- 朱正国;崔振伟;马超义;樊浩博;房学谦;丁祥;孙明磊;王志伟;
为提高泡沫混凝土的强度,制备三因素四水平正交配合比的钢纤维泡沫混凝土试块;通过孔隙率测定试验和单轴抗压试验,分析并推导分别考虑试块材料的原生孔隙率和泡沫孔隙率对其相对抗压强度影响的关系式;通过劈裂抗拉试验,分析并归纳试块材料的抗压强度和钢纤维体积率对试块材料抗拉强度影响的关系式;通过扫描电镜试验,发现试块材料的原生孔隙与泡沫孔隙的形态差异;通过三维复合式衬砌隧道模型在典型地震波荷载作用下的最大主应力模拟分析,对钢纤维泡沫混凝土初期支护的减震性能进行测试。结果表明:当总孔隙率一定时,相对抗压强度随泡沫孔隙率增大而减小,但随原生孔隙率的增大而增大;钢纤维泡沫混凝土的抗拉强度与其抗压强度和钢纤维体积率呈正比例线性关系;原生孔隙和泡沫孔隙对抗压强度的影响程度不同,须分类考虑二者对抗压强度的影响;水胶比为0.35、密度为1 550 kg·m-3、纤维体积率在0.9%~1%之间、水泥硅灰质量比为6∶4~9∶1之间的混合料可满足初期支护强度要求;钢纤维泡沫混凝土初期支护相比普通初期支护,减震率在26.1%~42.8%之间。
2022年03期 v.43;No.184 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1216K] - 王石磊;彭湛;李明;王光辉;许永贤;
为量化评估铁路碎石道床状态,采用高频雷达测试系统分别采集有砟轨道线路洁净道床和脏污道床数据并分析其雷达信号时频特性,基于雷达原始信号设计频谱域积分面积、扫描区域面积、时间轴交叉数、时域拐点数和希尔伯特变换后幅值包络5个道床状态表征指标,并进行指标有效性及敏感性分析。结果表明:高频雷达测试碎石道床枕底探测厚度达55 cm,满足道床检测需求;相对洁净道床,脏污道床 5个指标均存在变大现象,5 个指标均可有效表征道床状态;希尔伯特变换后幅值包络计算效率为 140 s·km~(-1),其他指标计算效率为5 s·km~(-1);在路基段及隧道段希尔伯特变换后幅值包络最为敏感,其次是扫描区域面积;在桥梁段时间轴交叉数最为敏感,其次是扫描区域面积;扫描区域面积能够适应路基、桥梁、隧道等不同的线下结构类型,综合敏感性较高。
2022年03期 v.43;No.184 8-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 2028K] - 卫星;戴李俊;温宗意;汪蓉蓉;胡喆;
随着高速铁路的发展,行车速度不断提升,对于声屏障的结构性能要求也逐步提高。基于数值分析方法,运用有限元软件 Midas Civil,建立 6 种常用结构形式插板式声屏障模型,进行 380 km·h~(-1)以上高速铁路插板式声屏障动力特性及响应研究。结果表明:不同结构形式的插板式声屏障在增设1 m高通透隔声板后自振基频减小;在车速为 380,400和 420 km·h~(-1)条件下,插板式声屏障立柱的横向位移、组合应力和纵向弯矩放大系数在未设置 1 m 高通透隔声板时均随车速的增大而增大,而在增设 1 m 高通透隔声板后则随车速的增大先增后减;在相同车速下,增设1 m高通透隔声板后,立柱的横向位移、组合应力和纵向弯矩放大系数均增大。针对增设1 m高通透隔声板的声屏障,设计时除需重点关注420 km·h~(-1)车速时的结构动力响应外,还需额外关注400 km·h~(-1)车速时的结构动力响应。
2022年03期 v.43;No.184 17-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1984K] - 石彤;张银花;高振坤;冯子凌;周韶博;杨光;
