袁長偉，吳群琪，韋達利，等

公路運輸

考慮拒載的出租車市場平衡機制與優(yōu)化模型

袁長偉，吳群琪，韋達利，等

目的：出租車拒載行為給出租車市場中的供給、需求、服務水平等帶來了直接影響，并隨之對出租車市場總體規(guī)模、最優(yōu)價格、行業(yè)利潤率等帶來了復雜的影響作用，對行業(yè)管理部門的行業(yè)管制、政策制定帶來新的挑戰(zhàn)。論文構建神經(jīng)元S特性函數(shù)形式，討論存在拒載行為的出租車市場供需平衡機制，并構建考慮拒載的以社會福利最大化為目標的出租車市場優(yōu)化模型。方法：采用神經(jīng)元S特性Sigmoid函數(shù)形式定義出租車拒載函數(shù)，以每運次總費用，等候時間以及平均每運次耗時為參數(shù)來定義出租車需求函數(shù)。探討在存在拒載的出租車市場中的出租車供需平衡機制變化；通過微分方程求導分析，探討考慮拒載時出租車市場參數(shù)的變化情況。在政府管制下，出租車市場不存在超額利潤，此時以社會福利最大化為目標，探討出租車市場中的平均每運次費用、出租車規(guī)模、社會福利等參數(shù)的變化。結果：與不考慮出租車拒載時相比，考慮拒載時的出租車規(guī)模對等候時間和需求的影響上升了α倍（α為乘客對整體費用的敏感系數(shù)）。出租車司機調(diào)高預期利潤時，在擁堵交通環(huán)境下會導致拒載率增加，由此帶來乘客等候時間上升，出租車需求下降。當存在拒載時，平均每運次費用會增加；存在拒載時消費者剩余會下降，從而出租車需求總額下降，此時為了獲得最大化社會福利，需要擴大出租車規(guī)模，但此時獲得的社會福利會下降。對西安市出租車市場進行了分析，結果表明若每運次期望超額利潤為2元，當存在拒載行為時，出租車平均等候時間由0.1h上升到0.65h，而出租車需求約下降1.3×104運次；同時在社會福利最大化目標下，出租車最優(yōu)規(guī)模需由不存在拒載行為時的8426 veh上升到10839 veh，最優(yōu)價格基本保持不變，算例應用結果表明了拒載行為對出租車市場的復雜影響。結論：出租車市場供需平衡較一般的商品供需平衡更為復雜，拒載行為不僅降低了出租車可得性，同時使得出租車利用率下降，使得本來復雜的供需平衡機制產(chǎn)生了變化，因而在分析出租車的供需平衡時，必須考慮出租車拒載。論文考慮出租車拒載行為，能描述由此帶來的出租車供需平衡變化。提出的神經(jīng)元S特性Sigmoid函數(shù)模型能描述拒載行為對出租車市場帶來的復雜影響。

