.47,说明实体经济发达的城市中外地货车在当地参与运输的程度偏高; 本市籍营运货车货物运输量不足以支撑当地经济规划; 本市籍在册营运货车少并不能代表本市运力不足,所研究城市的本市籍营运货车主要承担短途运输,在总市内货运量中占66.28%,而外地货车主要承担市际与省际间的货物交流,在总跨市货运量中占79.16%; 货车按车型计费后,每种货车车型的平均载货质量与按车流划分的重车比将是在地货物运输量统计的关键参数; 省际间3轴及以上货车车流量存在着不均衡性。交通运输工程学报. 2020 20(6): 210-217.

航路时空资源分配的多目标优化方法

田文, 杨帆, 尹嘉男, 宋津津 — 2020-12-20

田文, 杨帆, 尹嘉男, 宋津津为了提高航空公司与空管方之间的协同决策程度,降低航班延误水平,以航路飞行的航班为研究对象,研究了航路时空资源的多目标分配; 考虑实际运行条件下航班的唯一性约束、时间顺序约束和可行性约束的影响,以航班在流量受限区所分配的飞行航迹和进入时隙为决策变量,以航班总延误成本最小和航空公司延误公平损失偏差系数最小为目标函数,构建了多目标非线性0-1整数规划模型; 基于模型特点引用了非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),并利用排列编码法设计了一种整数基因编码方式,以最大限度保证基因产生可行解集; 为了验证模型与算法的有效性,基于南中国海地区航班运行实例,对算法搜寻最优解的性能进行了研究,并将此算法与传统按时刻表分配(RBS)方法进行了对比。研究结果表明:改进编码方式的NSGA-Ⅱ算法使解集种群在约50代后世代距离从600收敛至30并稳定,具有良好的收敛性; 针对实例中的多目标优化模型共生成有6组解的帕累托解集,结果有66.7%的概率完全支配RBS方法,且优化结果中航班平均延误成本比RBS方法降低了8.5%,平均公平损失偏差系数降低了70.6%。可见提出的航路时空资源多目标优化方法的执行效果显著,可在降低总延误成本的基础上兼顾各航空公司的公平性,是解决航路飞行航班航迹与时隙资源分配问题的一种有效方法。交通运输工程学报. 2020 20(6): 218-226.

基于车辆行驶轨迹的道路不良驾驶行为实时辨识方法

陆键, 王可, 蒋愚明 — 2020-12-20

陆键, 王可, 蒋愚明为了提高道路交通安全主动防控能力,以小汽车行驶轨迹数据为研究对象,研究了不良驾驶行为的实时辨识问题; 基于无人机拍摄交通流视频提取海量车辆行驶轨迹数据; 提出了应用风险度量方法量化典型不良驾驶行为的理论; 使用大样本统计分布方法确定不良驾驶行为的特征参数阈值; 建立了结合交通环境信息的不良驾驶行为谱,计算了不良驾驶行为谱特征值; 以车辆不良驾驶行为谱特征值为依据标定不良车辆样本; 以部分驾驶行为谱参数为输入,使用不平衡类提升的人工智能算法建立了不良驾驶行为辨识模型; 为了验证方法的有效性,使用无人机交通视频采集了上海市的车辆行驶轨迹数据,分析了小汽车不良跟驰行为特征。分析结果表明:使用四分位差法得到不良跟驰特征参数的阈值为0.19 s^-1,大部分样本处于正常跟驰状态,约2%样本处于不良跟驰状态; 基于每辆车行驶轨迹中正常跟驰状态和不良跟驰状态的比例,使用95%分位数将8 917 veh小汽车样本划分为不良跟驰车辆445 veh与正常跟驰车辆8 472 veh; 不平衡类提升算法CUSBoost辨识不良跟驰车辆达到了94.4%的召回率和85.9%的精确率,平衡分数和精确率-召回率曲线下的面积为所有算法中最高。可见,不良驾驶行为谱作为一种客观的不良驾驶行为量化表达方法,与人工智能方法结合可以生成海量的不良驾驶行为谱库; 不平衡类提升算法可以解决不良驾驶行为数据的不平衡问题,与常规算法相比具有更好的不良驾驶行为辨识能力。交通运输工程学报. 2020 20(6): 227-235.