为研究 35~40 t轴重钢轨和焊接接头的适应性,在美国交通技术中心加速测试试验线开展此轴重条件下实车验证试验,分析钢轨伤损变化规律。结果表明:68 kg·m~(-1)U78CrVH钢轨在通过总质量为 254 Mt时曲线上股侧磨速率为 0.005 4 mm·Mt~(-1),在近 200 Mt 时出现 1 处轨头纵横裂型核伤,与钢质洁净度和轮轨关系相关,在科学养修条件下,U78CrVH 钢轨适应 35~40 t 轴重铁路;由于闪光焊接接头硬度高于母材硬度,接头磨耗不显著,其出现疲劳伤损的主要原因是焊筋尖缺口处存在大的应力集中,综合考虑磨耗和疲劳伤损,闪光焊接接头适应 35~40 t轴重铁路;铝热焊接接头出现明显的马鞍形磨耗和低塌,磨耗最大值为 0.62 mm,其出现疲劳伤损的最小通过总质量为 46 Mt,因初始硬度偏低,易产生磨耗和低塌,且为铸态组织,不适应 35~40 t轴重铁路。为此,通过提高钢质洁净度、减少铝热焊接接头数量以及研究更适合的焊接方式,可提高大轴重条件下钢轨和焊接接头的服役寿命。
2022年03期 v.43;No.184 26-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1434K] - 周志军;李伟;温泽峰;朱强强;罗易飞;
在调研和测试我国 8条采用 GJ-Ⅲ型扣件地铁轨道中钢轨普遍出现短波长波磨特征的基础上,采用隐-显式有限元法,建立并验证考虑钢轨短波长凹陷激励的三维轮轨滚动接触有限元模型;通过模型求解不同波长钢轨凹陷和车速激励下的轮轨高频振动特性,并结合模态分析法、力锤敲击法和白噪声激励法探明显著高频振动来源,从动力类成因角度解释采用 GJ-Ⅲ型扣件轨道的钢轨波磨形成机理和磨耗特征。结果表明:在 25~60mm 短波长凹陷和不同车速激励下,轮轨垂向力显著频率和白噪声激励下的钢轨垂向振动显著频率,与波磨通过频率吻合;车轮以75,85,95,103 km·h~(–1)速度滚过短波长凹陷钢轨后形成的钢轨不平顺显著波长分别为31.5,31.5和 40,40,40和 50 mm,与线路测试得到的钢轨波磨波长吻合;采用 GJ-Ⅲ型扣件轨道的波磨并非钢轨 1阶Pinned-Pinned共振引起,而主要是由 570~720 Hz内的钢轨垂向弯曲高频固有特性被激发所致。
2022年03期 v.43;No.184 37-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 1519K] - 高亮;姜涵文;
为了提高高速铁路车辆-轨道-桥梁空间耦合系统仿真结果的准确性,提出1种基于多目标优化的模型修正方法。以高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道为模型修正对象,建立高速铁路车辆-轨道-桥梁空间耦合系统模型,基于现场实测的轴箱加速度和仿真结果验证模型的可靠性。建立多目标模型修正函数,采用拉丁超立方法对模型参数进行灵敏度分析,获得待修正参数。基于多岛遗传算法,对多目标模型修正函数进行全局寻优,完成模型的修正。结果表明:修正后的仿真模型既能准确地反映轴箱加速度的时域分布特征,又能准确地模拟轨道及桥梁结构的动态响应,因而基于多目标优化的高速铁路车辆-轨道-桥梁空间耦合系统模型修正是有效和可行的。
2022年03期 v.43;No.184 50-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1154K] - 陈士通;张茂江;李然;许鑫祥;
针对多阶适时控制连接(MTC)装置,开展连接刚度计算和性能试验研究,并以某7跨连续梁桥为研究对象,运用ANSYS软件建立有限元模型,通过非线性时程分析,研究考虑行波效应时MTC装置对连续梁桥的减震效果。结果表明:不同程度地震动作用下,MTC装置可进入弹性、弹塑性、塑性、滑移的工作状态;MTC装置具有良好的滞回特性、耗能能力、承载能力及连接限位能力,其滞回曲线呈较为饱满的梭形,最大等效黏滞阻尼系数大于0.2,可承受300 kN以上荷载,且在加载过程中可提供一定连接刚度;不同程度地震作用时3种不同视波速下配备MTC装置的连续梁桥固定墩墩底剪力、弯矩及梁端位移的地震响应降低程度均在50%以上,MTC装置可明显提升连续梁桥结构的抗震性能;地震动视波速对MTC装置在连续梁桥中应用时的减震效果具有一定影响,长联大跨度连续梁桥应用MTC装置进行减震时有必要考虑行波效应影响。