來源出版物：中國公路學報, 2014, 27(6): 91-97

入選年份：2014

凍融循環(huán)對壓實黃土濕陷變形影響的過程和機制

李國玉，馬巍，穆彥虎，等

摘要：目的：季節(jié)凍土區(qū)黃土路基工程在運行多年后出現(xiàn)不均勻沉降、局部塌陷、裂縫等病害，這一問題的實質(zhì)就是因壓實黃土的二次或多次濕陷而產(chǎn)生的。本文基于補水條件下的凍融循環(huán)試驗，探明凍融循環(huán)對壓實黃土濕陷變形影響的過程和機制。方法：試驗用土取自甘肅省蘭州市永登縣連霍高速附近（36° 36'34''N，103° 22'05''E）。制備干密度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、直徑10.1 cm的圓柱試樣。利用凍土工程國家重點實驗室研制的凍融循環(huán)儀對土樣進行凍融循環(huán)試驗。試樣頂板、底板和箱體溫度都用循環(huán)冷浴控制，頂板溫度在－6.7℃和27℃之間周期性變化，凍融循環(huán)周期為24 h，底板和箱體溫度均控制在1℃，底邊補水模擬現(xiàn)場可能的地下水補給。為精確測定土體沿垂直方向的熱狀況，每1 cm布置一支熱敏電阻溫度計，同時在試樣頂板安裝位移傳感器，監(jiān)測土樣的垂向變形。溫度和位移數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀采集，采集間隔30 min，溫度控制和位移傳感器精度分別為0.1℃和0.01 mm。凍融循環(huán)結束后在凍結狀態(tài)下快速分層測試土體含水量，在室溫下測試試樣上、下部的干密度、孔隙比和濕陷變形。結果：土樣在補水條件下進行不同次數(shù)的凍融循環(huán)試驗，實時監(jiān)測試樣頂部的變形和不同深度的溫度場分布發(fā)現(xiàn)：在凍融循環(huán)剛開始的時候，土體無變形，隨著頂板溫度變?yōu)樨摐?，土體從上向下逐漸凍結，變形增加，土體表現(xiàn)為凍脹變形；頂板溫度變?yōu)檎郎貢r，土體變形減小表現(xiàn)為融沉變形；在前幾次凍融循環(huán)內(nèi)，試樣凍脹量大于融沉量，土體總體表現(xiàn)為膨脹，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，土體變形總體趨于穩(wěn)定。一定次數(shù)凍融循環(huán)后測試土樣沿不同深度的含水量，分析土樣含水量重分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)：經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后，土樣含水量均明顯增加；在土樣中上部，含水量隨凍融次數(shù)的增加而增加，從底層到頂層含水量也不斷增大；經(jīng)歷不同次數(shù)的凍融循環(huán)后，土樣底部含水量在15.09%～17.9%之間變化，上部含水量在21.87%～28.47%之間變化；土樣頂層在凍融循環(huán)作用下，水分不斷向上遷移并逐漸向頂板聚集，導致土體上部含水量最大，這主要是由于溫度梯度引起的向上遷移的水分大于重力作用下向下遷移的水分，經(jīng)過多次凍融后，水分在土體中上部慢慢聚積。凍融循環(huán)結束后在土樣距頂板和底板約3～5 cm范圍內(nèi)切取2個環(huán)刀試樣，測試其干密度并計算孔隙比。隨著凍融次數(shù)的增加，土體干密度逐漸減小，且上部干密度減小更明顯，經(jīng)歷一定的凍融循環(huán)后，上部土體干密度變化逐漸緩和且趨于一個定值；隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，壓實黃土孔隙比逐漸增加，土體變得疏松，經(jīng)歷反復凍融循環(huán)的上部土體空隙比增加較快，下部土體孔隙比增加較慢。當試樣含水量接近采樣點附近運營多年后黃土路基內(nèi)部的實測含水量（其值為15%）時，利用黃土濕陷方法測試濕陷變形發(fā)現(xiàn)：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，土體濕陷變形逐漸增加，經(jīng)歷強烈凍融循環(huán)的上部土體濕陷變形增加速度較快，僅僅受到增濕作用的下部土體濕陷變形增加相對較小。結論：凍融循環(huán)作用下壓實黃土發(fā)生反復的凍脹和融沉變形，在凍融初期，土體凍脹量大于融沉量，總體表現(xiàn)為膨脹，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，土體總體變形趨于穩(wěn)定；補水條件和頂板封閉的凍融循環(huán)使得土體含水量逐漸增加且向頂板聚積；反復的凍融循環(huán)作用使得壓實黃土干密度減小，孔隙比增加，土樣變疏松，最終導致黃土濕陷變形增加。凍融循環(huán)和增濕作用引起的壓實黃土結構疏松和強度弱化是黃土地基和路基濕陷變形增加的主要原因。研究成果為季節(jié)凍土區(qū)黃土濕陷產(chǎn)生的原因和機制研究提供了一種新的思路和解釋，為黃土濕陷災害防治提供了科學依據(jù)。

