基于现场测试的道路压电俘能系统电学性能

为全面测评道路压电俘能系统在开放交通条件下的电学性能,采用16个自主研制的15 cm × 15 cm × 3 cm压电俘能装置并联,设计俘能模块布设点位,铺筑道路压电俘能系统现场测试段,基于随机开放交通条件下道路压电俘能系统开路电压波形信号响应特征,系统研究了现场不同荷载、不同车速工况下道路压电俘能系统电学输出规律,并...     

GFRP筋作为混凝土路面传力杆的试验研究与数值模拟

为解决水泥混凝土路面传统钢质传力杆易锈蚀且表面硬度过大的问题,文中采用玻璃纤维聚合物(GFRP)筋作为路用传力杆,通过道路整体结构三维有限元分析,研究了GFRP传力杆在车辆轴载作用于缩缝板边时的荷载传递能力;开发了传力杆的路用性能试验设备,开展了传力杆试件的静力极限试验与拟静力加速加载疲劳试验,研究了GFRP传力杆的抗剪能力与耐疲劳性能。研究发现:为保证水泥混凝土路面缩缝结构的荷载传递能力,GFRP筋的直径需要比传统钢质传力杆增加25%~30%才较为合理,不但满足重载交通条件对传力杆装置的抗剪与抗疲劳性能要求,还可缓解缩缝最不利位置的应力集中状态,降低传力杆周边混凝土承载材料在道路交通环境下的开裂风险。     

不同级配下面层沥青混合料综合性能对比

基于室内试验,对比了ATB-25、ATB-30、AC-25、LSAM-25、LSAM-30、AM-20等6种沥青混合料的路用性能、力学性能、疲劳性能和抗反射裂缝性能。结果表明:6种沥青稳定类材料的高温抗车辙性能排序为ATB-30＞ATB-25＞LSAM-30＞LSAM-25＞AC-25＞AM-20,低温抗裂性能与抗水损害性能排序为AC-25＞ATB-25＞ATB-30＞LSAM-25＞LSAM-30＞AM-20。抗裂性能方面,AC-25抗疲劳性能最优,ATB-25抗反射裂缝能力对水的敏感程度最低。ATB沥青稳定碎石和密级配沥青混合料AC-25兼顾了高温抗车辙性能和抗疲劳性能,适用于重载和重交通沥青路面,半开级配沥青混合料适用于中轻荷载等级沥青路面。工程实践中应结合道路所在气候分区特点和使用性能要求,综合考虑下面层沥青稳定类材料结构类型。     

新型大直径GFRP筋锚具设计及试验研究

针对单根大直径GFRP筋因体表比过大难以锚固的问题，对已有黏结楔式锚固体系作出改进，将直接浇筑于锚筒和筋材之间的黏结介质替代为环氧树脂并在装配前进行预制；在环氧树脂楔块与锚环之间设计锥角差以消除加载端的剪切效应。通过理论分析新型锚具的受力机理，推导出锚具内力的分布规律以及锚具承载能力估算公式，从而为设计尺寸提供依据；利用有限元软件ABAQUS对9组不同内坡角和锥角差的新型锚具进行受力模拟，得到一组最优设计参数使锚固系统承载力达到最大，据此制作实体锚具对Φ32 mm的GFRP筋材进行静力拉伸试验。结果表明：新型锚具的设计参数相互影响，锥角差显著影响内部结构受力，锥角差越大锚具承载力越大，但过大锥角差可能会产生过大径向压力从而对楔形体造成破坏。内坡角越大锚具承载力越大，但过大的内坡角会导致筋材所受夹持力过小从而发生整体滑脱破坏；以锚筒长度235 mm为例，其最优的内坡角可取10%，锥角差取0.5°；预制楔形块的轴向刚度和强度对新型锚固体系的影响巨大，楔形块加入轴向FRP筋可防止黏结介质拉裂，从而有效提高内部结构的整体工作性能；新型锚具能够将复杂应力状态后移至有效锚固区后部分，避免了加载端的剪切效应，在有效锚固段受力始终均匀变化，可充分发挥GFRP大直径筋材抗拉能力；以Φ32 mm的GFRP筋材为例，极限承载力可达629.4 kN，远超GFRP筋材标准承载力，最高锚固效率达到139.9%，破坏方式主要以炸丝为主，静力锚固性能可靠。     

