公路运输

袁长伟，吴群琪，韦达利，等

公路运输

考虑拒载的出租车市场平衡机制与优化模型

袁长伟，吴群琪，韦达利，等

目的：出租车拒载行为给出租车市场中的供给、需求、服务水平等带来了直接影响，并随之对出租车市场总体规模、最优价格、行业利润率等带来了复杂的影响作用，对行业管理部门的行业管制、政策制定带来新的挑战。论文构建神经元S特性函数形式，讨论存在拒载行为的出租车市场供需平衡机制，并构建考虑拒载的以社会福利最大化为目标的出租车市场优化模型。方法：采用神经元S特性Sigmoid函数形式定义出租车拒载函数，以每运次总费用，等候时间以及平均每运次耗时为参数来定义出租车需求函数。探讨在存在拒载的出租车市场中的出租车供需平衡机制变化；通过微分方程求导分析，探讨考虑拒载时出租车市场参数的变化情况。在政府管制下，出租车市场不存在超额利润，此时以社会福利最大化为目标，探讨出租车市场中的平均每运次费用、出租车规模、社会福利等参数的变化。结果：与不考虑出租车拒载时相比，考虑拒载时的出租车规模对等候时间和需求的影响上升了α倍（α为乘客对整体费用的敏感系数）。出租车司机调高预期利润时，在拥堵交通环境下会导致拒载率增加，由此带来乘客等候时间上升，出租车需求下降。当存在拒载时，平均每运次费用会增加；存在拒载时消费者剩余会下降，从而出租车需求总额下降，此时为了获得最大化社会福利，需要扩大出租车规模，但此时获得的社会福利会下降。对西安市出租车市场进行了分析，结果表明若每运次期望超额利润为2元，当存在拒载行为时，出租车平均等候时间由0.1h上升到0.65h，而出租车需求约下降1.3×104运次；同时在社会福利最大化目标下，出租车最优规模需由不存在拒载行为时的8426 veh上升到10839 veh，最优价格基本保持不变，算例应用结果表明了拒载行为对出租车市场的复杂影响。结论：出租车市场供需平衡较一般的商品供需平衡更为复杂，拒载行为不仅降低了出租车可得性，同时使得出租车利用率下降，使得本来复杂的供需平衡机制产生了变化，因而在分析出租车的供需平衡时，必须考虑出租车拒载。论文考虑出租车拒载行为，能描述由此带来的出租车供需平衡变化。提出的神经元S特性Sigmoid函数模型能描述拒载行为对出租车市场带来的复杂影响。

