- 温宗意;肖林;张永琦;卫星;任万敏;
为研究变刚度组合连续梁的有效宽度，采用有限元软件AnsysAPDL建立3跨变刚度组合连续梁空间有限元模型，计算组合梁关键截面混凝土板的有效宽度和纵向应力分布，进行4种常用中外规范的适用性评估，以及变刚度区域底板混凝土构造和钢与混凝土界面的抗剪刚度对混凝土顶板有效宽度和纵向应力分布的影响分析。结果表明：在边跨跨中截面和中跨支座截面，用英国规范和日本规范计算出的混凝土顶板有效宽度与有限元的计算结果较为吻合，差距在15%以内；在中跨支座附近的变刚度段内，底板的栓钉抗剪刚度变化只对中跨截面顶板的有效宽度有影响；全桥栓钉的抗剪刚度退化至0.1倍初始刚度之前，对顶板的有效宽度和纵向应力分布影响较小，变化在5%以内；当各关键截面栓钉抗剪刚度分别降低时，仅相应截面处的有效宽度和顶板纵向应力分布受影响，相同退化条件下，支座截面受影响最大。
2022年04期 v.43;No.185 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1109K] - 郭文华;段彬鑫;张廷奎;
以某主跨为400 m的双塔双索面斜拉桥为例，基于ANSYS和SIMPACK联合仿真分析平台，运用带悬挂系统的多刚体建立高速列车模型，应用三维有限元建立斜拉桥模型，采用Maxwell非线性力学模型模拟黏滞阻尼器，输入轨道不平顺和修正后的El Centro地震波，进行地震作用下车桥耦合系统振动分析，研究地震强度和黏滞阻尼器参数对车桥动力响应的影响。结果表明：耦合系统振动响应随地震强度的增大而增大，地震强度对耦合系统横向响应的影响大于竖向，列车脱轨系数和轮轴横向力在地震强度超过0.10g后增速明显加快；设置横向黏滞阻尼器后，耦合系统的横向动力响应均有明显下降；能起到减小耦合系统振动响应的阻尼器参数为速度指数α在[0.3,0.6]、阻尼系数在[4 000,8 000] kN·（m·s~(-1)）~(-α)的任意组合，耦合系统减震效果最优的阻尼器参数组合为速度指数取0.6、阻尼系数取8 000 kN·（m·s~(-1)）~(-α)，此时减震率平均值为38.3%。
2022年04期 v.43;No.185 9-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1212K] - 张熙胤;于生生;王义;王万平;丁明波;马华军;
以西北季节冻土区广泛采用的挖井基础桥墩为研究对象，运用ABAQUS有限元软件，建立土-挖井基础-桥墩相互作用体系有限元模型，通过拟静力模型试验验证其合理性，并基于该模型分析季节冻土区铁路挖井基础桥墩的地震破坏特征及抗震性能影响因素。结果表明：在地震作用下，存在季节冻土层时浅埋挖井基础桥墩的破坏模式从无冻土时基础周围土体的破坏转变为桥墩本身不同程度的破坏；与非冻结条件相比，存在0.2和0.4 m厚冻土层时，土-挖井基础-桥墩体系的峰值荷载分别提高了约76%和148%，累积耗能增加了约121%和167%；当表层冻土完全融化时，体系的峰值荷载下降接近70%，累计耗能仅为0.4 m厚冻土层时的21.4%；基础埋深的增加可有效提高季节冻土区挖井基础桥墩的抗震性能，但也会增加桥墩混凝土的破坏程度；墩身配筋率对埋深较小的挖井基础桥墩水平承载力影响较小。
2022年04期 v.43;No.185 18-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2271K] - 李学斌;
