中国桥梁工程学术研究综述·2021

为了促进中国桥梁工程学科的发展,系统梳理了近年来国内外桥梁工程领域（包括结构设计、建造技术、运维保障、防灾减灾等）的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了桥梁工程学科在新材料与结构体系、工业化与智能建造、抗灾变能力、智能化与信息化等方面取得的最新进展;然后分别对上述桥梁工程领域各方面的内容进行了系统梳理：桥梁结构设计方面重点探讨了钢桥及组合结构桥梁、高性能材料与结构、深水桥梁基础的研究现状;桥梁建造新技术方面综述了钢结构桥梁施工新技术、预制装配技术以及桥梁快速建造技术;桥梁运维方面总结了桥梁检测、监测与评估加固的最新研究;桥梁防灾减灾方面突出了抗震减震、抗风、抗火、抗撞和抗水的研究新进展;同时对桥梁工程领域各方向面临的关键问题、主要挑战及未来发展趋势进行了展望,以期对桥梁工程学科的学术研究和工程实践提供新的视角和基础资料。（北京工业大学韩强老师提供初稿）     

基于PumpLinx的鱼雷齿轮泵内部流场及流量特性的仿真分析

为研究转速与流体介质对齿轮泵性能的影响,运用PumpLinx软件对齿轮泵内部流场及其流量进行瞬态仿真分析,并与试验数据进行对比,分析转速与流体介质对齿轮泵内部压力场及输出特性的影响。数值结果表明:齿轮泵平均流量与试验数据吻合较好,入口流量随时间呈锯齿状波动,出口流量则呈波浪状的较小波动,而且流量脉动率随转速的增大而减小;齿轮泵内压力从低压腔呈阶梯状向高压腔过渡,且入口易因超低压而出现空化现象,导致其压力脉动率高于出口。此外,流体介质为水时的流量脉动率略低于油。研究结果为降低鱼雷齿轮泵的振动和噪声等危害提供了理论指导。     

独柱墩曲线桥钢盖梁加固方案设计

独柱墩桥梁由于其特有的结构特点和受力特性,存在倾覆风险,即有部分独柱墩桥梁倾覆能力储备不足,需要进行加固设计.结合工程实例,采用了增设钢盖梁和双支座方案,对钢盖梁建立了ASNYS精细化三维模型,通过优化设计,确定了合理的钢构件空间布置间距,各钢构件强度满足规范验算要求;同时,采用抱箍和锚固的方式,将钢盖梁连接于独柱墩,并对锚栓布设进行了优化设计,对锚栓钢材和墩柱混凝土承载能力进行了验算.本文可为类似独柱墩桥梁加固提供有益的技术参考和案例参照.     

采用后支点挂篮施工的双边箱主梁混凝土斜拉桥设计

某大桥主桥是一座主跨250 m的三跨双塔双索面斜拉桥,采用预应力混凝土双边箱主梁形式,桥面宽36.5 m,采用后支点挂篮悬浇施工,与国内常规的采用前支点挂篮悬浇施工的双边箱混凝土斜拉桥不同,后支点挂篮施工可减少斜拉索索力调整次数,施工监控难度较低,且能有效节省施工工期.结合施工单位的施工机具选择不同的施工方案,可节约工程造价.     

山区大跨双层钢桁梁斜拉桥总体方案设计

某山区大桥位于宜昌市五峰县渔洋关附近,是宜都至来凤高速公路(宜昌段)控制性工程,亦是省道242渔洋关绕城段公路关键工程.大桥桥位跨越典型的深切“V”型沟谷,拟采用主跨480 m双层钢桁梁斜拉桥.介绍了大桥的工程概况、主要技术标准及工程特点,并对大桥的总体方案设计进行了论述.     

城市道路T形交叉口设计要素研究

在城市交通系统中,平面交叉口是道路网的重要枢纽点,但同时也是拥堵和事故的多发点.而T型交叉口是城市道路交叉口中常见的一种类型,所以T型交叉口设计要素的分析研究对缓解城市道路拥堵、减少交通事故以及改善城市形象具有重要意义.从渠化设计、交通组织、竖向设计等方面分析了城市道路T型交叉口在工程实践中的设计要素,总结了城市道路T型交叉口的设计方法,并结合具体工程实例进行实践,取得了良好的效果.     