WTR/APAO复合改性高黏沥青及改善排水性沥青混合料性能研究

为制备废旧轮胎胶粉（WTR）高黏改性沥青，将WTR和APAO改性剂按照一定比例复配后对基质沥青进行复合改性，通过高黏改性沥青评价体系指标、WTR复合改性沥青针入度评价体系指标，评价WTR/APAO复合高黏改性沥青性能，优化WTR/APAO复配方案；通过动态力学流变性能试验分析复合改性沥青的动态力学性能。研究表明：掺加WTR和APAO能显著提升沥青的60℃动力黏度、170℃运动黏度、黏韧性、软化点和25℃弹性恢复率，同时降低了针入度；随WTR、APAO掺量增大，WTR/APAO复合改性沥青的能量损耗因子逐渐增大，复合改性沥青发生相同的塑性变形所需外力增大，WTR/APAO复合改性沥青表现出良好的阻尼特性。增大WTR和APAO掺量显著改善OGFC-13排水性沥青混合料的综合路用性能，20%WTR+6%APAO、20%WTR+8%APAO比14%TPS改性OGFC混合料有更好的综合路用性能与抗疲劳耐久性能。     

缓释型抗凝冰桥面铺装AFC-13混合料设计与性能评价

为解决道路冬季易结冰的问题,通过向AFC-13混合料中加入5%的履信抗凝冰材料,设计开发一种缓释型的抗凝冰混合料。文中通过相关路用性能试验评价抗凝冰AFC-13混合料的路用性能,试验结果表明,抗凝冰AFC-13混合料的马歇尔试件残留稳定度比和冻融劈裂强度比可达到80%以上,动稳定度指标可达到6 200次/mm以上,弯曲破坏应变可达到2 700×10^-6以上,抗凝冰AFC-13混合料具有较为良好的路用性能,满足设计要求。对铺设缓释型抗凝冰混合料AFC-13的试验段进行试验,其渗水系数为18 mL/min,压实度为99.5%,构造深度为0.97 mm,均满足相关规范要求。观测缓释型抗凝冰混合料AFC-13试验段在低温雨雪天气下路面发生结冰的情况,发现在小雪、气温为-1～-3℃的天气下,AFC-13铺装在30 min之内不会产生积雪,路面发生冻结的现象也较普通铺装段落推迟1 h,即可有效地缓解道路积雪结冰的出现。     

围岩侧限对自膨胀锚杆性能影响效应研究

大掺量膨胀剂水泥浆作为锚固体的新型自膨胀高强预压锚固技术可显著提升锚杆抗拔力,为研究该技术在围岩侧限条件下的锚固性能,研发了模拟地应力条件下岩体锚固的装置及方法,并开展了不同围岩侧限等级、不同膨胀剂掺量条件下锚固体膨胀应力实时监测及拉拔试验,分析了膨胀应力演化规律、锚固破坏形态及抗拔力提升机理、锚杆界面力学特性及锚固系统破坏耗能规律。结果表明:①内界面应力存在随时间的损失效应,损失率随掺量呈线性递减的关系;定义了协同应力,指出内界面应力峰值与协同应力峰值存在滞后时差,并从应力传递的角度解释了其力学机制。②拉拔过程中微扩头"卡"在锚孔内并不断上移形成了该锚固体系独特的"荷载平台效应",极大提升了锚固系统的延性及破坏极限耗能值,并绘制了该效应的力学机制图;建立了自膨胀锚杆的极限抗拔力预测模型,指出初始侧限应力值对极限抗拔力呈指数式影响,表明在工程运用中侧限约束强的围岩能大幅提升锚杆极限抗拔力。③引入自膨胀影响系数λ、围岩侧限影响系数k,建立了自膨胀锚固体系的锚杆界面力学公式及能量方程,并结合算例验证了公式的可行性;得出0.7 MPa初始侧限应力条件下,ω=30%的锚固极限抗拔力较普通锚固提升了2.38倍,锚杆峰前位移量提高了1.08倍,锚固系统峰前耗能值提升了6.34倍。     