针对国内外相关规范及研究人员提出的节段拼装梁抗剪承载力计算式差别较大的问题，结合24 m预制混凝土节段胶接缝拼装梁的静载试验，进行节段拼装梁抗剪承载力计算研究。结果表明：在对节段拼装梁进行未开裂接缝截面的抗剪承载力计算时，计算面积应取腹板面积；依据研究人员提出的接缝截面抗剪承载力计算式计算的结果均偏大，应考虑合理的折减；铁路规范、公路规范和轨道交通技术标准中提供的斜截面抗剪承载力计算式可用于节段拼装梁实体段和接缝截面的抗剪承载力计算，计算结果偏安全；在对铁路、公路、城市轨道交通和城市桥梁的节段拼装梁进行接缝截面抗剪承载力计算时，可取国内各规范斜截面抗剪承载力计算值与美国《节段式混凝土桥梁设计与施工指南》计算值中的较小者。
2022年04期 v.43;No.185 30-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1387K] - 赵伯明;王潇;王子珺;
针对既有方法计算盾构掘进施工引起的地表变形时没有考虑盾构俯仰角、隧道轴线倾角等施工角度影响的问题，基于修正源汇法公式和明德林解，推导建立考虑施工参数、地层参数的盾构掘进过程中地表变形的修正计算方法。以武汉地铁6号线工程实例为背景，将该方法与既有理论计算和数值模拟结果进行对比；在证实该方法有效性的基础上，进一步探讨施工角度对地表变形的影响规律。结果表明：随着掘进距离增大，来自施工角度的影响逐渐明显；不同施工角度下，地表变形主要差别出现在沉降槽最低部位；施工角度越大，隧道轴线上方地表变形越大，且最大沉降位置出现于开挖面后方约25 m处；不同施工角度下盾构掘进地表变形不同，施工角度分别取0°与3°时的地表变形最大相差约5 mm。修正计算方法考虑了施工角度对地表变形的影响，从而完善了盾构掘进施工中的既有计算方法。
2022年04期 v.43;No.185 41-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 4450K] - 孙三祥;王文;李国良;李雷;李宁;
为分析隧道内出碴车行驶时产生的二次扬尘对施工环境的影响并研究其扩散规律，依托采用钻爆法施工的敦格铁路某高海拔单洞单线特长隧道建立三维数值模型，并通过现场实测进行验证；以出碴车速度、隧道底面积尘负荷2个因素为变量，基于现场数据设置9种工况，对通风条件下出碴车在高海拔隧道中行驶产生的气流速度场和扬尘浓度场进行三维非稳态模拟；根据模拟结果，进行扬尘浓度与出碴车速度、底面积尘负荷扬尘浓度、扬尘浓度沿程分布的关系拟合。结果表明：出碴车行驶过程中，环隙流和尾部涡流是隧道底面积尘上扬扩散的主要原因；出碴车后部二次扬尘浓度与出碴车速度、隧道底面积尘负荷均呈沿程递增的二次函数关系；隧道底面积尘负荷一定时，自出碴车启动后25 s至驶出隧道的时段内，二次扬尘平均浓度沿程符合玻尔兹曼分布；出碴车速度、行驶时间是影响隧道内二次扬尘浓度分布的主要因素，确定合理的车速有利于缩小二次扬尘的扩散范围。
2022年04期 v.43;No.185 53-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1457K] - 许鹏;伍毅敏;严晓东;梁炜明;胡凯巽;
针对严寒地区高速铁路隧道的冻害设防，依托哈牡高铁治山隧道和虎峰岭隧道，监测并研究其温度场分布规律；基于监测结果，采用数值模拟方法分析初支与二衬间5 cm厚保温层的有效性。结果表明：2座严寒地区隧道的进口温度呈日周期循环，隧道洞口气温下降过程时长约占全天时间的3/4，升温过程时长约占1/4；隧道内温度沿纵向多呈不对称分布，且冬季隧道全线范围均会出现负温；当隧道外处于-32℃的酷寒天气时，长2 555 m的治山隧道所有监测断面全天温度均在-5℃以下，而长8 755 m的虎峰岭隧道均在0℃以下且中部断面全天温度均在-1.5℃以下；初支与二衬间设置5 cm厚保温层效果显著，当根据监测断面温度拟合得到的年平均温度在0℃以上、年温度振幅在11℃以下时，可防止保温层背后不冻结；日周期温度波动只影响二衬结构的温度场，在高铁隧道保温层设计和计算中可以忽略不计。