基于车辆行驶轨迹的道路不良驾驶行为谱构建与特征值计算方法

王可, 陆键, 蒋愚明 — 2020-12-20

王可, 陆键, 蒋愚明为了量化描述不同道路驾驶场景下驾驶行为的动态变化过程与不良驾驶程度,研究了不良驾驶行为谱的构建与分析方法; 基于车辆行驶轨迹关键参数建立驾驶行为谱; 应用风险度量方法量化4种不良驾驶行为,包括不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳与不良换道; 基于驾驶行为谱建立了不良驾驶行为谱; 基于交通流量-密度关系与驾驶行为统计参数的差异对交通流状态进行划分; 在不同交通流状态下,使用四分位差法确定了不良驾驶行为特征参数阈值; 基于特征参数阈值计算每个驾驶人的不良驾驶行为得分; 使用CRITIC赋权法确定了不良驾驶行为的权重,为每个驾驶人计算不良驾驶行为谱特征值; 为了验证方法的有效性,使用无人机交通视频采集了上海市的车辆行驶轨迹数据,分析了小汽车不良驾驶行为特征; 通过专家打分的方法对不良驾驶行为谱特征值进行验证。分析结果表明:基于驾驶行为参数的交通流状态聚类方法将数据中的交通流状态分为自由流、饱和流、拥堵流3类; 聚类方法比基于基本图的交通流状态划分方法更适合驾驶行为分析; 不同交通流状态下的不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳特征参数分布明显不同,拥堵流状态下的不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳极端值出现更频繁,而不良换道特征参数在各交通流状态下有相似的分布; 蛇形驾驶、速度不稳、不良换道的特征参数阈值随交通流密度上升而上升; 使用CRITIC赋权法计算的不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳、不良换道的权重分别为0.19、0.33、0.37、0.11; 自由流、饱和流、拥堵流的不良驾驶行为谱特征值的分布范围相近,均处于0与0.4之间; 专家的不良驾驶行为评价与不良驾驶行为谱特征值一致。可见,不良驾驶行为谱的构建与特征值计算方法能够使用车辆行驶轨迹数据自动辨识不良驾驶人,具有客观性、适应性以及可靠性,能及时发现不良驾驶人,给驾驶人提供安全提示,为交通管理部门提供交通安全预警的技术支持。交通运输工程学报. 2020 20(6): 236-249.

基于深度图像的机场道面裂缝自动检测算法

李海丰, 吴治龙, 聂晶晶, 彭博, 桂仲成 — 2020-12-20

李海丰, 吴治龙, 聂晶晶, 彭博, 桂仲成为了实现强噪声、弱光照、低对比度条件下的机场道面细小裂缝检测,设计了基于深度图像的机场道面裂缝检测算法; 将采集到的深度图像划分成多个网格,并对每个网格进行扩充,获得了局部道面区域; 针对每个网格区域,基于随机抽样一致算法进行局部三次曲面构建和优化估计; 在此基础上,在全局尺度下融合全部网格区域的曲面模型,生成整个图像采集区域道面的全局曲面模型; 利用全局曲面模型与原始深度图像之间的差值图像,采用自适应阈值方法分割出候选裂缝像素,并利用裂缝的像素总数、长度以及长宽比等多种形态学约束筛选候选裂缝像素,去除错误的候选裂缝像素,从而获得了最终的裂缝检测结果; 在机场道面深度图像数据集上进行了试验,以人工标注结果作为真实值,以准确率、召回率以及F值作为量化评估指标,将提出的算法分别与4种有代表性的传统算法进行了对比。试验结果表明:传统算法能够取得的最高准确率、召回率以及F值分别为77.05%、41.02%和50.02%,提出的算法在准确率、召回率和F值3个指标上均有明显优势,其均值分别为91.20%、97.99%和94.12%; 提出的算法能够在分辨率为1 984像素×2 000像素的深度图像上检测出最小宽度为3 mm、最小长度为10 cm的裂缝,实现了在复杂机场道面场景中识别细小裂缝的目标。交通运输工程学报. 2020 20(6): 250-260.