智能感知道路专栏导语

随着互联网、云计算、大数据等信息技术的发展，人们对交通基础设施智能化的需求更加迫切。以服务未来智慧交通为目标的智能道路基础设施成为了当代交通领域发展的重要方向，其中，智能感知是智能道路基础设施研究方向的基础和前沿。智能感知道路是通过特定的感应通讯、数据网络和材料结构系统设计，实现具有主动感应、自动辨析、自主调节和动态指示等服务功能的道路基础设施。智能感知道路对路面环境、力学、交通等状态的感知研究，可为评价道路服役状态,降低安全风险提供保障；对路面诊断修复的研究，可为延长道路使用寿命，降低养护成本提供依据；对路域能量转换与采集的研究，可为交通能源融合发展，实现节能减排的战略目标提供借鉴。智能感知道路研究对于我国道路基础设施服务水平的本质提升和交通强国建设与发展具有重大而深远的意义。
近年来，众多学者在道路基础设施感知信息解析，多源数据处理，感知材料设计和智能铺装结构设计等方面取得了丰富的成果，为提高我国道路基础设施智能感知水平和加快交通基础设施智能化发展提供了重要的理论指导和技术支持。为充分展示智能感知道路领域的最新研究成果，引领该领域的发展方向，推动理论与技术创新，《中国公路学报》编辑部邀请长安大学蒋玮教授、哈尔滨工业大学徐慧宁教授、北京航空航天大学李峰教授、东南大学马涛教授、同济大学朱兴一教授、武汉理工大学刘全涛教授作为组稿负责人，共同向该领域的知名专家、学者约稿，出版本期“智能感知道路”专栏，回顾、总结和推广我国智能感知道路领域的最新成果，展望该方向的发展趋势。本专栏共收到相关理论、技术、方法、试验研究及综述等论文40余篇，最终录用9篇。研究内容集中于以下几个方面：
（1）综述。梳理总结了感应充电路面技术、融合感知特性的道路铺装结构设计体系、冰雪路面摩擦特性与运营风险管控等方面的最新研究成果和发展趋势。
（2）自感知道路及其配套的感知系统技术。主要内容包括：路面低温变色复配物的制备及热色特性研究、环氧树脂基自发光路面材料设计与性能研究、基于分布式光纤的混凝土路面振动场感知与解析等。
（3）自修复路面及其诊断系统技术。主要内容包括：石墨烯微胶囊沥青双机制愈合机理研究等。
（4）自俘能路面及其能量转换系统技术。主要内容包括：基于应用环境的路用压电俘能单元尺寸优化与性能评价、智能道路无线充电系统耦合线圈互操作性分析等。
智能感知道路相关理论、材料、结构的研究，将有力地推动我国以智能为重要特征的新型交通基础设施的理论研究与工程实践，为加快交通强国建设提供有力支撑。《中国公路学报》将持续关注该领域的国内外最新研究进展，以期为广大专家、学者及工程技术人员提拱学习、交流的平台，促进我国智能道路基础设施领域的高质量与可持续快速发展。     

路用多孔页岩陶粒表面修饰优化

为提高路用多孔页岩陶粒的路用性能并提升其阻热性能，优选3种有机处理剂，借助吸水率、筒压强度、控制筛孔通过率及磨耗值试验，确定了不同处理剂最佳修饰工艺；基于吸油率、表面孔隙封堵率与SEM试验，系统研究了修饰前后页岩陶粒表面孔隙封堵情况，对比评价了不同处理剂对页岩陶粒路用性能的影响规律，确定了页岩陶粒最佳处理剂；并在此基础上，全面评价了表面修饰对页岩陶粒混合料路用性能的影响。结果表明：苯基硅树脂的适宜浓度为25%，固化温度为160℃，硅丙乳液的适宜浓度为35%，成膜温度为30℃，助剂含量为3%，建筑防水剂修饰页岩陶粒的适宜浓度为35%，固化温度为85℃；其中苯基硅树脂对页岩陶粒表面封装效果最好，24 h吸油率最低，表面孔隙封堵率高达78%，且SEM图像也表明经表面修饰的页岩陶粒表面开口孔隙数量明显减少；3种处理剂均能不同程度地提高路用多孔页岩陶粒的路用性能，24 h吸水率的降幅在80.48%~94.5%之间，压碎值降幅在4.62%~17.52%之间，磨耗值降幅在5.33%~30.92%之间，黏附性等级提高0.5~2级；苯基硅树脂对页岩陶粒吸水率与黏附性等级改善效果最佳，硅丙乳液对压碎值与磨耗值改善效果最为明显，综合考虑所有评价指标，确定了页岩陶粒最佳处理剂为苯基硅树脂；且经苯基硅树脂表面修饰后的页岩陶粒混合料各项路用性能均有不同程度提高。     