来源出版物：中国公路学报, 2014, 27(6): 91-97

入选年份：2014

冻融循环对压实黄土湿陷变形影响的过程和机制

李国玉，马巍，穆彦虎，等

摘要：目的：季节冻土区黄土路基工程在运行多年后出现不均匀沉降、局部塌陷、裂缝等病害，这一问题的实质就是因压实黄土的二次或多次湿陷而产生的。本文基于补水条件下的冻融循环试验，探明冻融循环对压实黄土湿陷变形影响的过程和机制。方法：试验用土取自甘肃省兰州市永登县连霍高速附近（36° 36'34''N，103° 22'05''E）。制备干密度1.86 g·cm-3（接近最大干密度1.91g·cm-3）、含水量11.6%、高10.13 cm、直径10.1 cm的圆柱试样。利用冻土工程国家重点实验室研制的冻融循环仪对土样进行冻融循环试验。试样顶板、底板和箱体温度都用循环冷浴控制，顶板温度在－6.7℃和27℃之间周期性变化，冻融循环周期为24 h，底板和箱体温度均控制在1℃，底边补水模拟现场可能的地下水补给。为精确测定土体沿垂直方向的热状况，每1 cm布置一支热敏电阻温度计，同时在试样顶板安装位移传感器，监测土样的垂向变形。温度和位移数据通过数据采集仪采集，采集间隔30 min，温度控制和位移传感器精度分别为0.1℃和0.01 mm。冻融循环结束后在冻结状态下快速分层测试土体含水量，在室温下测试试样上、下部的干密度、孔隙比和湿陷变形。结果：土样在补水条件下进行不同次数的冻融循环试验，实时监测试样顶部的变形和不同深度的温度场分布发现：在冻融循环刚开始的时候，土体无变形，随着顶板温度变为负温，土体从上向下逐渐冻结，变形增加，土体表现为冻胀变形；顶板温度变为正温时，土体变形减小表现为融沉变形；在前几次冻融循环内，试样冻胀量大于融沉量，土体总体表现为膨胀，随着循环次数的增加，土体变形总体趋于稳定。一定次数冻融循环后测试土样沿不同深度的含水量，分析土样含水量重分布规律发现：经历多次冻融循环后，土样含水量均明显增加；在土样中上部，含水量随冻融次数的增加而增加，从底层到顶层含水量也不断增大；经历不同次数的冻融循环后，土样底部含水量在15.09%～17.9%之间变化，上部含水量在21.87%～28.47%之间变化；土样顶层在冻融循环作用下，水分不断向上迁移并逐渐向顶板聚集，导致土体上部含水量最大，这主要是由于温度梯度引起的向上迁移的水分大于重力作用下向下迁移的水分，经过多次冻融后，水分在土体中上部慢慢聚积。冻融循环结束后在土样距顶板和底板约3～5 cm范围内切取2个环刀试样，测试其干密度并计算孔隙比。随着冻融次数的增加，土体干密度逐渐减小，且上部干密度减小更明显，经历一定的冻融循环后，上部土体干密度变化逐渐缓和且趋于一个定值；随着冻融循环次数增加，压实黄土孔隙比逐渐增加，土体变得疏松，经历反复冻融循环的上部土体空隙比增加较快，下部土体孔隙比增加较慢。当试样含水量接近采样点附近运营多年后黄土路基内部的实测含水量（其值为15%）时，利用黄土湿陷方法测试湿陷变形发现：随着冻融循环次数的增加，土体湿陷变形逐渐增加，经历强烈冻融循环的上部土体湿陷变形增加速度较快，仅仅受到增湿作用的下部土体湿陷变形增加相对较小。结论：冻融循环作用下压实黄土发生反复的冻胀和融沉变形，在冻融初期，土体冻胀量大于融沉量，总体表现为膨胀，随着循环次数的增加，土体总体变形趋于稳定；补水条件和顶板封闭的冻融循环使得土体含水量逐渐增加且向顶板聚积；反复的冻融循环作用使得压实黄土干密度减小，孔隙比增加，土样变疏松，最终导致黄土湿陷变形增加。冻融循环和增湿作用引起的压实黄土结构疏松和强度弱化是黄土地基和路基湿陷变形增加的主要原因。研究成果为季节冻土区黄土湿陷产生的原因和机制研究提供了一种新的思路和解释，为黄土湿陷灾害防治提供了科学依据。

来源出版物：中国公路学报, 2011, 24(5): 1-5，10

入选年份：2015

既有混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估

王春生，周江，吴全友，等

摘要：目的：混凝土桥梁由于其诸多优点在交通基础设施中应用广泛，而交通量激增、过重轮载和环境侵蚀等因素的耦合作用加剧了混凝土开裂、钢筋疲劳与腐蚀疲劳等病害的形成，在此背景下，混凝土桥梁因交通荷载和环境侵蚀长期作用而造成的结构损伤不容忽视。为保证既有混凝土桥梁在设计基准期内的安全运营，完善混凝土桥梁评估与维护技术体系，本文对既有混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估开展了评估方法与实桥应用研究。方法：基于混凝土桥梁疲劳失效机理，提出了两种混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估方法：（1）提出了基于S-N曲线及Miner理论的评估方法，给出了应力谱获取方式，确定了损伤度D的计算公式及临界损伤值；（2）建立了基于断裂力学的评估方法，选取控制混凝土梁桥疲劳寿命的纵向受拉主筋为评估对象，提出了钢筋初始裂纹深度及临界裂纹深度的确定方法与准则，应用Paris准则建立了钢筋裂纹扩展计算公式。采用Visual C++语言编制了混凝土梁桥疲劳寿命评估程序，并进行实桥评估：通过现场监测获取受拉主筋疲劳应力数据，考虑桥梁实际运营状况下钢筋腐蚀、交通量增长等不利因素的影响，对七狼窝黄河大桥T型梁受拉主筋的疲劳寿命进行了估算。结果：（1）对七狼窝黄河大桥混凝土T型梁进行了24 h动应变监测，得到梁底纵向受拉主筋应力谱，监测结果表明该桥受拉主筋疲劳应力幅最大值为45 MPa；（2）基于S-N曲线及Miner理论评估疲劳寿命时，采用欧洲钢结构协会（ECCS）抗疲劳设计规范中规定的钢筋S-N曲线，考虑年交通量增长率为5%时，疲劳寿命为418年，若再考虑腐蚀因素对疲劳强度的折减（腐蚀折减系数为1.35），疲劳寿命下降为93年；（3）应用断裂力学方法评估疲劳寿命时，假设得钢筋初始裂纹深度为1.00 mm，计算确定钢筋临界裂纹深度为5.95 mm，依据本文建立的混凝土梁桥受拉主筋疲劳寿命估算的线弹性断裂力学模型（LEFM），采用编制的专用疲劳评估程序，计算得到受拉主筋疲劳剩余寿命约为280年。结论：（1）基于S-N曲线和线弹性断裂力学建立的混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估模型经过工程实例应用，结果表明本文提出的评估模型具有较好的可靠性与可操作性；（2）七狼窝黄河大桥T梁桥评估结果表明，采用Miner疲劳损伤线性累积准则能够较好预测混凝土桥梁的疲劳使用寿命，考虑腐蚀影响时钢筋疲劳寿命降低显著；（3）利用LEFM方法计算的梁底纵向受拉主筋的疲劳剩余寿命大于该桥设计基准期（100年），但计算结果未考虑腐蚀等耐久损伤对疲劳寿命的影响；（4）建议在进一步的研究中应计入腐蚀等耐久损伤对钢筋疲劳裂纹扩展参数的影响，从而实现基于断裂力学的腐蚀疲劳裂纹扩展分析。

