- 刘丹;张大伟;宋宏图;佟鑫;苏成光;
在车轮反复碾压作用下，钢轨接头区域易出现马鞍形不平顺、低塌等缺陷。为分析重载铁路钢轨焊接不平顺对有砟道床动力特性的影响，首先建立车辆-轨道耦合动力学模型，计算钢轨焊接不平顺影响下的轨枕上动压力；然后采用离散元分析方法，建立有砟轨道结构二维模型，将焊接不平顺影响下的轨枕上动压力作为荷载输入，模拟分析钢轨焊接不平顺对有砟轨道结构道床动力特性的影响。结果表明：钢轨焊接不平顺显著增加了接头两侧轨枕上动压力，且不平顺短波波长越长，影响范围越大，当波长为0.2 m、波深为0.7 mm时，接头两侧轨枕上动压力增加显著，最大值相较于随机不平顺时增加了50.52%；随着焊接不平顺短波波长的减小及波深的增加，道床垂向加速度、摩擦耗能以及累积变形均随之增加；道砟颗粒间最大接触力受焊接不平顺影响较为显著，尤其当短波波深大于0.5 mm时，最大接触力随波深增加而显著增大；当短波波长为0.1 m、波深为0.7 mm时，相较于随机不平顺，道床应力增加55.89%，距道床顶面0.15 m深度处的道砟颗粒加速度增加了449.42%。
2024年04期 v.45;No.197 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1833K] - 邓逆涛;陈锋;张千里;尧俊凯;王鹏程;刘景宇;张栋;郭云龙;
黄铁矿氧化膨胀对建筑物、铁路、公路等结构的影响较大，易引发结构物上拱。通过现场勘察、矿物成分分析和变形监测，系统研究含黄铁矿填料路基上拱病害特征，探究摩擦板及端刺结构型式、路基填料高度对路基上拱变形的影响，分析黄铁矿氧化膨胀反应机理和膨胀特性，以明确路基上拱原因。结果表明：所有上拱区段路基填料均检测出含有少量黄铁矿和石膏；上拱变形主要产生在路基高度范围内，线路开通后路基以0.13～0.46 mm·m~(-1)的速率持续上拱；半填半挖区段轨道结构的上拱量沿路基横向随填方高度的降低呈递减关系；路桥过渡段范围轨道垂向变形特征与摩擦板及端刺结构型式密切相关，摩擦板及端刺结构对路基上拱变形存在抑制作用；黄铁矿氧化是一个长久且持续过程，其生成硫酸盐引发的一系列化学反应所伴随的体积膨胀是造成路基上拱的主要原因；为彻底消除该隐患，应对含黄铁矿填料采取暗挖置换措施。
2024年04期 v.45;No.197 12-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1575K] - 王琰;赵兴;魏世斌;杨飞;魏子龙;从建力;刘晓东;费继友;
高速铁路轨道平顺性直接影响列车运行安全性及舒适性，而弦测法则是指导轨道高低、轨向不平顺养护维修的直接方法，其结果可直观指导轨道精调。针对静态弦测法效率低、工作量大及动态惯性基准法难以在现场直观找到测量基准的问题，提出基于惯性的轨道平顺性动态弦测法。首先，基于惯性测量方法构建轨道平顺性动态短弦弦测值，通过矩阵推演动态长弦弦测值，并在国内主流GJ-6型轨道检测系统上实现应用；然后，分析动态弦测法误差来源，提出误差标准差计算式，得出动态弦测法误差标准差随基本弦长倍数成1.5次方增加；最后，通过轨道检测综合试验标定台模拟轨道不平顺激励验证10和20 m动态弦测值的稳定性。结果表明：10和20 m动态弦测值与等波长空间曲线幅值的平均倍比关系分别为2.007和2.045，符合中点弦测特性，可为轨道动静态检测关联分析提供理论及试验基础。
2024年04期 v.45;No.197 22-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1078K] - 赵磊;李浩;杨国涛;李晨曦;施成;宁娜;