2022年03期 v.43;No.184 58-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 2179K] - 陈成;罗启天;杨超;芮瑞;王晓壮;
为了从细观力学机理上研究路桥过渡段的劣化规律及其影响因素,采用离散单元 (DEM) 法生成轨枕与道砟模型,并施加相位荷载,通过多体动力学 (MBD) 方法建立相互独立的路基弹簧,实现对路桥过渡段中路基刚度变化的模拟,进而建立轨枕-道砟-路基过渡段耦合模型,进行不同路基刚度、列车速度、轴重以及桩基加固下过渡段不均匀沉降研究。结果表明:列车荷载作用下,路桥过渡段中过渡路基区沉降最大,普通路基区次之,桥面路基区最小;当列车车速由 94 km·h~(-1)增加至 281 km·h~(-1)、轴重由 16 t 提升至 32 t 时,过渡段不均匀沉降分别增大 60.9% 和 259.4%,轴重的影响更为突出;当列车车速为 94 km·h~(-1)和轴重为 16 t 时,采用刚度渐变路基或桩基加固软路基措施后,过渡段各路基区沉降均有减小,过渡段不均匀沉降分别减小 56.5% 和53.6%,验证了路桥过渡段采用搭板法与桩基加固法的合理性。
2022年03期 v.43;No.184 69-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1589K] - 刘淑红;范金录;朱永全;
为研究隧道工程中常见的非圆形毛洞围岩的应力和塑性区分布,采用复变函数方法,得到平面应变状态下受双向挤压应力作用的毛洞围岩应力解析解,并将其代入Drucker-Prager屈服准则,估算围岩的塑性区范围。以工程中常见的大断面双线铁路隧道为例,先通过搜索边界映射点的方法得到隧道毛洞的映射函数;再求得隧道毛洞附近围岩的应力分布,对推导出的非圆形隧道毛洞围岩应力解析解的正确性进行验证;最后分竖向挤压应力较小与较大2种情况,讨论侧压力系数对隧道毛洞围岩塑性区的影响。结果表明:离毛洞边4倍毛洞宽度处,应力值稳定,趋于所加荷载;当竖向挤压应力较小或较大时,侧压系数的改变分别会影响塑性区的位置或形状;拱腰处塑性区主要由竖向挤压应力产生,而拱顶与仰拱处塑性区则主要由水平挤压应力产生;在隧道设计和施工过程中,当围岩侧压系数较小或较大时,须分别在拱腰、拱顶与仰拱处加强支护。
2022年03期 v.43;No.184 78-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1079K] - 周中;胡江锋;刘撞撞;鲁四平;
为探究盾构隧道壁后注浆浆液在围岩内的渗透扩散行为,基于达西定律和流体力学,建立考虑与不考虑黏度时变性的浆液渗透扩散方程,并根据弹性力学原理,推导渗透压力作用下围岩的径向有效应力、切向有效应力和径向位移的计算方程;基于长沙地铁4号线盾构施工实测数据,借助Matlab软件对方程进行计算分析,提出壁后注浆对围岩的影响机理。结果表明:壁后注浆浆液在围岩中的扩散半径随注浆压力和注浆时间的增加而增大;当考虑浆液的黏度时变性时,浆液扩散半径会缩小,特别是在长注浆时间(40 min)情况下,浆液的扩散半径相对于不考虑黏度时变性时缩小34.9%;随着注浆压力的增大,渗透区土体的径向有效应力增大,切向有效应力减小,且随着围岩距隧道中心距离的增加,最终均趋于原位围岩有效应力;壁后注浆渗透压力使围岩产生的径向压缩变形量随注浆压力的增大而增大,当注浆压力为0.42 MPa时,围岩内部最大位移达7.81 mm。
