桥面融雪除冰能量桩热泵系统换热效率现场试验

基于能量桩的桥面工程主动式融雪除冰技术作为一种新型桥面融雪除冰技术，具有环保、节能等技术优势。依托江阴市征存路观风桥市政桥梁工程，开展能量桩供热桥面板的换热效率与热-力响应特性现场试验。在桩基础和桥面板中分别预埋聚乙烯管作为换热管，通过水泵驱动换热管中的流体循环，提取浅层地温能供热桥面板；沿桩身深度方向和在桥面板中布设了温度-应变传感器，用于监测试验过程中相应位置的温度和应变。试验分析冬季工况下，一根20 m的能量桩供热20 m²的桥面板时，流体、桥面板、桩的温度变化以及桥面板和能量桩的热致应力分布。研究结果表明：根据现场试验条件，环境温度为-4℃时，20 m能量桩供热20 m²桥面板可保证桥面板表面温度始终高于0℃，即平均每延米能量桩热泵系统可保障1 m²桥面板不冻结；温度的改变使得能量桩和桥面板中产生热致应力，桩身最大轴向热致应力出现在桩深10 m （50%桩长）处，约为-1.05 MPa，为混凝土抗拉强度（2.0 MPa）的52.2%，桩身最大轴向热致应力的温度响应约为0.205 MPa·℃^-1；桥面板中最大热致应力为0.77 MPa，为混凝土抗压强度（26.8 MPa）的2.9%，热致应力的温度响应为0.086 MPa·℃^-1；能量桩上部受到最大正摩阻力为21.1 kPa，下部受到最大负摩阻力为13.3 kPa；试验结束时桩顶热致位移为-0.239 mm，约0.03%桩径。     

黏性土地基中摩擦型能量桩现场热响应试验

温度作用下摩擦型能量桩不仅会引起桩体热应力,而且会引起桩体位移。针对黏性土地基中摩擦型能量桩开展现场热响应试验研究,实测进/出口水温、桩体温度以及桩体热应变与热应力等变化规律;分析能量桩换热功率、桩体轴向约束应力、侧摩阻力、轴向相对位移以及中性点位置等热力响应特性。研究结果表明：试验条件下,3.0 kW恒定输入功率时,黏性土中能量桩（桩长24 m、桩径0.6 m、W形埋管）平均每延米换热效率约为30.5 W·m^-1;桩体轴向约束应力和最大相对轴向位移均在运行180 h后达到稳定期,其数值分别为-0.226 MPa·℃^-1和0.016 mm·℃^-1;侧摩阻力的中性点位置出现在桩顶以下约60%桩长附近。     

CFG能源桩用于混凝土路面除冰降温的试验研究

利用试验场足尺水泥粉煤灰碎石（CFG）能源桩，对模型混凝土路面冬季防冻除冰与夏季降温防护技术进行了试验研究，意在探索一种节能、环保、高效和经济的道路路面工程安全与耐久新技术。桩及模型混凝土板内均安装聚乙烯塑料管作为换热管，能源桩、混凝土板内安装有温度应变传感器测量换热过程中相应位置的温度、应变变化，混凝土板进出口水温、混凝土板表面温度分别由温度计、红外测温仪量测。试验主要分析冬季条件下，单根、双根能源桩供热一块混凝土板，以及在夏季条件下，单根能源桩降温一块混凝土板时，管路流体、混凝土板、桩的温度变化以及由温度引起的混凝土板、桩的应力应变变化。试验结果表明：冬季工况下，单根、双根能源桩可以使一块混凝土板表面温度保持在0℃以上，除冰效果显著；夏季工况下，单根能源桩对混凝土板降温，试验组与对照组混凝土板表面温差最大约为9.4℃，降温效果明显。能源桩和模型混凝土板在换热过程中，因温度改变会导致桩身和混凝土板中产生附加温度应力。桩身附加温度应力对桩结构完整性和安全性不会造成影响，而混凝土路面板的附加温度应力则总是与被加热或降温前的应力叠加使其总应力幅值降低，有利于混凝土路面板的安全性和耐久性。试验过程仅使用水泵为换热管中的流体提供动力进行循坏，不消耗其他任何形式能量，运营维护成本较低。     