2022年04期 v.43;No.185 64-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1496K] - 徐强;宋玉香;樊浩博;谭信荣;杨海宏;
为解决岩溶地区富水型隧道运营时易发生的衬砌病害，依托郑万高铁高家坪岩溶隧道设计优化排水方案，并开展模型试验研究；在考虑岩溶均质地层条件下不同水头高度带来影响的基础上，分不排水、常规排水和优化排水3种方案，揭示富水岩溶隧道分别沿纵向和断面的衬砌水压力分布特征。结果表明：常规排水和优化排水2种方案下，设置了纵向排水措施的各测点处衬砌水压力变化均不明显，但其余测点则越靠近环向排水管衬砌水压力越小，且环向排水管之间各测点处的纵向衬砌水压力呈倒“V”型分布；常规排水方案下，墙脚处水压力的优化效果最好，但仰拱中心处衬砌水压力较大且折减不明显，水压折减系数仅为0.1～0.15；优化排水方案下，不仅各测点处的衬砌水压力进一步减小，而且仰拱中心处折减明显，折减系数达0.9；优化排水方案对衬砌水压力有更好的优化效果，能够针对性地解决现有常规排水方案下隧道仰拱处水压较大的问题。
2022年04期 v.43;No.185 74-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1614K] - 王军;李鑫;郭毕钧;丁光亚;刘同江;孙亚飞;于明洋;
依托渝厦高铁黔常段高山隧道高位穿越巨型溶洞回填处置工程，按照几何相似比1∶5设计基于时序加载方式的列车动荷载作用下超厚回填体沉降相似模型试验，探究不同厚度钢筋混凝土路基板的隔振性能，以及巨型溶洞超厚回填体的沉降规律，验证巨型溶洞回填处置方案的合理性。结果表明：随着路基板厚度的增加，隧道模型的仰拱表层附加沉降逐渐减小，回填砂层受到列车动荷载扰动逐渐减小，路基板的隔振性能逐渐增加；从回填砂层表层到深层，由列车动荷载引起的振动加速度峰值、动土压力值均显著降低，且动土压力的传播范围逐渐缩小；当路基板厚为0.6 m时，回填砂层浅部50 cm范围内的动荷载扰动沉降仅0.02 mm，相当于实际工程中回填洞砟层浅部2.5 m范围内沉降0.10 mm。隧道开通运营1年来，监测隧道结构整体沉降低于1 mm，且趋于稳定，由此可见：高山隧道巨型溶洞采用“洞砟回填+上部注浆”处置，并辅以3 m厚钢筋混凝土路基板隔振的设计方案，是合理可靠的。
2022年04期 v.43;No.185 84-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1716K] - 王田天;朱宇;焦齐柱;张雷;田旭东;施方成;陆意斌;管鸿浩;
为了研究400 km·h~(-1)条件下高速铁路隧道内竖井参数对隧道口微气压波的缓解效果，采用重整化群k-ε湍流模型和滑移网格方法开展微气压波数值模拟计算，通过对数值计算结果与动模型试验结果进行对比，验证该数值计算方法能有效捕捉微气压波；在此基础上，运用该数值计算方法研究竖井位置、高度和横截面面积3个参数对隧道微气压波的影响规律。结果表明：对于有竖井的隧道，列车不仅在进入隧道入口时会产生1个初始压缩波，在经过竖井时也会产生1个压缩波，这2个压缩波传播到隧道出口都会辐射出脉冲状的微气压波，即微气压波的第一波峰和第二波峰；第一波峰幅值对竖井位置的变化不敏感，且在竖井高度和横截面面积保持一定的情况下第二波峰幅值均小于第一波峰幅值；当竖井高度增加时，第一波峰幅值增大，第二波峰幅值减小，其中竖井高度为20 m时微气压波幅值最小且缓解率可达35.93%；当竖井横截面面积增大时，第一波峰幅值减小，第二波峰幅值增大，其中竖井横截面面积为64 m~2时微气压波幅值缓解率可达48.80%。研究结果对400 km·h~(-1)高速铁路隧道内竖井参数设计有着实际性的参考价值。
2022年04期 v.43;No.185 96-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1236K] - 刘小根;齐爽;万德田;郑德志;孙与康;潘瑞娜;