2022年03期 v.43;No.184 86-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1052K] - 黄大维;罗仲睿;罗文俊;徐长节;石海斌;张丽;
现有的盾构隧道施工同步注浆材料流动性通常利用稠度仪进行测试,人为操作水平对试验结果影响很大,试验结果的随机性也很大,且试锥沉入深度与浆液在注浆管内的流动阻力并无直接关系。为此,研制了1套同步注浆材料流动性测试装置,利用该装置可直接测得浆液在注浆管内的压力损失;提出以注浆材料在注浆管中单位长度的压力损失作为注浆材料流动性评价指标,并以注浆材料中骨料颗粒的表面积与浆体的体积之比(简称“表体比”)作为分析注浆材料流动性的影响参数,推导出表体比计算式;采用研发的流动性测试装置对现场所用同步注浆材料及室内配制不同表体比的注浆材料试样进行流动性测试及对比分析。结果表明:研制的同步注浆材料流动性测试装置可行;注浆材料表体比为其流动性的主要影响参数;注浆材料在注浆管内单位长度的压力损失随着初始压力的增加呈近似线性增长;注浆材料中骨料(粒径大于0.075 mm的固体颗粒)含量越多即表体比越大,其在注浆管内单位长度的压力损失也越大。
2022年03期 v.43;No.184 94-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1075K] - 吴振宇;周利军;王东阳;张桂南;于兴宇;江飞明;周猛;
高速铁路动车组车载变压器采用单相分裂式绕组结构,4组高压绕组在油箱内部并联连接,导致无法独立测量各组的频率响应曲线,从而无法确定故障绕组。为解决上述问题,联合MATLAB软件与Maxwell软件,建立并验证考虑绕组相间电容的车载变压器频率响应优化模型;基于优化模型模拟不同故障绕组下多端口频率响应曲线演变规律,同时结合多条频率响应曲线的特征谐振点偏移规律识别故障绕组,解析故障绕组定位步骤,并进行故障模拟验证。结果表明:当靠近铁芯的外层牵引绕组出现故障时,高压绕组频率响应曲线不发生变化,但牵引绕组频率响应曲线变化显著,而当其他绕组出现故障时,高压绕组频率响应曲线均发生变化;当高压绕组出现故障时,牵引绕组频率响应曲线的第一谐振点和第二谐振点均向右偏移,而第三谐振点几乎不变;当远离铁芯的内层牵引绕组出现故障时,牵引绕组频率响应曲线的第一谐振点与第二谐振点均向左偏移,而第三谐振点则向右偏移。
2022年03期 v.43;No.184 103-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1656K] - 蔡园武;常崇义;陈波;林鹏飞;
由于轮轨滚动接触的复杂性,在有限的建模精度下用数值仿真很难指导实际运营,且现场试验成本太高。为解决这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,采用CR400AF型高速列车真实车轮和一系悬挂,在车轮踏面滚动圆处预制不同长度、宽度和深度的擦伤,进行不同车轮擦伤下0~400 km·h~(-1)速度范围内的轮轨冲击试验,分析车轮擦伤长度、运行速度对轮轨垂向力和轴箱振动加速度的影响规律。结果表明:轮轨垂向力最大值随车轮擦伤长度的增加而增加,在0~35 km·h~(-1)速度范围内随速度的增加逐渐增加,并在约35 km·h~(-1)速度时达到最大,然后随速度的增加逐渐减小;在车轮擦伤冲击下,轴箱振动加速度最大值的变化规律与轮轨垂向力最大值基本一致;从车轮擦伤安全限界分布发现,危险区为舌状分布,车轮擦伤后速度要尽可能避开 25~70 km·h~(-1)速度区间,擦伤长度大于60 mm时不建议上线运行。