桩芯介质对管式能量桩换热效率的影响

管桩在中国大部分地区已经取得了较多的应用，现阶段能量桩的发展已不再局限于传统桩基础中，管桩桩基中能量桩技术也逐渐得到应用。管桩式能量桩的传热模式有别于传统能量桩，可利用其内壁空腔，提高换热效率，不同桩芯介质条件下，管桩式能量桩的换热效率有较为显著的区别。采用室内模型试验和数值模拟的方法，测得不同桩芯介质情况下管式能量桩及其桩周土体温度场的变化规律，通过控制循环导管内导热液体的流速改变能量桩的循环模式，续而探讨分析不同桩芯介质及循环流速下管式能量桩在实际运行过程中的换热效率。研究结果表明：试验条件下，桩芯介质为水的管式能量桩换热效率要高于桩芯介质为干砂的管式能量桩，且其在循环稳定时的桩身温度变化值和桩周土体的温度变化值也高于桩芯介质为干砂的情况，表明不同桩芯介质对管式能量桩的桩土温度场有显著影响，进一步验证了可通过改变管式能量桩内壁空腔的介质来提高其换热效率的可行性；同时，结合数值模拟结果发现流速的增大可以提高能量桩的换热效率，但是影响较小，而提高能量桩运行时的流速需要耗费额外的能源，表明在实际工程应用中通过提高流速的方法增加能量桩的换热效率具有较低的经济性，实际运行中的能量桩其流速满足建筑制冷供暖需求即可。     

桥面铺装内置碳纤维发热线施工技术研究

以南昌市南外环高速公路新建项目的桥梁工程试验段为工程背景,采用内置并联式碳纤维发热线对桥面铺装进行融雪除冰,提出了桥面铺装内置碳纤维发热线施工技术要求,分析了其应用情况。结果表明,在试验时气候环境条件下预热20h后,5cm发热线布置间距区域的桥面温度比10cm发热线布置间距区域的桥面温度上升更快;桥面结构具有一定的保温效果,积聚在桥面内部的热量不易全部散失,通过这种加热后效作用对桥面进行融雪化冰可节约电能;在气温低、大雪和大风情况下,需提高碳纤维发热线铺装功率,推荐铺装功率不低于500W/m~2。     

大跨桥梁油罐车燃烧火灾模型计算方法研究

桥梁上油罐车燃烧可分为油罐车火灾和燃油泄漏油池火灾2种,为了建立2种定量分析的火灾模型,基于火灾学原理,采用理论分析与FDS数值模拟相结合的方法,提出了考虑危化品种类、桥面风、油罐车尺寸等因素的油罐车火灾最大热释放速率定量计算方法;建立了燃烧油池最大直径、扩散时间以及直径扩大速度的求解方程,提出了可表征不同泄漏孔径下油池扩散、燃烧动态过程的数学模型,并通过前人的试验结果对模型的正确性进行了验证。通过对依托工程的分析,结果表明:油罐车火灾时,最大热释放速率与桥面风速正相关,但增长幅度逐渐减小,风速从4.96 m·s^-1增至10.84 m·s^-1时,最大热释放速率的变化范围为62.89~113.54 MW,随风速增加至10.84 m·s^-1,燃烧时间逐渐变短,缩短至原来的57%,火焰高度逐渐降低,趋近于9.5 m(含油罐车高度);火焰核心区域随风速增大而增大,且向下风向倾斜。泄漏油池燃烧时,泄漏孔径的变化对热释放速率和油池扩散时间影响较小;泄漏速率比接近于泄漏孔半径的平方比,油池最大直径比、扩大速度比与泄漏孔半径比相当,燃烧时间随泄漏孔半径的增大而减小,减小速度变缓;随着燃烧油池直径增大,火焰高度增加,火焰核心区域增大;当扩散至最大直径时,其火焰的水平影响区域比油罐车燃烧更广,但燃烧时间更短。     