以武广高速CRH3型列车客室车窗玻璃为对象，测试高速列车以平均300 km·h-1穿越隧道入口、出口、隧道内、隧道群及在隧道内会车时列车客室玻璃的应变动态响应及最大主应力，分析气动载荷作用下高速列车玻璃的承载特性。结果表明：穿越隧道过程中，高速列车客室玻璃受到正负气压交变作用，表现为典型的正负应变瞬变交替疲劳受力特征；隧道气动效应引发的高速列车客室车窗玻璃的最大主应力均未超过5 MPa，最大值发生在穿越隧道群对应时刻；隧道气动效应作用下高速列车玻璃承受中、低应变速率作用，最大应变速率发生在隧道内会车时近会车面玻璃与对向车头交会时刻；组成高速列车玻璃的夹层玻璃PVB胶片剪切模量对温度和作用时间敏感，夹层玻璃动态等效厚度和刚度随隧道气动压力作用时间的增长而减小，其动态承载能力也随时间的增长而逐渐减弱。基于此，高速列车玻璃承载性能设计应考虑隧道气动载荷作用的时间及疲劳作用对玻璃强度的影响。
2022年04期 v.43;No.185 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1049K] - 杨帆;柴学彬;高翔;张昭;
针对某型号动力集中式动车组动力车横向减振器座及焊缝，进行静强度分析和全寿命里程计算；提出基于应变片测量位置处位移变化的方法，计算有限元模型中试验测量点的应力，以避免有限元计算中固有的应力网格敏感性问题，并通过试验与数值计算结果的对比，验证静强度分析计算模型中基于位移变化的方法计算测量点应力的合理性；基于Palmgram-Miner累积损伤准则，计算实测载荷谱下该型号动力车横向减振器座及焊缝的疲劳累积损伤和全寿命里程。结果表明：减振器载荷采用16级分级载荷谱编制时，4—11级载荷所造成的结构损伤百分比达到93.35%，是造成结构损伤累积的主要原因；相同载荷谱作用下，减振器座焊缝的结构损伤百分比远高于母材区域，是它的2.39倍；通过全寿命周期疲劳寿命预测方法验证了减振器座及其焊缝满足900万km的安全运行要求。
2022年04期 v.43;No.185 113-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1392K] - 张志超;李谷;储高峰;韩乐;祖宏林;
综合运用解析几何、线路试验和数值计算等方法，研究2万t重载组合列车中部从控机车车钩分离问题。采用解析几何分析方法，得到多因素共同影响下的最大可能车钩高度差，进而判断发生车钩分离问题的可能性；通过试验分析不同列车运行工况下中部机车车钩高度差的变化规律，结合机车牵引杆布置方式，明确车钩分离问题的发生过程与产生原因；采用多边形接触方法，建立准确模拟连挂车钩钩头接触摩擦作用的动力学模型，仿真研究钩头间摩擦系数、机车牵引/电制动力等对车钩高度差的影响规律；通过车钩分离的机理分析，提出2万t重载组合列车中部机车车钩分离问题发生的关键要素。结果表明：车钩力“过零”状态、牵引杆斜向外置机车牵引/电制动力在车钩处的垂向分力、车钩抬升后大的拉钩力是车钩分离问题发生的3个要素，当它们同时出现时易发生跳钩并可能导致车钩分离。
2022年04期 v.43;No.185 121-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1421K] - 周素霞;雷振宇;秦震;牛留斌;白小玉;王君艳;
