- 宋小林;傅炫然;余黄胜;肖定军;
为研究附着在高速列车底部的冰块脱落后对高速铁路轨道板等基础结构造成的冲击损伤影响，采用光滑粒子-有限元耦合（SPH-FEM）方法，利用数值模拟软件LS-DYNA建立冰块冲击CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的动力有限元分析模型，分析冰块冲击荷载作用下无砟轨道变形和损伤特征及其演化过程，探讨冰块半径、冲击速度和冲击角度对轨道板变形和损伤的影响。结果表明：圆柱形冰块垂直冲击轨道板时，会在其表面形成碗状凹坑，最大凹陷深度位于冲击中心附近，凹坑直径与冰块直径相当，凹坑边缘分布环形裂纹；模型最大凹陷深度和失效单元个数均随冰块半径和冲击速度的增大而增大，但会随冲击角度的增大而减小，冲击角度从0°增加至15°时降低最为显著，最大凹陷深度和失效单元个数分别减小89%和80%；当冰块半径从30 mm增加至60 mm时，最大凹陷深度从0.079 mm增至0.139 mm，失效单元个数从36个增至973个；当冲击速度由40 m·s~(-1)增至100 m·s~(-1)时，最大凹陷深度和失效单元个数由0.014 mm和0个分别增至0.079 mm和36个。研究成果可为冰雪天气高速列车限行及轨道板寿命评估提供参考。
2024年02期 v.45;No.195 1-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1787K] - 申嘉龙;侯艳萍;张晨;王飞;刘萌;孟征兵;尹武良;
针对高铁钢轨表面产生滚动接触疲劳（RCF）裂纹导致对钢轨带来危害的问题，本文分析了钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的形成机理及扩展规律，系统归纳了高铁裂纹的无损检测与表征方法。聚焦于交流电磁场检测（ACFM）技术，重点研究了ACFM技术发展及研究现状、理论研究成果以及存在的问题，综述了ACFM技术的特点及应用，通过与其他无损检测方法进行分析比较，阐述了ACFM测量法对钢轨表面裂纹的精准量化表征的优势。结果表明：ACFM探针传感器沿45°方向扫描，通过结合ACFM信号补偿量算法可将非均匀裂纹口袋深度误差降到5.5%，垂直深度误差降到7.1%，裂纹簇误差减小到7.1%；经过人工神经网络训练对钢轨RCF裂纹尺寸进行精准表征，最终计算的误差在10%以内。进一步讨论了融合人工智能技术的钢轨表面裂纹无损检测技术的发展趋势，为后续ACFM技术对钢轨表面RCF裂纹的检测和表征研究提出相关建议和展望。
2024年02期 v.45;No.195 15-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1394K] - 李明航;王文斌;吴宗臻;张胜龙;吴泽宇;魏志恒;
以某一组临近的普通整体道床和橡胶垫浮置板轨道为研究对象，对比测试振源加速度，同步调研上线运营列车的净运营里程，并开展车轮不圆顺测试，分析不同轮轨不平顺状态下橡胶垫浮置板轨道的减振效果。结果表明：在评价减振轨道的振动控制能力时，除了针对插入损失（或对比损失）开展客观评价外，也需要分析随着轮轨动态激励的增强是否会导致减振轨道段振动响应超过振动限值的问题；测试线路列车车轮呈现明显的7—9阶多边形磨耗特征，且随着轮轨激励的增强，Z振级相对插入损失的评价结果逐渐增大；橡胶垫浮置板轨道分频减振能力的评价结果与不同频段的激振原理直接相关，轨道扣件系统的自振频率（63 Hz）处轮轨动态激励的增加导致普通轨道的隧道壁振动响应增幅更大，该中心频率处的对比损失随着净运营里程的增加而变大。
2024年02期 v.45;No.195 30-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1862K] - 秦煜;张鑫;曾永平;刁志帅;王亭;王威娜;