新型组合桥面板UHPC收缩效应足尺试验

针对钢-UHPC组合桥面板中UHPC的收缩效应，进行了3个不同钢-UHPC面积比的组合桥面板节段足尺试件和UHPC自由收缩试件的养护全过程应变及温度测试，分析了收缩应变发展规律及蒸养温度的影响。基于所得UHPC自由应变、组合桥面板UHPC约束应变和时变止效应方法，求解了养护过程的UHPC弹性模量和组合桥面板收缩应力。结果表明：(1)UHPC总自由收缩约为756×10^-6,蒸养的UHPC内部温度愈高，收缩完成愈快；以自收缩时间零点算起，-1 h开启蒸养，龄期5 h的UHPC内部温度达90℃以上，持续蒸养48 h,则龄期5、25、35 h时分别完成总收缩的52%、82%、91%以上，龄期12 d时收缩全部完成；(2)UHPC弹性模量、组合桥面板收缩应力与收缩应变的发展规律基本一致；(3)整个养护过程，钢-UHPC组合桥面板的UHPC收缩应力远小于其当时的轴心抗拉强度，不会产生收缩裂缝，与观测现象相一致；(4)钢-UHPC组合桥面板的UHPC上缘约束收缩拉应力值为2 MPa左右，与静载试验所得钢-UHPC组合桥面板负弯矩的开裂应力较轴心抗拉强度减少值基本一致；(5)基于...     

基于热管技术的机场道面融雪性能试验研究

为准确分析基于热管技术的机场道面融雪系统工作性能，综合考虑地热能、机场道面、热管间的传热特性，建立了热管加热融雪道面足尺试验系统；基于长期实测数据对融雪系统的道面融雪性能、温度场分布特性及其影响因素进行了分析；并在此基础上，通过研究融雪系统地下土壤热源热量长期消耗及回补特性探讨了融雪系统的可持续性工作性能。研究结果表明：基于热管技术的机场道面融雪系统可在冬季不改变道面温度分布特性的基础上，自动提高道面温度约15℃，有利于抑制道面结冰并融化道面积雪；在热管道面融雪过程中，当道面无雪率超过40%后，道面融雪过程将进入加速期；减少热管与道面表面的竖直距离，降低相邻热管间的水平间距均可改善热管道面温度分布规律，并有效提高道面融雪效率，而热管直径的变化对道面融雪性能影响相对较弱；随着气温降低，热管道面融雪效率逐渐下降，且当气温低于-9℃时，热管道面融雪性能受到较大限制；积雪经过适当压实作用，可缩短热管道面融雪时间；冬季地下热管的取热作用使得地下土壤温度约降低10℃，而夏季地下土壤温度逐渐恢复，随时间大致呈周期性变化，表明地下土壤可为热管道面融雪系统长期提供热量，持续保障热管道面融雪性能，实现机场道面冬季安全运行。     

低温和常温环境下 EGR冷却器积碳台架试验对比研究

为研究发动机低温和常温环境下EGR冷却器积碳的差异性，以两台相同型号和配置的国Ⅵ柴油机为试验对象，设计了常温 （25 ℃）、低温 （-8 ℃） 两种不同环境温度下EGR积碳发动机896 h台架试验。结果表明，低温环境下EGR冷却器的积碳程度和速度均大于常温，换热效率下降幅度和压力损失增大幅度均大于常温；EGR冷却器积碳导致的换热效率下降是试验后NOx、PM排放增大，HC排放减小的主要原因，冷却器换热效率下降越严重排放变化越明显；HC的冷凝会导致废气中 HC浓度的下降，排气温度和冷却介质的冷却能力都对 EGR管道内 HC浓度的下降有影响，但是冷却介质的冷却能力起主导作用。     