2022年03期 v.43;No.184 114-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1138K] - 冯海龙;王博;李红梅;王域辰;史伟华;张骞;
站台雨棚作为铁路重要基础设施,当动车组正线通过时会激扰雨棚造成结构损伤。为研究外部载荷激励下雨棚的动力响应规律及其主要影响因素,建立某高铁车站站台雨棚结构动力仿真模型,仿真计算CR400AF型动车组以不同车速在雨棚中交会时的气动载荷和轮轨力。结果表明:动车组交会时产生的气动载荷和轮轨力与车速有关,随着车速提高气动载荷和轮轨力增大,且气动载荷与车速的平方成正比;雨棚靠近线路中心位置处所受的气动载荷最大,雨棚宽度、长度方向所受气动载荷极值近似于呈对称分布,气动载荷随雨棚高度的增加而减小;雨棚振动响应与车速有关,随着车速提高雨棚振动响应增大;同等速度级交会工况下,雨棚端部振动响应比中部大;气动载荷和轮轨力对雨棚振动响应影响程度不同,其中气动载荷起主要作用。
2022年03期 v.43;No.184 121-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1694K] - 陈民武;陈天舒;代先锋;廖红波;
为解决电气化铁路中的负序问题、电分相问题和再生制动能量回收问题,研究一种储能型同相供电系统。其采用模块化多电平变流器(MMC)作为同相补偿装置,以避免基于级联H桥结构的传统系统中存在的占地大和损耗高等问题,并接入储能装置。在分析主电路工作原理和储能型同相补偿装置工作原理的基础上,建立储能型同相供电系统模型;结合牵引负荷特性划分3种工作模式,包括再生制动、削峰和填谷模式,并以相关国标限值为约束,计算各端口参考电流;提出分层协调控制策略,其中端口电流控制协调不同工作模式间的快速动态切换,荷电状态(SOC)均衡控制提高储能容量利用率。算例结果表明:系统在牵引负荷的不同工况下完成了负序的有效补偿,并且通过SOC均衡控制实现再生制动能量的高效利用;与传统系统采用的储能母线接入方式和SOC均衡控制相比,所提出的系统具有可靠性高和控制简单的优点。
2022年03期 v.43;No.184 132-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 10605K] - 魏文军;李政;武晓春;
根据S700K转辙机动作功率曲线非线性、非平稳、能充分反映转辙机不同状态信息的特点,提出基于功率曲线时域特征和变分模态分解、排列熵和模糊聚类分析的S700K转辙机全周期状态诊断算法。获取典型功率曲线,计算其有效值、峰值因子和峭度因子作为时域特征值,用于描述功率曲线能量特征、冲击特性及概率密度;为弥补曲线类型中时域特征值差异不明显的特征表征,采用变分模态分解将功率曲线分解成具有不同频率特性的模态函数,计算不同模态函数的排列熵得到4个频域特征值;将时、频域共计7个特征值作为运行状态特征集,使用模糊聚类算法对特征集进行运行状态诊断,得到S700K转辙机的运行状态(正常、亚健康、故障和严重故障)。实例应用结果表明:对选取的60组曲线,本文算法诊断正确率为98.33%;故障库为30条曲线时,程序运行时间不超过1.3 s;采用该算法,无须对模型进行训练,便能准确有效地诊断S700K转辙机运行状态,适合S700K转辙机样本少的特点。
2022年03期 v.43;No.184 144-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 4467K] - 黄德青;蔡汉林;王青元;江明;金波;崔佳诺;