横向非对称钢拱桥设计及BIM应用

随着交通行业的发展,跨径大、复杂程度高的桥梁越来越经常被采用,BIM技术在此类工程中的应用越来越广泛.针对一座非对称钢拱桥的设计要点进行梳理,从设计角度概述此类桥梁的设计流程和设计难点,并采用BIM三维技术参与协同设计,论述BIM技术在设计过程中发挥的作用及价值.     

城市道路横断面规划设计方法及工程应用研究

随现阶段城市经济发展的提速,城市道路和建设范围内硬化面积逐年增加,导致城市透水面缩减,易在多雨季节引发城市内涝等灾害,给城市发展和居民生活带来了诸多问题。为降低城市内涝等问题的发生,在城市道路横断面规划设计过程中,结合海绵城市建设理念,提出对应的设计方法指导工程应用。首先明确了海绵型城市道路的设计目标;分析了各项LID措施在功能、控制目标、经济性、对周边地块的影响和景观效果等方面的特征;阐述了红线宽度在12~15 m、20~28 m、34~40 m、40 m以上道路的横断面设计方法。     

基于TD3算法的人机混驾交通环境自动驾驶汽车换道研究

提高人类驾驶人的接受度是自动驾驶汽车未来的重要方向,而深度强化学习是其发展的一项关键技术。为了解决人机混驾混合交通流下的换道决策问题,利用深度强化学习算法TD3（Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient）实现自动驾驶汽车的自主换道行为。首先介绍基于马尔科夫决策过程的强化学习的理论框架,其次基于来自真实工况的NGSIM数据集中的驾驶数据,通过自动驾驶模拟器NGSIM-ENV搭建单向6车道、交通拥挤程度适中的仿真场景,非自动驾驶车辆按照数据集中驾驶人行车数据行驶。针对连续动作空间下的自动驾驶换道决策,采用改进的深度强化学习算法TD3构建换道模型控制自动驾驶汽车的换道驾驶行为。在所提出的TD3换道模型中,构建决策所需周围环境及自车信息的状态空间、包含受控汽车加速度和航向角的动作空间,同时综合考虑安全性、行车效率和舒适性等因素设计强化学习的奖励函数。最终在NGSIM-ENV仿真平台上,将基于TD3算法控制的自动驾驶汽车换道行为与人类驾驶人行车数据进行比较。研究结果表明：基于TD3算法控制的车辆其平均行驶速度比人类驾驶人的平均行车速度高4.8%,在安全性以及舒适性上也有一定的提升;试验结果验证了训练完成后TD3换道模型的有效性,其能够在复杂交通环境下自主实现安全、舒适、流畅的换道行为。     

排阵式交叉口几何设计与信号控制协同鲁棒优化

针对排阵式交叉口在实际交通波动环境中存在车辆滞留排序区,运行效率稳定性难以保障的问题,提出了鲁棒优化方法,平衡交叉口运行的效率和稳定性。在分析排阵式交叉口运行特性的基础上,指出了其运行效率波动性与交叉口几何设计、信号控制、交通需求、饱和流率和运行车速这5个因素有关。确定了将交通需求、饱和流率和运行车速这3个客观波动因素作为模型的输入参数,将几何设计和信号控制这2个可受设计人员控制的要素作为模型的优化控制变量进行协同优化的模型框架。在此基础上,以交叉口车均延误条件风险值最小为目标,考虑了各流向车道数、信号相位相序、排序区车辆清空等方面的约束条件,构建了基于情景的鲁棒优化模型,并建立了遗传算法对模型进行求解。通过案例分析,对鲁棒优化模型的置信水平取值和算法准确性进行了分析,证明了算法可以使目标函数收敛到最小值,并基于蒙特卡洛模拟对优化效益进行了检验。研究发现,所建立的几何设计与信号控制协同鲁棒优化模型可实现在交通需求和供给的波动下,对排阵式交叉口的车道功能、排序区长度以及主、预信号控制进行协同优化。相较于确定性的设计方法,在平均延误层面基本维持原有水平,但对延误标准差和最大值有着较为明显的改善,案例中分别减少了48%和23%。