明珠湾大桥主桥正交异性钢桥面板疲劳性能及寿命评估

为保证广州明珠湾大桥主桥疲劳性能及寿命满足要求，根据该桥正交异性钢桥面板设计尺寸和构造，采用与施工现场相同焊接条件，制作8个足尺单U肋模型并进行疲劳试验，确定桥面板的疲劳破坏关注点及其疲劳寿命曲线；建立桥面板有限元模型，分析实际车辆荷载作用下桥面板的疲劳力学性能，并根据名义应力法确定该桥钢桥面板的疲劳寿命。结果表明：桥面板U肋与顶板焊接位置、U肋与横隔板围焊位置为疲劳易损部位，循环次数为5×10⁶次时，两处常幅疲劳极限分别为42.04 MPa和60.30 MPa;桥面板U肋与顶板焊接位置最大应力幅为14.02 MPa,小于常幅疲劳极限，可不考虑疲劳寿命；U肋与横隔板围焊位置最大应力幅为64.73 MPa,大于常幅疲劳极限，桥面板疲劳寿命为158年，满足大桥设计基准期100年的要求。     

自发热机场沥青混凝土道面融雪化冰试验研究

通过对铺装了导电体的自发热机场沥青混凝土道面进行化冰试验与融雪试验（初始温度为-10 ℃、导体控制温度为50 ℃、设置和不设置隔热层），得出了融雪化冰所需时间和设置隔热层能够提高能量利用率的结论。运用有限元软件融雪化冰分析，与试验结果对比，验证了试验结果的正确性。并对下一步研究工作提出了建议。     

铜基SAPO-34催化剂原位合成及台架性能研究

使用磷酸三乙胺为结构引导剂与磷源,原位制备Cu/SAPO-34-z催化剂,考察其经800℃-10%-24 h条件处理前后的催化活性,结合XRD,SEM,TG,BET等表征手段分析理化特性,并进一步验证其发动机台架性能。结果表明：磷酸三乙胺制备的SAPO-34分子筛结晶度更高,比表面积达到了682 m²/g,粒径集中分布在1～3μm;焙烧过程中,由于铜铵络合物分解,致使350～450℃区间内失重加剧;高温水热处理对Cu/SAPO-34-z催化剂低温活性影响较小,温度窗口由173～515℃劣化至173～445℃。台架性能测试结果显示：自制SCR样件200℃时NO_x转化率超过90%,220～450℃接近100%,即使空速增至60 000 h^-1,NO_x转化率仍超过98%;温度对氨存储量的影响远大于空速,3种空速下温升导致的降幅分别是86%,86%,57.5%;氨存储率越高,NO_x转化率越高,且变动幅度受温度与空速影响越低;空速越高,氨逃逸量越高;温度越高,尿素停喷前后氨逃逸量差值越小...     

公铁两用桥公路组合桥面板车辆荷载试验

公路桥面板直接承受反复车轮荷载，活载效应大，疲劳破坏风险大，已成为桥梁工程领域不可忽视的问题。为研究新型平钢板-PBL组合桥面板的初始应力状态和长期车辆荷载作用下的活载应力响应，以某新建公铁两用钢桁梁桥为工程背景，利用3轴施工车辆进行单车静载、单车动载和双车并行动载试验，通过预埋钢弦应变计和电阻应变片测量桥梁跨中截面和支墩截面的应变，并建立桥梁有限元模型分析桥面板在各种工况下的受力。研究结果表明：桥梁服役之前跨中截面和支墩截面桥面板分别处于受压和受拉的初始应力状态，支墩截面即使采用分段浇筑拉应变仍达101.8×10^-6,存在较大的开裂风险；车辆荷载在桥面板大部分部位产生附加压应力，但在主桁附近横桥向产生附加拉应力，车辆长期作用下主桁附近桥面板有纵向开裂风险；桥面板各测点的影响线长度较短，大多为20 m左右，小于2个节间长度，试验车辆每次通过产生1个较大的应力循环；活载引起的实测应变幅值最大为34.6×10^-6,考虑弯曲应变沿板厚的分布梯度，相应部位桥面板顶、底面的最大应变幅值为51.9×10^-6,有可能引起疲劳失效；有限...     