大温差地区单元式轨道板受日照影响会产生较大温度梯度，导致轨道板翘曲变形，诱发轨面不平顺，增加高速列车轮轨冲击响应，加速轨道结构损伤。针对这一问题，采用有限元方法，首先建立考虑层间关系的无砟轨道静力分析模型，对大温度梯度下轨道板翘曲变形及轨面周期性不平顺进行分析；然后，建立车辆-轨道系统动力学模型，模拟分析温度梯度作用下无砟轨道层间动态受力特征，研究高速行车条件下无砟轨道真实服役状态。结果表明：温度梯度作用下，轨道板呈椭球形变形趋势，正温度梯度时轨道板中部向上鼓起、4角支承，负温度梯度时轨道板4角翘起、板中支承；温度梯度会导致轨道板与CA砂浆间产生不同程度离缝，板下接触面积减小，高速行车时层间接触面积逐渐增加，但离缝不会完全闭合；负温度梯度对轨道结构振动和砂浆层受力影响较小，正温度梯度影响较大，温度梯度为90℃·m~(-1)时，轨道板振动加速度增大10倍左右，轨道板与CA砂浆层间压力最大值增加6.6倍，板角处CA砂浆应力较无温度梯度下钢轨正下方CA砂浆应力增加5.4倍，正温度梯度下轨道板侧边及4角位置处CA砂浆受力加剧效应显著，是导致该区域CA砂浆出现结构性破坏的主要原因。
2024年04期 v.45;No.197 30-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 3184K] - 余文颖;徐旸;张景昱;郄录朝;李毅;
格栅加筋对有砟道床力学性能的改善机理尚不明确。开展柔性边界条件下的道砟压缩试验，并在此基础上采用离散元-有限差分耦合方法，建立精细化格栅加筋道砟仿真模型；采用室内试验与数值仿真相结合的方式，分析格栅加筋对道砟宏观及细观力学性能的影响。结果表明：格栅加筋能有效提升道砟的承载力和抗竖向变形能力，加筋后试样的应变能量密度增加50.0%；格栅能有效限制其周围道砟颗粒的运动，减少道床横向变形，在相同轴向应力作用下最大横向变形减少16.1%，格栅位置处横向变形减少63.2%；格栅加筋可有效提升道床的抗剪强度，加筋后道床水平承载力提高18.8%；铺设格栅能有效增强其上部道床的密实度，建议在超厚道床或线下基础不稳定区段铺设道砟格栅。
2024年04期 v.45;No.197 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1521K] - 张迅;徐艺涵;孔德睿;陈柯儿;李小珍;王德志;崔苗苗;
以某公铁同层桥梁为背景，以道路失能眩光造成的阈值增量为评价指标，基于DIALux光学仿真分析软件，结合现场试验进行公铁同层桥梁防眩设施研究，并从屏障结构和列车光源2个层面开展影响屏障防眩效果的参数分析。结果表明：屏障高度和遮光角需大于某一阈值才能满足防眩要求，本案例为3.0 m和12°；当屏障开孔率较大或者光源灯柱角度和光通量较大时，需要进一步校核眩光指标，以免其漏光严重；灯柱角度和屏障材料基本不影响眩光水平；影响眩光水平的主要因素为屏障高度、遮光角和列车灯光通量。
2024年04期 v.45;No.197 48-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1904K] - 郭向荣;查万祺;何旭辉;
为探究风屏障透风率对强风作用下重载铁路刚构-连续梁车桥耦合振动的影响，先通过节段模型风洞试验获取桥上设置0%,20%,40%,60%和无风屏障5种不同透风率风屏障时车桥系统的三分力系数，再根据弹性系统动力学总势能不变原理建立风-车-桥耦合振动仿真计算分析模型，对不同车速下重载货运列车通过设置不同透风率风屏障刚构-连续梁桥开展风-车-桥系统动力学仿真计算与分析研究。结果表明：在列车上桥初期，桥梁横向位移峰值随透风率的增大而明显减小，而当列车运行趋于满布桥梁时，桥梁的横向位移峰值随透风率的增大变化不明显；列车的动力响应峰值随风屏障透风率的增大而增大，相比于满载编组列车，空载和轻重混编编组列车的动力响应对风屏障透风率的变化更加敏感。综合桥梁动力响应和列车走行安全性评价指标（脱轨系数和轮重减载率），该桥梁应设置40%透风率的风屏障。
2024年04期 v.45;No.197 57-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1615K] - 李旺旺;苏永华;尹京;班新林;陈胜利;王苇;