以某主跨300 m的高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥为背景，运用Midas/Civil有限元软件建立其数值模型，进行桥塔、桥面板、箱梁等混凝土构件收缩徐变对主梁位移影响研究，并提出主梁位移调控措施。结果表明：成桥10年后，混凝土收缩徐变引起的跨中主梁向下位移共计79 mm，桥塔、桥面板、箱梁收缩徐变的影响占比在施工阶段分别为58%,32%和10%，在运营阶段分别为48%,38%和14%；跨中主梁向下位移的主要原因是桥塔和桥面板变形，混凝土收缩徐变缩小了桥塔竖向及桥面板纵桥向尺寸，改变了斜拉索锚点位置及索力，导致主梁在施工阶段和运营阶段分别产生56和18 mm的向下位移；预抬高斜拉索的桥塔锚点位置10 mm，可消除混凝土收缩徐变引起的钢梁架设初始误差；混凝土桥面板预制后存放6个月、桥塔采用低徐变混凝土、成桥后延迟90 d铺轨等措施，能改善混凝土收缩徐变对单箱单室混合梁位移的不利影响，可减小跨中主梁向下位移3%～38%。
2024年02期 v.45;No.195 41-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1220K] - 肖林;黄雅茜;卫星;赵骏铭;盛康;
腐蚀环境中钢-混组合桥梁的栓钉连接件可能因腐蚀-疲劳耦合作用而劣化，为此设计制作3组10个栓钉推出试件，分别进行腐蚀后的静力、疲劳性能试验和腐蚀-疲劳耦合试验，研究栓钉的腐蚀-疲劳失效及力学性能退化机理。结果表明：腐蚀作用使得栓钉抗剪刚度显著退化；腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉疲劳寿命明显低于腐蚀后疲劳寿命；栓钉初始疲劳裂纹产生于钉杆靠近焊趾截面的剪力作用侧，以剪切裂纹扩展为主，当疲劳裂纹或腐蚀疲劳裂纹发展至约1/2栓钉直径后，栓钉在拉-剪组合应力作用下断裂；影响栓钉损伤发展速率的主要因素为荷载比、腐蚀速率及腐蚀-疲劳耦合作用；腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉抗剪刚度退化速度大于疲劳单独作用下，抗剪刚度退化包括快速退化和缓慢退化2个阶段，前一阶段约占栓钉腐蚀疲劳寿命的20%。
2024年02期 v.45;No.195 48-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1638K] - 李盛;贾云翔;郭铮;吕文达;于本田;李林;
为探究Ⅱ型截面双层组合梁摩擦型螺栓连接节点翼缘和腹板的弯矩比，通过对3种腹板螺栓布置形式的Ⅱ型截面双层组合梁连接节点接触面滑移特征和力学传递机理的分析，进行Ⅱ型截面组合梁螺栓连接节点弯矩分配系数研究。结果表明：组合梁摩擦型螺栓连接节点滑移和力学传力过程可分为翼缘外接触面未完全滑移和完全滑移以及翼缘内接触面完全滑移3个阶段；组合梁摩擦型螺栓连接节点接触面承担弯矩与无连接板截面弯矩之和等于该梁截面处的理论弯矩，腹板接触面承担的弯矩主要由其上的水平摩擦力承担；摩擦型螺栓连接节点接触面上的摩擦力随节点滑移而重新分配，腹板螺栓布置形式对连接节点弯矩分配系数影响明显；根据推出的组合梁摩擦型螺栓连接节点的弯矩分配系数计算式所得结果与数值模拟结果吻合良好，最大误差为7.13%，该计算可用于优化螺栓连接设计。
2024年02期 v.45;No.195 59-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1746K] - 廖立坚;苏伟;杨新安;王雨权;李黎;
为保障复杂地质环境中铁路桥梁桩基础的结构安全，进一步提升设计质量，提出一种通用的复杂特殊地质条件下桩基计算方法。选择静水、负摩阻力、膨胀土和地震液化土作为4种基本特殊地质，以桥梁桩基设计规范中的m法和单桩承载力计算式为基础，提出它们各自分别作用时的计算方法和综合作用时的耦合效应算法。结果表明：季节冻结深度线、多年冻土上限深度线、中性点深度线和急剧层深度线可作为冰、液态水、冻土、负摩阻力、膨胀土的分界线；该方法在规范基础上增加的计算步骤、计算参数和外载增量可以移植到桩基通用设计程序中，并适用于任意复杂特殊地质条件计算，可为实现该条件下铁路桥梁桩基安全、高效、精细化的计算提供支持。研究成果应用于铁路桥梁设计中，节省桩长约5%、桩身配筋约4%。
2024年02期 v.45;No.195 72-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 987K] - 黄林;董佳慧;王骑;廖海黎;李志国;