无人驾驶汽车路径跟踪控制方法拟人程度研究

无人驾驶汽车路径跟踪控制是无人驾驶汽车运动控制的核心所在,目前常用的路径跟踪模型主要以路径跟踪精度为主要控制目标,在很大程度上忽略了无人驾驶汽车的乘坐舒适性和控制的拟人程度。为了研究无人驾驶汽车路径跟踪控制算法的拟人程度并提高乘坐舒适性,基于转向几何学、汽车运动学和汽车动力学理论建立实车中常用的4种路径跟踪模型,提出以路径跟踪过程中的最大横向加速度a_ymax和方向盘转角平方和δ_w²共同表征路径跟踪模型的拟人程度和横向乘坐舒适性。基于驾驶人实车换道试验数据,建立多项式拟人换道参考路径,搭建CarSim/Simulink联合仿真模型,并对其进行不同车速下的车辆换道试验。研究结果表明：路径跟踪模型的横向循迹偏差均会随着车速的提高而增加,但都能较好实现路径跟踪;带预瞄路径跟踪模型和动力学前馈最优LQR路径跟踪模型拟人程度较好;汽车运动学路径跟踪模型的乘坐舒适性最差,方向盘修正激烈;在100 km·h^-1,a_ymax>0.7 m·s^-2,δ_w²>2.7×10³时,拟人程度最差;不带预瞄路径跟踪模型循迹精度最高,且拟人程度最高,乘坐舒适性最好,120 km·h^-1时,a_ymax ≤ 0.5 m·s^-2。     

钢箱梁桥面铺装体系结构优化研究

采用有限元分析的结构优化设计方法对钢箱梁桥面铺装体系进行整体优化研究。建立钢桥面铺装体系的有限元模型,选择包括钢板厚度、梯形加劲肋刚度、横隔板间距、铺装厚度等结构参数作为设计变量,建立铺装最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力、加劲肋挠跨比、钢桥面板最大拉应力等指标的约束条件,采用零阶方法进行优化计算。结果表明,优化设计可以节省材料,降低造价。通过减小梯形加劲肋间距和横隔板间距,增大桥面板厚度和梯形加劲肋高度,可改善铺装的受力状况。     

网联环境下高速公路辅助驾驶车辆编队评估

为评估智能网联环境下高速公路辅助驾驶车辆编队的效果，首先基于V2X （Vehicle to Everything）和智能驾驶人模型（Intelligent Driver Model，IDM）对网联环境下的车辆跟驰行为进行建模，并对其进行参数校准；其次从安全性评价指标和通行效率两方面构建编队效果评价体系；然后通过VISSIM和VBA联合仿真，改变编队的车道、交通流量、网联车渗透率等变量进行试验。仿真结果表明，网联环境下车辆辅助驾驶编队在不同层面对于安全性与效率性都有提升；最后以不同期望速度在网联环境和非网联环境下分别进行实车辅助驾驶编队试验，以验证评价指标体系以及仿真试验的有效性。其中，实车试验结果显示，期望速度为70 km·h^-1时，网联环境下的辅助驾驶编队通行效率比非网联环境提升56%，90 km·h^-1时提升37.2%，110 km·h^-1时提升39.8%。通过与仿真试验结果对比，表明网联环境下车辆辅助驾驶编队对交通流安全性有一定程度的提升。     