为降低地铁系统总运行能耗,考虑再生制动能量(再生能)的最大化利用,提出一种时刻表约束下的地铁列车协同操纵优化方法。首先,通过一种运行图时域等效切分规则,缩小优化的时间范围,并结合供电区段未利用再生能的时间分布特征,选定各列车应降低运行能耗的运行区间,得到列车区间操纵策略优化的一系列子问题;其次,针对每一个子问题,构建外部功率确定下的单车节能操纵优化模型,并利用一种在非均匀离散三维状态空间内寻优的动态规划算法对模型进行精确求解;最后,更新供电区段内列车操纵策略和列车群的总功率,从而实现整体迭代协同优化。以北京亦庄线某供电区段为例,验证所提出协同操纵优化方法的有效性。结果表明:与优化前总牵引能耗最小时的运行方式相比,该方法可降低4.01%的总运行能耗。
2022年03期 v.43;No.184 155-163页 [查看摘要][在线阅读][下载 1235K] - 郭垂江;孙小月;陈韬;陈春晓;陈钉均;
针对混合型货物作业点取送车作业问题,以最小化计划时段内调机取送车作业总时间(包括调机总走行时间、调机总等待时间和接发列车对调车作业的总影响时间)为优化目标函数,考虑不同货物作业点间调移作业要求的调机访问次序、同一货物作业点车组先送后取顺序、调机牵引能力限制、货物作业点容车数、批次作业的开始及结束时分等约束条件,建立混合型货物作业点取送车作业优化的通用模型。运用模拟退火算法作为主函数,嵌入逆序判断及处理函数、批次划分函数、批次作业车数判断函数和取送作业时间计算函数,对模型进行求解,并以作业形式具有广泛代表性的岳阳南站案例,对模型及算法进行验证。结果表明:模型能较好地对计划阶段内具有多种形式的取送车作业做出安排;优化后岳阳南站取送车方案的总等待时间为8 min,总影响时间为0 min,因而所提出的模型和算法是可行的和有效的。
2022年03期 v.43;No.184 164-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 985K] - 金波;郭佑星;王青元;孙鹏飞;冯晓云;
为降低城市轨道交通大小交路开行方案对时刻表和车底运用计划编制的难度,更好地服务不均衡客流需求,提出一种考虑大小交路的城市轨道交通时刻表与车底运用计划协同优化方法。先针对大小交路开行方案,以提升时刻表服务质量和降低车底运用成本为双目标,通过优化发车间隔、车底接续关系和大小交路开行次序,设计能够统筹时刻表和车底运用计划关系的约束条件,构建两者协同优化模型;再结合模型特点引入辅助变量,将其重构为混合整数线性规划模型,从而实现对模型的有效求解;最后依托广州地铁2号线实际运营数据,验证方法的有效性。结果表明:与原方案相比,优化后的方案可降低车底出入库次数约4.65%,降低总发车间隔偏差约94.80%;在长时段复杂交路计划下,优化方法仍可在兼顾时刻表和车底运用效率的同时实现一体化编制,从而有效降低不均衡客流下的列车运行计划编制难度。
2022年03期 v.43;No.184 173-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 1251K] - 李瑞;李平;代明睿;马小宁;李国华;
为破解超大视觉场景下人群密度估计的局限性,提出1种适用于铁路客站的多视角特征图投影融合的人群密度估计模型,包括多视角特征图提取处理和多视角特征图投影融合处理2部分。首先,对站内多路旅客视频图像分别进行多尺度特征提取,并引入注意力机制模块分离背景和前景人像,得到注意力密度特征图;再将不同视角下经过提取处理后二维的特征图投影到三维地面坐标系;然后,对投影后的特征图进行融合计算,实现整体融合特征图的密度估计;最后,在传统密度估计损失基础上增加注意力密度特征损失,设计得到损失函数。依托公开数据集和基于清河站的自建数据集,对比验证模型性能。结果表明:该模型在均值绝对误差上优于当前同类先进模型;引入的注意力机制模块进一步优化了模型对人群密度估计的效果;200次迭代后模型平均损失梯度下降逐步稳定,梯度策略设置合理,收敛效果较好;在清河站实际应用场景下,该模型能基于3个不同视角视频图像准确估计人群密度。
2022年03期 v.43;No.184 182-192页 [查看摘要][在线阅读][下载 1348K] 下载本期数据