为研究不同约束条件下高速铁路预制装配式桥面附属设施的防撞性能，提出高速铁路装配式桥面附属设施防护墙设计方法，制备3个预制装配式桥面系防护墙足尺试验模型，其中2个分别采用4点螺栓和2点螺栓连接的钢梁支撑约束，另一个采用桥面板支撑约束，通过静载试验进行对比分析。结果表明：在最大荷载为脱轨设计荷载的4次加载过程中，高速铁路箱梁装配式桥面附属设施防护墙均处于线弹性工作状态，裂缝主要出现在砂浆层界面和线路内侧防护墙墙面，呈水平向分布；继续加载防护墙结构出现斜向贯通主裂缝后达到极限状态；3个模型极限承载能力达到脱轨设计荷载的2.12～2.59倍，具有足够承载力冗余度，不同约束条件下装配式桥面附属设施与桥面结构间的连接安全可靠；足尺模型试验验证了提出方法的正确性。
2024年04期 v.45;No.197 66-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1697K] - 庞志强;李国龙;高芒芒;杨飞;杨静静;
基于实测轨道平顺性数据，采用车辆-轨道耦合动力仿真方法，综合考虑温度变化、列车荷载、徐变和沉降等因素的影响，进行400 km·h~(-1)高速铁路连续梁桥徐变变形控制研究。结果表明：400 km·h~(-1)高速列车车体垂向敏感波长为163 m，横向敏感波长为227 m；为保证轨道高低不平顺与车体垂向加速度的适应性，采用60 m中点弦测值控制轨道长波平顺性；车体垂向加速度与轨道高低不平顺之间呈线性相关；徐变与沉降为控制连续梁桥轨道长波平顺性的主要因素，支座位置处长波平顺性较差；400 km·h~(-1)连续梁桥桥上线路允许桥梁自身总变形引起的车体垂向加速度阈值为0.822 m·s-2,400 km·h~(-1)主跨不大于百米连续梁桥徐变变形阈值宜设为9.5 mm。
2024年04期 v.45;No.197 77-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1553K] - 黄大维;姜浩;封坤;丁智;彩国庆;金浩;
针对现有盾构隧道纵向刚度计算方法缺乏试验验证且未考虑螺栓拉伸刚度等因素影响的不足，首先，理论推导盾构隧道纵向刚度的解析计算方法；然后，以上海地铁盾构隧道为背景，设计并开展缩尺模型试验，通过实测结果验证解析计算方法；最后，以珠三角地区盾构隧道为工程背景，计算盾构隧道纵向刚度。结果表明：由于螺栓预紧力的存在，跨中加载较小时的实测隧道纵向刚度偏大，但随着跨中加载的增加，实测结果与理论计算结果趋于接近，验证了解析计算方法的合理性；珠三角地区盾构隧道在弹性阶段、塑性阶段和塑性变形后的纵向螺栓拉伸刚度依次为2.125 5×10~6,0.985 9×10~6和3.185 6×10~6 N·m~(-1)，纵向刚度依次为3.306 8×10~8,1.534 5×10~8和4.954 3×10~8 N·m~2；考虑到地铁盾构隧道发生纵向变形时，一定范围内的纵向螺栓所处变形阶段存在差别，在实际纵向刚度取值时应根据隧道最大变形导致的纵向螺栓拉伸量来具体分析确定。
2024年04期 v.45;No.197 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1850K] - 许有俊;黄正东;张朝;李鹏飞;康佳旺;张旭;单余含;
针对矩形顶管隧道易受影响产生纵向变形、进而引发接头破坏的问题，提出一种矩形顶管隧道壳-接头理论模型，并以此研究隧道在不均匀沉降作用下的纵向变形。首先，通过室内模型试验，探究矩形顶管隧道接头力学特性；其次，建立壳-接头理论模型，给出接头力学元件的刚度矩阵及其计算方法；然后，建立数值模型，并与室内模型试验结果进行对比；最后，依托20环管节的矩形顶管隧道工程实例，研究不均匀沉降作用下的隧道纵向变形。结果表明：接头破坏表现为闭合间隙、钢套环受力和变形破坏3个阶段，接头的抗剪和抗弯均由钢套环承担；壳-接头理论模型的模拟计算结果与模型试验结果较吻合，验证了模型的实用性和准确性；矩形顶管隧道的纵向变形受地基刚度影响显著，砾砂、粉砂和黏土3种地层对应的隧道最大附加沉降分别为3.72,7.66和12.14 mm，随着地基刚度的减小，隧道接头受不均匀沉降的影响将会增大。