來源出版物：中國公路學報, 2011, 24(5): 1-5，10

入選年份：2015

既有混凝土橋梁疲勞壽命與使用安全評估

王春生，周江，吳全友，等

摘要：目的：混凝土橋梁由于其諸多優(yōu)點在交通基礎設施中應用廣泛，而交通量激增、過重輪載和環(huán)境侵蝕等因素的耦合作用加劇了混凝土開裂、鋼筋疲勞與腐蝕疲勞等病害的形成，在此背景下，混凝土橋梁因交通荷載和環(huán)境侵蝕長期作用而造成的結構損傷不容忽視。為保證既有混凝土橋梁在設計基準期內(nèi)的安全運營，完善混凝土橋梁評估與維護技術體系，本文對既有混凝土橋梁疲勞壽命與使用安全評估開展了評估方法與實橋應用研究。方法：基于混凝土橋梁疲勞失效機理，提出了兩種混凝土橋梁疲勞壽命與使用安全評估方法：（1）提出了基于S-N曲線及Miner理論的評估方法，給出了應力譜獲取方式，確定了損傷度D的計算公式及臨界損傷值；（2）建立了基于斷裂力學的評估方法，選取控制混凝土梁橋疲勞壽命的縱向受拉主筋為評估對象，提出了鋼筋初始裂紋深度及臨界裂紋深度的確定方法與準則，應用Paris準則建立了鋼筋裂紋擴展計算公式。采用Visual C++語言編制了混凝土梁橋疲勞壽命評估程序，并進行實橋評估：通過現(xiàn)場監(jiān)測獲取受拉主筋疲勞應力數(shù)據(jù)，考慮橋梁實際運營狀況下鋼筋腐蝕、交通量增長等不利因素的影響，對七狼窩黃河大橋T型梁受拉主筋的疲勞壽命進行了估算。結果：（1）對七狼窩黃河大橋混凝土T型梁進行了24 h動應變監(jiān)測，得到梁底縱向受拉主筋應力譜，監(jiān)測結果表明該橋受拉主筋疲勞應力幅最大值為45 MPa；（2）基于S-N曲線及Miner理論評估疲勞壽命時，采用歐洲鋼結構協(xié)會（ECCS）抗疲勞設計規(guī)范中規(guī)定的鋼筋S-N曲線，考慮年交通量增長率為5%時，疲勞壽命為418年，若再考慮腐蝕因素對疲勞強度的折減（腐蝕折減系數(shù)為1.35），疲勞壽命下降為93年；（3）應用斷裂力學方法評估疲勞壽命時，假設得鋼筋初始裂紋深度為1.00 mm，計算確定鋼筋臨界裂紋深度為5.95 mm，依據(jù)本文建立的混凝土梁橋受拉主筋疲勞壽命估算的線彈性斷裂力學模型（LEFM），采用編制的專用疲勞評估程序，計算得到受拉主筋疲勞剩余壽命約為280年。結論：（1）基于S-N曲線和線彈性斷裂力學建立的混凝土橋梁疲勞壽命與使用安全評估模型經(jīng)過工程實例應用，結果表明本文提出的評估模型具有較好的可靠性與可操作性；（2）七狼窩黃河大橋T梁橋評估結果表明，采用Miner疲勞損傷線性累積準則能夠較好預測混凝土橋梁的疲勞使用壽命，考慮腐蝕影響時鋼筋疲勞壽命降低顯著；（3）利用LEFM方法計算的梁底縱向受拉主筋的疲勞剩余壽命大于該橋設計基準期（100年），但計算結果未考慮腐蝕等耐久損傷對疲勞壽命的影響；（4）建議在進一步的研究中應計入腐蝕等耐久損傷對鋼筋疲勞裂紋擴展參數(shù)的影響，從而實現(xiàn)基于斷裂力學的腐蝕疲勞裂紋擴展分析。