在已建成的大跨度鳊鱼洲长江大桥原设计宽高比为6.7∶1的四线铁路桥矩形箱型主梁断面的基础上，通过调整断面宽高比，设计宽高比为4∶1的二线铁路和宽高比为9∶1的六线铁路桥矩形箱梁断面。通过节段模型风洞试验，在0°，±3°和±5°风攻角的均匀来流下，对以上3种常用二线、四线和六线铁路桥矩形箱梁断面与对应相同宽高比纯矩形断面之间的涡振特性关系，以及铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响进行研究。结果表明：在宽高比分别为4∶1和6.7∶1的矩形断面上布置铁路桥附属构件能增大断面在负风攻角下的涡振振幅，在-5°风攻角下竖向涡振振幅增大率高达277.5%，但对正风攻角下的涡振响应起到一定的抑制作用，而在宽高比为9∶1的矩形断面布置六线铁路桥附属构件则能明显增大该断面在各风攻角下的涡振振幅，其扭转涡振振幅增大率均在48.3%以上；铁路桥附属构件对矩形断面涡振性能的降低作用随着断面宽高比的增大而提升，针对气动外形较钝的二线和四线铁路桥箱梁，可参考相似宽高比矩形断面涡振特性，并重点考察箱梁在负风攻角下的涡振响应，而针对宽高比较大的六线铁路桥箱梁，由于附属构件影响较大，参考相似宽高比矩形断面涡振特性的意义较小，均应详细研究其在各风攻角下的涡振性能。
2024年02期 v.45;No.195 81-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 877K] - 晏启祥;刘琛尧;孙润方;王绪;谢文清;陈耀;
为有效预防岩溶隧道施工中的突涌水灾害，首先，调研近年来国内岩溶隧道突涌水典型案例，总结隧道突涌水形成机理及其影响因素；其次，建立离散-连续耦合模型并采用多元回归理论的方法，明确防突岩体破坏的判定准则，划分岩溶隧道防突岩体破坏模式并提出裂缝发育规律；然后，基于对防突岩体最小安全厚度造成影响的各因素，针对溶洞位于隧道上方、下方及侧方3种情况分别建立防突岩体最小安全厚度预测计算式；最后，依托德庆隧道工程进行验证。结果表明：防突岩体破坏模式主要有弯折破坏、整体剪切破坏和复合破坏3种，可基于裂隙发展速度将其破坏过程分为初始阶段、快速发育阶段、平缓发育阶段3个阶段；各因素按影响显著程度由大到小依次为溶腔内水压、围岩黏结参数、溶腔跨度、溶腔高跨比和隧道埋深；计算得到德庆隧道3处施工段的防突岩体最小安全厚度分别为2.964,5.263和0.961 m，突涌水评估结果准确。防突岩体最小安全厚度预测计算式可用于预测并评估岩溶隧道突涌水风险。
2024年02期 v.45;No.195 90-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1245K] - 李明宇;王越;李庆民;陈健;王承震;蔺云宏;田应飞;
隧道施工期管片所受浆液浮力并非恒定，壁后浆液压力的不均匀分布会导致管片变形和隧道环的位错损伤。为减弱或避免因管片上浮造成的结构病害，通过自主设计研发一种考虑千斤顶水平推力、围岩压力以及同步注浆上浮力作用的管片三维加载模型试验系统，对大直径管片最不利上浮状态下的瞬时变形进行分析。试验装置由围压加载装置和非均布上浮力加载装置组成，可实现单点或多点同步加卸载；模型试验采用不同刚度弹簧模拟上浮期隧道与地层之间的相互作用；根据相似理论对管片模型和连接螺栓进行精细化设计和加工；根据实际工程中试验段的围压对模型围压初始值进行换算，并将动、静态上浮力相结合，提出更符合工程实际的盾构隧道横、纵向上浮力分析模型。结果表明：在拱底非均布上浮力的作用下，拱底竖向位移和收敛变形沿纵向均近似呈对数正态分布，其最大值均出现在脱出盾尾后第3环；各环管片的收敛变形与拱底竖向位移近似呈线性关系，斜率介于0.63～1.49之间；模型试验结果与实测数据相吻合。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计和施工提供一定的技术支持。
2024年02期 v.45;No.195 101-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1359K] - 许有俊;康佳旺;张朝;庞跃魁;黄正东;张旭;