使用耦合电感器为新型燃料电池车开发燃料电池升压转换器

目前开发了用于新型燃料电池车（FCV）的电池电压控制单元（FCVCU）。为了缩小电力传动系统尺寸并增加驱动电机功率，需要FCVCU将燃料电池组提供的电压输送到驱动电机。FCVCU电路配置有4个单相斩波电路，平行排列形成四相交错电路。智能功率模块（IPM）是一种完整的碳化硅（SiC）IPM，这是在量产车中首款使用的功率模块，通过增加频率效应缩小设备的尺寸和被动部件损失，从而提高效率。此外，IPM使用耦合电感器来缩小电感器尺寸。结果，与先前的电压控制单元（VCU）电感器相比，每单位功率的电感器体积减少了约30％。该控制装置决定了FCVCU的输入电流和升压速率降低损耗的工作相位数，根据输入电流切换工作相位数，执行驱动相位切换控制，有助于提高VCU的效率。与传统技术相比，这些技术的采用让FCVCU体积尺寸减少了约40％，并且让动力系统安装在前舱罩下的操作更容易实现。     

沥青路面压电输出的数值模拟与试验

基于ABAQUS建立了沥青路面压电输出（电压）的数值模拟方法，系统地研究了压电换能器属性及铺设参数、路面结构与温度、轴载等对沥青路面压电输出的影响，为优化设计沥青路面压电能收集系统提供参考。通过车辙试验测试了压电式沥青混合料的电压，并与数值模拟结果进行对比，验证数值模拟方法的可靠性。结果表明：路面模型平面尺寸大于5.0 m×5.0 m可保证模拟精度；压电材料PZT-5X具有相对较低的弹性模量和最高的压电参数，因此电压最高，其分别是PZT-4与PZT-5H的1.77倍与1.97倍；长方体与圆筒形状压电换能器的压电基本一致，均为柱形的1.40倍；优先推荐使用内径0.8 cm、外径1.6 cm、高0.2 cm的圆筒PZT-5X压电换能器；电压随轴载与路面温度的增加而增大、随埋置深度的增加而降低，柔性路面结构比半刚性结构的电压大。室内车辙板试件表面和距路表1 cm处的压电换能器的实测电压与数值模拟结果的误差在3.9%之内。     

基于点、线、面层次的公路网交通运行状态评价

由于公路网是由点成线、由线成面的统一体,为了更准确地分析和改善公路网运行状态,加强公路节点、路段、路网评价之间的联系,便于确定交通拥堵产生根由并有效采取措施,建立了一种基于点、线、面层次的公路网交通运行状态的综合评价方法。在基本单元划分和指标选取方面,以交叉口、互通式立交、收费站和基本路段作为基本单元,结合交通流理论,综合考虑各基本单元的特点,分别选取对应的评价指标,以极小型指标评价法为基本原理,构建基本单元交通综合运行指数评价模型,并确定相应的分级阈值。在交通运行状态评价方面,依托专家经验的主成分分析与客观的交通量统计调查相结合的方法确定各基本评价单元的权重向量,从而构建路段运行评价模型并给出评价分级阈值,再以各等级道路拥堵程度和路网客、货运量,分别构建路网赋权矩阵或向量,从而获得路网交通综合运行指数模型并确定评价分级阈值。最后结合算例说明该评价方法的具体操作过程,通过获取的各项基本数据,从点层过渡至线层再至面层,依次计算各层交通运行指数,确定各基本单元、路段、路网分别对应的交通运行状态。研究结果表明：不同层面之间的交通运行状态存在一定的联系,不同节点和基本路段处的运行指数差异较大,路线运行指数差别也较大,从而影响路网最终的运行状态,因此,可以通过逐级评价确定交通拥堵症结所在,有针对性地采取相关改善措施。     