來源出版物：中國公路學報, 2012, 25(6): 101-107

入選年份：2015

正交異性鋼橋面板足尺疲勞試驗

王春生，付炳寧，張芹，等

摘要：目的：正交異性鋼橋面板因自重輕、極限承載力大、適用范圍廣、施工周期短等優(yōu)點被廣泛應用于大、中跨徑橋梁，但由于構造復雜、連接焊縫較多，在車輛荷載的直接反復作用下易發(fā)生疲勞開裂。為了研究正交異性鋼橋面板疲勞性能、提高設計制造水平，為工程應用提供技術依據(jù)，本文以中國某大跨徑斜拉橋采用的正交異性鋼橋面為工程背景，開展足尺模型疲勞試驗，對代表中國正交異性鋼橋面板制造水平的典型細節(jié)疲勞強度進行研究。方法：足尺模型設計過程中，采用ANSYS有限元程序對實橋正交異性鋼橋面板進行仿真模擬，對模型尺寸進行優(yōu)化設計。足尺模型選取單個車道的節(jié)段模型，橫向包括6個閉口梯形加勁肋，縱向為1個橫隔板，輪廓尺寸為3.6 m（橫向）×1.8 m（縱向），縱肋連續(xù)穿過橫隔板。橫隔板和下翼緣采用Q345B級鋼，其余部分采用Q345C級鋼制造。蓋板厚為14 mm，下翼板厚為12 mm，橫隔板厚為10 mm，縱向閉口加勁肋尺寸為300 mm×280 mm×8 mm，縱肋中心距為600 mm。疲勞試驗采用雙點加載方式，在加載橫梁和試驗模型之間放置單個面積為200 mm×300 mm的橡膠支座，用以模擬通過鋪裝傳遞的單胎車輪荷載。采用等幅疲勞加載，荷載范圍為50～250 kN，加載頻率為1.0 Hz。在疲勞敏感細節(jié)布置應變片監(jiān)測疲勞試驗過程中各細節(jié)的應力變化，同時采用放大鏡進行細節(jié)疲勞裂紋觀察。結果：當荷載循環(huán)次數(shù)累積到300萬次時，肋2與頂板連接細節(jié)應力發(fā)生突變；當荷載循環(huán)累積達530萬次時，在橫隔板與肋5和肋6連接的焊縫端部發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋。疲勞試驗結束時，累積循環(huán)次數(shù)達到1020萬次，加勁肋與蓋板連接部位出現(xiàn)了縱向疲勞裂紋，肋2和肋3外側腹板與蓋板連接的裂紋長度分別為90 mm、47 mm，且均穿透蓋板。加勁肋與橫隔板連接的焊縫端部出現(xiàn)了在焊趾處萌生并沿加勁肋腹板擴展的疲勞裂紋，而橫隔板挖孔自由邊處并未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的疲勞裂紋。結論：焊接殘余應力對正交異性鋼橋面板連接細節(jié)處疲勞性能的影響不可忽略，處于壓應力區(qū)的縱肋與橫隔板連接焊縫端部也出現(xiàn)了疲勞裂紋；疲勞裂紋隨荷載循環(huán)次數(shù)的累積逐漸增長，在疲勞裂紋擴展前期，裂紋的擴展速率較慢；當裂紋達到一定長度時，疲勞裂紋會快速增長；以測點應力發(fā)生變化為疲勞失效判據(jù)確定橫隔板與縱肋腹板連接焊縫端部疲勞細節(jié)的疲勞強度，其值大于AASHTO規(guī)范中D類細節(jié)和Eurocode 3中63類細節(jié)的疲勞強度；加勁肋與蓋板連接的疲勞強度等級大于AASHTO規(guī)范中D類細節(jié)和Eurocode 3中71類細節(jié)的疲勞強度；以發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋為疲勞失效判據(jù)確定橫隔板與縱肋腹板連接焊縫端部疲勞細節(jié)的疲勞強度，其值大于AASHTO規(guī)范中D類細節(jié)和EURCODE中80類細節(jié)的疲勞強度。

來源出版物：中國公路學報, 2013, 26(2): 69-76

入選年份：2015