矩形顶管F型承插接头属于柔性接头，地表超载、地基不均匀沉降等极易导致管节间出现剪切错台变形，进而引发隧道工程灾害。基于目前研究中对该种接头剪切力学特性尚不清楚的现状，考虑矩形顶管隧道F型承插接头构造特征，结合室内接头试验和ABAQUS三维精细化数值模拟，针对接头在剪切荷载下的破坏过程、刚度特性及影响因素等问题开展研究。结果表明：矩形顶管接头发生剪切破坏时，受载管节呈中心对称破坏；不同地层中接头的剪力-剪切位移曲线均分为建立接触阶段、钢套环翘曲阶段和焊缝开裂3个阶段，地基刚度越大时，其相对剪切刚度越大；钢套环厚度和宽度增加时，刚度系数值随之提高；随着钢套环宽度、厚度增大，接头抗剪能力随之提高，但提高的幅度有限，不同厚度、宽度钢套环的屈服阶段刚度系数约为弹性阶段的60%～70%。
2024年02期 v.45;No.195 113-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1321K] - 宋慧来;赵一馨;刘钰;赵国堂;
在分析不同成因上拱变形隧道力学环境基础上，构建隧底荷载作用下有砟与无砟轨道的隧底上拱变形传递模型，获得这种变形向轨面的传递规律，并建立隧底荷载与变形传递比的函数关系。结果表明：上拱变形在初支底面—填充层表面传递时，幅值减小，波长增大；在道床表面—轨面传递时，幅值和波长均减小；上拱变形在道床内传递时，有砟道床的波长和幅值均减小，无砟道床则波长增大，幅值基本不变；隧底荷载的大小及纵向分布长度变化会使幅值传递曲线整体平移，且荷载大小主要改变波长变化速度，而荷载纵向长度则主要改变初始波长；在大小低于250 kPa、长度超过27.8 m的隧底荷载作用下，选用有砟轨道更易控制轨面幅值和轨面波长；当荷载大小超过250 kPa或长度小于27.8 m时，选用无砟轨道更易控制轨面幅值和波长。
2024年02期 v.45;No.195 123-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1493K] - 冯海洲;蒋关鲁;何梓雷;郭玉丰;何晓龙;刘先峰;胡金山;
针对山岭隧道洞口在降雨、地震等因素作用下易产生变形破坏的问题，以某处采用框架梁与锚索桩板墙支护的隧道洞口边坡工程为原型，开展几何比尺为1∶50的振动台模型试验，分析降雨后地震作用下边坡的动力响应特性及失稳变形规律。结果表明：降雨后坡面无局部破坏，地震作用下边坡的破坏过程可归纳为坡顶张拉破坏—坡脚剪切溃裂—坡体整体失稳滑动，边坡表现为张拉—剪切型破坏；边坡峰值加速度放大系数呈层状分布，“高程效应”与“趋表效应”显著，均随输入正弦波频率、幅值的增加而增大；边坡土体峰值应变分布与坡体滑动破坏面较吻合；桩体锚索轴力与输入正弦波频率、幅值呈正相关，强震作用下锚索轴力增幅显著；桩后峰值土压力近似呈三角形分布，桩体嵌固段内桩土压力最大；桩体弯矩呈“b”型分布，嵌固段内桩体峰值弯矩最大，抗震设计中应注意验算其抗弯强度；桩后土压力与桩体加速度FFT谱幅值主要集中于低频段，结构动力响应主要受地震波低频段部分影响。
2024年02期 v.45;No.195 134-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 3636K] - 白鑫;孙丽霞;王友彪;周春阳;池长欣;
在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下，高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律，因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法，考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况，建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型；对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析，并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析，研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明：风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速；在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下，除轮重减载率安全裕量明显降低外，轮轴横向力的安全裕量也降低，且车辆关键悬挂部件工作状态恶化，其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并，左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大，车辆动力学性能的安全裕量明显下降。