来源出版物：中国公路学报, 2012, 25(6): 101-107

入选年份：2015

正交异性钢桥面板足尺疲劳试验

王春生，付炳宁，张芹，等

摘要：目的：正交异性钢桥面板因自重轻、极限承载力大、适用范围广、施工周期短等优点被广泛应用于大、中跨径桥梁，但由于构造复杂、连接焊缝较多，在车辆荷载的直接反复作用下易发生疲劳开裂。为了研究正交异性钢桥面板疲劳性能、提高设计制造水平，为工程应用提供技术依据，本文以中国某大跨径斜拉桥采用的正交异性钢桥面为工程背景，开展足尺模型疲劳试验，对代表中国正交异性钢桥面板制造水平的典型细节疲劳强度进行研究。方法：足尺模型设计过程中，采用ANSYS有限元程序对实桥正交异性钢桥面板进行仿真模拟，对模型尺寸进行优化设计。足尺模型选取单个车道的节段模型，横向包括6个闭口梯形加劲肋，纵向为1个横隔板，轮廓尺寸为3.6 m（横向）×1.8 m（纵向），纵肋连续穿过横隔板。横隔板和下翼缘采用Q345B级钢，其余部分采用Q345C级钢制造。盖板厚为14 mm，下翼板厚为12 mm，横隔板厚为10 mm，纵向闭口加劲肋尺寸为300 mm×280 mm×8 mm，纵肋中心距为600 mm。疲劳试验采用双点加载方式，在加载横梁和试验模型之间放置单个面积为200 mm×300 mm的橡胶支座，用以模拟通过铺装传递的单胎车轮荷载。采用等幅疲劳加载，荷载范围为50～250 kN，加载频率为1.0 Hz。在疲劳敏感细节布置应变片监测疲劳试验过程中各细节的应力变化，同时采用放大镜进行细节疲劳裂纹观察。结果：当荷载循环次数累积到300万次时，肋2与顶板连接细节应力发生突变；当荷载循环累积达530万次时，在横隔板与肋5和肋6连接的焊缝端部发现疲劳裂纹。疲劳试验结束时，累积循环次数达到1020万次，加劲肋与盖板连接部位出现了纵向疲劳裂纹，肋2和肋3外侧腹板与盖板连接的裂纹长度分别为90 mm、47 mm，且均穿透盖板。加劲肋与横隔板连接的焊缝端部出现了在焊趾处萌生并沿加劲肋腹板扩展的疲劳裂纹，而横隔板挖孔自由边处并未发现肉眼可见的疲劳裂纹。结论：焊接残余应力对正交异性钢桥面板连接细节处疲劳性能的影响不可忽略，处于压应力区的纵肋与横隔板连接焊缝端部也出现了疲劳裂纹；疲劳裂纹随荷载循环次数的累积逐渐增长，在疲劳裂纹扩展前期，裂纹的扩展速率较慢；当裂纹达到一定长度时，疲劳裂纹会快速增长；以测点应力发生变化为疲劳失效判据确定横隔板与纵肋腹板连接焊缝端部疲劳细节的疲劳强度，其值大于AASHTO规范中D类细节和Eurocode 3中63类细节的疲劳强度；加劲肋与盖板连接的疲劳强度等级大于AASHTO规范中D类细节和Eurocode 3中71类细节的疲劳强度；以发现疲劳裂纹为疲劳失效判据确定横隔板与纵肋腹板连接焊缝端部疲劳细节的疲劳强度，其值大于AASHTO规范中D类细节和EURCODE中80类细节的疲劳强度。

来源出版物：中国公路学报, 2013, 26(2): 69-76

入选年份：2015