基于Archard磨损理论，以磨损率计算公式的修正指数（压力指数m和速度指数n）作为研究磨损和摩擦应力的响应参数，利用ANSYS有限元软件，建立制动盘-闸片简化模型；通过Box-Behnken试验设计方法和最小二乘法，拟合出影响Archard磨损模型修正指数的目标函数响应面模型，对轨道列车盘形制动磨损行为进行非线性分析，并约束制动盘接触应力和摩擦应力，制定修正指数优化原则；分析制动初速度和压力对制动盘磨损的影响。结果表明：速度指数n对列车磨损值影响较大，模型优化后的最优修正指数为压力指数m=0.97、速度指数n=0.96，基本满足磨粒磨损试验理论值m=n=1；施加不同的制动压力和制动初速度时，制动盘表面摩擦应力和磨损深度在摩擦半径处呈周向递减，制动初速度对制动盘摩擦应力影响不大；当制动盘在较大制动压力作用下时，盘面出现严重挤压，摩擦应力随之增大。
2022年04期 v.43;No.185 129-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1373K] - 张强;李晓峰;马云东;李向伟;李文全;
以C80型铁路运煤敞车为研究对象，利用在专用线路上实测的心盘、旁承、车钩处车体载荷测试数据，根据车体典型运动姿态，分解得到车体伸缩、浮沉、侧滚、扭转和点头5个工况随机载荷分力谱；在对实测载荷数据进行处理的基础上，基于载荷伪损伤等效原则，将随机载荷分力谱等效转换为台架试验用正弦载荷分力谱；依托铁路货车整车疲劳与振动试验台，以各正弦载荷分力谱为模拟目标，采用TWR迭代技术，创建台架车体疲劳试验所需各加载作动器的驱动信号，并基于实测应力疲劳损伤等效原则对驱动信号进行修正，得到各典型工况下车体疲劳试验载荷，使试验台疲劳试验结果与线路实测试验结果基本接近。结果表明：车体试验台疲劳损伤与线路实测损伤相对误差为-16.03%～27.14%，台架试验结果基本再现了线路实测的车体关键部位疲劳损伤。
2022年04期 v.43;No.185 139-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 3001K] - 高锋阳;王文祥;张浩然;曾林;李明明;
为克服无接触网城轨车辆电气系统传统运维模式的不足，降低故障维修成本，提出基于状态和风险评估的电气系统差异化运维策略。首先，通过组合赋权的方法将层次分析法和邻域粗糙集理论2种方法相结合，计算电气系统各设备评估指标的权重并计算设备健康度；其次，结合故障率和重要度，对电气系统各设备及子系统进行风险评估；最后，通过建立管控矩阵确定管控级别和运维次序，考虑运维的经济性和系统风险，制定无接触网城轨车辆电气系统的差异化运维策略。算例分析表明：相比于传统的定期运维和状态运维，差异化运维策略能针对状态和风险的改变制定运维策略，在满足运维要求的同时，运维成本分别降低了7.95和3.62万元，运行风险分别降低了21.54%和9.37%，实现各设备及子系统的精细化运维。
2022年04期 v.43;No.185 148-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 1120K] - 孙加林;杨飞;马莉;支洋;梁雪江;张骞;冀昆;
为研究地震作用下车辆-轨道系统耦合振动并确定地震报警阈值，选取3类场地在不同振动振幅条件下的15种典型地震波，考虑地震波和轨道不平顺的叠加作用，对建立的车辆-轨道刚柔耦合动力学模型进行激励，分析典型地震波对路基地段车辆运行平稳性、安全性的影响规律及地震预警安全控制参数。结果表明：列车各项动力学指标受运行速度、地震波场地类型的影响较大，但受地震波幅值的影响相对较弱；当车速达到100 km·h~(-1)时，不论地震波的场地类型以及幅值大小，均会出现轮重减载率超限的情况；在幅值不超过100 cm·s~(-2)的地震波作用下，Ⅰ类和Ⅱ类场地均限速80 km·h~(-1)、Ⅲ类场地限速40 km·h~(-1)。综合考虑场地类型、列车运行安全性和平稳性指标，城轨地震报警阈值宜为40 cm·s~(-2)。
2022年04期 v.43;No.185 157-166页 [查看摘要][在线阅读][下载 2657K] - 王浩然;杨华昌;冯军;张弘志;赵小军;马金鑫;韩波;