乘用车聚丙烯保险杠的材料性能现状研究

以随机抽样研究形式,对当今乘用车市场上的聚丙烯保险杠进行了主成分含量、拉伸性能、失效冲击性能、热稳定性等材料性能的研究。结果表明:聚丙烯保险杠的聚合物主成分含量比例均在75%以上,并且95%以上的样品在常温和热老化后的拉伸强度分布于15～20 MPa之间;80%以上的样品悬臂梁缺口冲击强度介于30～40 kJ/m²之间,落锤失效高度在400～700 mm,对应的失效能量范围为12～20 J;90%以上的样品负荷热变形温度范围主要集中在50～80℃,而80%以上的热膨胀系数则在40～60℃^-1之间。     

南京大胜关长江大桥铁路钢桥面设计与研究

京沪高速铁路南京大胜关长江大桥为主跨336 m的连续钢桁拱桥,设计速度目标值300 km/h,铁路桥面需要较高的刚度和整体性.对纵横梁铁路桥面、正交异性板整体桥面进行分析、比较和论证,由于与主桁共同作用使纵横梁桥面的横梁产生较大的侧向弯矩,须设置伸缩纵梁和桥面断缝,不利于高速铁路行车和维修养护,因此采用整体性和刚度更好的多横梁正交异性板整体钢桥面.试验研究表明,正交异性钢桥面板的整体受力和疲劳性能都满足规范要求.     

基于WO3阵列的高效PEM电解水铱负载电极

PEM电解水阳极面临高电位强氧化的环境，同时受限于金属铱的高昂价格，开发低成本、高活性与稳定性的析氧电极面临巨大挑战。本文通过操作简单的浸渍法在WO₃阵列表面进行铱负载，得到的Ir@WO₃电极在PEM电解水析氧电极中具有较高的活性与应用化价值。通过优化铱前驱体的浸渍量，当载量为0.15 mg_Ir·cm^-2时，电极呈无序多孔结构，铱在电极表面均匀分布。单电解池测试膜电极2.0 V下性能达到2.3 A·cm^-2，此时铱质量比活性提高至15.5 A·g_Ir^-1，传质极化区域tafel斜率降低至360 m V·dec^-1；相比商业化铱黑喷涂电极，WO₃阵列载体的电极在提高催化剂质量活性与降低电极的传质极化方面具有优势。本研究提供的电极制备方法与性能研究思路对于发展低成本高活性PEM电解水膜电极具有一定的价值。     

环形交叉口待行区设置与信号控制方法

为解决环形交叉口左转通行能力不足的问题，提出一种借助内侧环道与外侧环道设置左转待行区和直行待行区，并建立环道交通信号与进口道交通信号协调控制的环形交叉口信号控制方法。在饱和度等约束条件下，基于进口道停车线和环道停车线后不同的交通状态建立相应的延误计算模型，以延误最小为优化目标建立信号控制参数优化模型。案例分析表明：当左转交通量低于左转二次停车控制法适用的左转临界值时，所提出方法的延误较高；而当左转交通量高于该临界值时，左转二次停车控制法的延误快速上升并高于所提出方法的延误，且将导致环道锁死，而采用该方法仍能稳定运行，验证了提出方法的有效性。进一步分析进口交通量、不同类型环道数量和环岛半径等差异对所提出方法控制效益的影响，结果表明：随着环形交叉口进口交通量增大，该方法适用的临界左转比例随之降低；当进口交通量的左转比例低于临界左转比例时，交叉口处于非饱和状态且延误低；反之，交叉口处于过饱和状态且延误高。当左转交通量高于450 veh·h^-1时，增加左转环道有利于降低车均延误；而当直行交通量高于1 150 veh·h^-1时，增加直行环道效果更佳。当进口交通量小于800 veh·h^-1时，环岛半径对交叉口延误影响不大；而一旦进口交通量高于800 veh·h^-1后，环岛半径对车均延误的影响随进口交通量的增长愈加显著，环岛半径越大，交叉口车均延误就越高。