水下公路(道路)隧道交通工程设施设计研究

交通工程设施是水下公路(道路)隧道的重要配套工程,对保障其安全、高效、节能运行起着至关重要的作用。针对水下公路(道路)隧道交通工程设施设计这一热点问题,分析水下公路(道路)隧道和山岭公路隧道的差异,结合国内外工程建设经验,对水下公路(道路)隧道交通工程设施(通风设施、照明设施、综合监控设施、紧急呼叫设施、火灾探测报警设施、消防设施、逃生通道、排水设施、结构健康监测设施、供配电设施、交通安全设施)的设置要求进行梳理,并总结归纳了4种不同施工工法类型(钻爆法、盾构法、沉管法、堰筑法)水下公路(道路)隧道交通工程设施的设计要点。     

交通安全警示机器人的应用

针对驾驶员的心理因素,利用其对交警和路政监察人员的敬畏心理,将安全警示装备拟人化,开发出具有超强威慑力、警示人性化的交通安全警示机器人并应用于道路交通安全管理。设计了双向4车道单侧道路施工工程中使用交通安全警示机器人的交通管制方案和使用交通安全警示机器人设置临时检查站的交通管制方案。交通安全警示机器人设置在交通管制现场后,更能强化和提高驾驶员的安全意识,主动服从执法指挥,还可以保障正在执勤的交警或路政监察人员的体力和人身安全。     

基于交通安全的乡村道路设计技术研究

随着乡村道路交通网络通达顺畅水平的稳步提升，其交通安全形式依然严峻。为进一步提升乡村道路的行车安全水平，现首先分析乡村道路的交通事故特征，从“人-车-路-环境”角度系统分析事故诱因，然后基于事故分析结果，从道路本身属性角度出发，提出乡村道路系统设计要求，最后以桂林市某山区乡村道路为例，结合事故数据分析其交通安全影响因素并提出针对性的改善措施，以适应新时代下四好农村路的建设要求。     

CRC+AC刚柔复合式路面结构与工程应用

复合式路面是指面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面,近年来在我国也有较多应用,而CRC AC刚柔复合式路面的应用较少。论述了CRC AC复合式路面的结构组成、结构形式、结构力学特点与优点、层间界面结合技术以及近年来的工程应用等,阐明了CRC AC的结构受力特性、端部变形特性、层间结构与材料以及其适用条件。研究表明:CRC AC复合式路面具有良好的整体结构承载能力和使用性能,是一种可充分利用当地资源和材料、结构强度高、使用寿命长、经济性和耐久性好的资源节约和环境友好型的路面结构,是我国重载交通干线高速公路长寿命路面结构的型式之一,并在我国的道路工程中多次应用。     

交通拥堵的治本之道——城市不间断通行道路交通系统介绍

介绍了一种"城市不间断通行道路交通系统"。它是一个能够确保不会堵车的、高效快捷的智能化道路交通系统。这种交通系统没有红绿灯,车辆通行全过程不用停顿等候,排除了各种车辆通行的干扰因素,去除了各种交通瓶颈,避免了不同流向车流之间的交叉干扰,道路通行能力提高6倍以上,能自动保障公交、大中客车全天候畅行,能自动控制道路车流量。在这个系统中,还包括一个快捷高效的公交系统,确保乘坐公交上下班,主城区20 km路程包括换乘时间只需30 min。     

基于手机定位的交叉路口交通流数据采集方法

为了实现对城市道路交叉口交通流数据的全面采集、减少成本、提高效率,提出以手机为交叉口交通流信息获取源的思路。研究了将手机定位数据（运动速度、经纬度）转化为交通流数据的方法。通过检测空间和检测单元的确定,根据用户的运动速度和位置信息,按照步行、自行车、小汽车和公交车将不同手机用户的出行方式进行了准确判断,最终实现了交叉口交通量、车流流向和延误数据的自动采集。     

城市核心区地下道路规划设计研究——以成都市高新南区益州大道为例

随着城市规模不断拓展,特大、超大城市核心区交通需求旺盛,核心区路网结构性缺陷等导致交通需求与道路供给的客观矛盾.通过分析城市核心区内涵,研判城市核心区用地开发特征及典型交通问题,提出城市核心区地下道路规划策略.以成都市高新南区益州大道地下道路规划设计为案例,制定了城市核心区地下道路规划设计方案,可为特大、超大城市核心区...