2024年02期 v.45;No.195 146-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 1553K] - 邱战国;胡淼;邢群雁;宋宏智;
针对低温环境下（5℃以下）温度对齿轮泵性能退化的影响，以驼峰车辆减速器齿轮泵为研究对象，以流量为性能退化分析指标，建立齿轮泵流量计算模型；采用带有线性函数或指数函数漂移项的维纳过程模型，建立包含工作压力、温度和等效磨损间隙的多参数齿轮泵性能退化过程模型；通过齿轮泵流量计算模型的分析结果与现场试验数据对比，建模分析低温环境下齿轮泵性能退化过程中环境温度、工作压力对齿轮泵性能退化的影响。结果表明：低温环境下齿轮泵的性能退化与环境温度存在强相关性；线性漂移模型较指数漂移模型有更优的统计拟合效果；包含多参数带漂移的维纳过程模型能有效表征齿轮泵的性能退化过程。
2024年02期 v.45;No.195 155-163页 [查看摘要][在线阅读][下载 1124K] - 宋诗扬;韩通新;
为探究高速受电弓气动特性仿真时不同湍流模型在不同运行环境中的适用性，基于k-ε,SST k-ω和Spalart-Allmaras 3个湍流模型的理论基础和计算流体力学仿真方法，通过线路试验对仿真结果进行验证后，对比不同模型在开阔环境和隧道环境中的精确度和计算效率。结果表明：在300 km·h~(-1)速度下，SST k-ω与k-ε模型在开阔环境中的闭口和开口方向气动抬升力计算结果差异分别为0.7%和1.5%，与Spalart-Allmaras模型计算结果差异分别为7.1%和5.5%;SST k-ω和k-ε模型在边界层预测均匀，Spalart-Allmaras模型在边界层分离区的预测准确性较低，但在隧道环境中它的精确度高于k-ε模型；在计算效率方面，Spalart-Allmaras模型的迭代次数和收敛速度优于SST k-ω模型；在适用性方面，开阔环境中k-ε模型的精确度和计算效率表现优异，更为适用，而在隧道环境中Spalart-Allmaras模型具有较高的精确度和计算效率，更为适用，但在对精确度要求高且可忽略计算效率因素的情况下SST k-ω模型具有较好适用性和高精确度，更为适用。
2024年02期 v.45;No.195 164-174页 [查看摘要][在线阅读][下载 1584K] - 姜尚炎;孙斌;乔婉淇;郭岳;杨树忠;
为适应铁路5G专用移动通信系统动态易变的网络环境，解决现有算法中存在的吞吐量减少、传输时延增加、检测数据车地传输可靠性难以保证的问题，在分析传输控制协议（TCP）传输拥塞控制过程，以及对比TCP-Reno,TCP-Vegas和TCP-Westwood 3种基础拥塞控制算法存在问题的基础上，提出一种联合传输时间间隔（TTI）和往返时延（RTT）的拥塞控制算法——TTI-RTT算法，即将RTT的成对比较测试统计量和网络当前拥塞因子联合起来作为网络拥塞判断标准，根据反映网络拥塞程度的拥塞因子动态调节加性和乘性因子，并在传输控制协议拥塞控制的不同条件下灵活调整传输时间间隔。采用NS-3仿真软件，构建考虑高速铁路5G-R无线信道误码影响的点对点通信网络拓扑结构，对TTI-RTT拥塞控制算法进行仿真验证，并与3种基础算法进行性能比较。结果表明：不同丢包率下所提算法的平均吞吐量均保持在9 Mb·s~(-1)以上，较基础算法中吞吐量最高且最稳定的TCP-Reno算法增加了约5.9%，且实时吞吐量稳定性具有显著改善。
2024年02期 v.45;No.195 175-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 1037K] 下载本期数据