为确保无线调车机车信号和监控系统（Shunting Train Protection,STP）在各种场景下对调车车列位置的准确跟踪，结合现实测试中无人化、智能化的需求，提出STP车列位置跟踪功能测试一体化解决方案。首先，围绕调车作业相关的计算机联锁、车列走行、司机操作、调车信令及应答定位器等设备，搭建3层仿真测试平台；其次，通过研究多目标蚁群算法、调车站内控制策略及CNN+LSTM深度神经网络等关键技术，完成基于有向图模型的测试脚本自动生成、仿真调车自动走行及调车实时位置信息的自动图像识别；最后，基于兰州北站数据，对测试过程中自动化平台代替人工进行操作的情况进行统计分析。结果表明：自动化测试平台可替代人工测试，用于复杂站场的STP车列位置跟踪功能测试；自动化测试平台相对人工测试降低了劳动强度，且两者测试劳动时间效率比接近4∶1。
2022年04期 v.43;No.185 167-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1263K] - 温芳;柏赟;张鑫;李宁海;陈垚;
以提高运营结束时段所有客流需求的可达性为导向，考虑最大发车间隔、最小发车间隔、最晚收车时刻等约束条件，以运营结束时段内OD可达乘客数量最大化为目标函数，建立地铁末班车时刻表协调优化的混合整数非线性规划模型；提出基于预设车次的求解方法，大幅度减少原始模型中判断乘车车次的变量，并将其重构为混合整数线性规划模型。以武汉地铁为验证，结果表明：求解方法能在更短时间内求得优质解，客流数据的间隔时间越短，其求解速度快的优势越明显；对末班车时刻表优化后，运营结束时段内需乘坐末班车乘客的可达数量可提升10%；与仅考虑乘坐末班车出发乘客的既有研究结果相比，考虑运营结束时段整体客流可使更多的乘客抵达目的地；适当延迟线路收车时刻可提高线网可达乘客的比例，但由于客流需求减小，收车时刻延迟对可达比例的提升存在瓶颈。
2022年04期 v.43;No.185 177-185页 [查看摘要][在线阅读][下载 1064K] - 潘毅;宋佳雨;杨龙;陈鹏;申允;
为减小在强烈地震下铁路站房的破坏，推动减隔震技术在铁路站房中的广泛应用，从普适性的角度对站房结构中减隔震技术应用与研究现状进行系统性评述。根据站房与线路、广场间不同位置关系，梳理站房的9种类型及典型实例，并归纳站房具有的平面布置复杂、夹层和错层较多、柱网尺寸大、楼板局部不连续及竖向刚度分布不均匀等结构特点；根据铁路站房规模，统计国内小型、中型、大型及特大型共27个典型站房的自振周期，发现随着站房规模的增大，其前3阶自振周期逐渐增大；通过分析国内外站房中减震和隔震技术应用的工程案例，提出铁路站房中减隔震部件的主要类型及布设位置。从高烈度寒冷地区铁路站房中减隔震装置的性能、近断层区减隔震技术、减隔震设计标准的编制、减隔震运维管理方法的制定及减隔震韧性的评价等5个方面，探讨铁路站房中减隔震技术应用面临的挑战；提出研发低温下减隔震装置、研究近断层站房减隔震设计方法及编制站房减隔震设计标准、减隔震站房的运维管理标准和韧性评价标准等建议，以期为减隔震技术在铁路站房中的进一步推广提供参考。
2022年04期 v.43;No.185 186-197页 [查看摘要][在线阅读][下载 2290K] -
<正>日前，由铁科院集团公司主办、《中国铁道科学》编辑部编辑的英文国际期刊Railway Sciences（简称“RS”）创刊号（第一期）正式出版，不仅标志着集团公司期刊群得到了扩容，即由先前的14本增加至15本，而且也标志着集团公司期刊国际化进程在进一步加快。创办英文国际期刊RS，是为适应中国铁路技术创新与发展、进一步提升期刊国际影响力的迫切要求，同时也是为了落实集团公司重点工作要求，以及《中国铁道科学》第五届编委会决策事项要求。
2022年04期 v.43;No.185 198页 [查看摘要][在线阅读][下载 704K] 下载本期数据