2024年04期 v.45;No.197 99-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 2234K] - 刘泉维;邵小康;黄成;李琛;叶守杰;江玉生;杨志勇;
针对上软下硬地层失稳特点，在假定开挖面附近因土体失稳而由软硬地层分界线先向上诱发形成部分楔形体、再呈倒圆台状向地面发展的基础上，提出开挖面稳定性计算模型。先基于极限平衡法提出部分楔形体计算模型；再依据修正后的楔形体计算模型，分别计算上覆土压力和开挖面前方部分楔形体的受力；最后依托青岛地铁6号线某区间工程开展数值模拟，验证理论模型。结果表明：不同支护应力比条件下的土体变形范围有所差异，土体变形主要发生在开挖面前方和上方并呈泡状延伸；数值模拟得到的开挖面失稳形态基本符合理论计算模型的假定形状；理论计算得到该例盾构开挖面极限支护应力比为0.21，与数值模拟的误差率为5%；当开挖面支护力小于极限支护力时，上软下硬地层开挖面水平变形会突然迅速增大；开挖面附近的岩土体变形主要发生在上部软弱部分，最大水平位移出现在上部软土中心附近，开挖面上土体最大水平位移与开挖面上方地表最大竖向位移间的相关性较高，两者变形规律类似。
2024年04期 v.45;No.197 111-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 1745K] - 雷晓燕;王伟;罗锟;王海;
针对车辆-轨道非线性空间耦合系统动力学分析计算量大、计算耗时长及计算精度难以保证的问题，对车辆-轨道非线性空间耦合振动模型和交叉迭代法进行改进。运用有限元法分别建立车辆和轨道空间子系统动力学模型，在基于“迹线法”构建轮轨接触几何关系的基础上，提出“投影对点作差法”搜索轮轨空间接触点位置，并引入轮轨准弹性接触对其进行修正，精细化轮轨接触关系；结合车辆-轨道非线性空间耦合系统特点，改进基于Newmark数值积分的交叉迭代求解系统动力学方程的算法，并给出完整的数值计算步骤。通过与相关文献进行对比，验证改进模型和算法的有效性。结果表明：改进模型的分析精度更高，搜索轮轨空间接触点位置的速度更快；改进算法的计算过程更完善，步骤更清晰；改进的模型和算法在提高计算精度的同时，仍然具有较快的计算效率，且使数值编程更易实现，方便工程应用。
2024年04期 v.45;No.197 120-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 1925K] - 许良中;陈春江;牛纪强;
针对内燃动力系统大功率、高集成化加剧散热，以及线路环境可能影响动力包通风性能和烟气扩散等问题，基于SST k-ω模型和定常/非定常可压缩雷诺平均方程，模拟动车组车体动力包周围和车顶排烟口下游空调周围的流场特性，分析车速和隧道对动力包风机通风性能以及排烟口对空调进烟量的影响。结果表明：风机流量受车速和位置的影响，同一动力包中上游风机流量稍大，而尾车则尤为明显，车速为160 km·h~(-1)时尾车上下游风机流量差异可达7%；空调新风口进烟量与车速正相关，尤其是紧靠排烟口空调的下游新风口进烟量；列车在进出隧道过程中其动力包格栅进风量出现脉冲式变化，两侧格栅进气量有所差异。
2024年04期 v.45;No.197 133-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 3374K] - 张雨晨;戴贤春;刘敬辉;李秋芬;代成烨;
针对单一模型预测故障率时的适用性差异问题，在考虑动车组牵引系统故障率数据特点的基础上，提出TSOBP-ARIMA-Prophet组合模型。首先，针对动车组牵引系统故障率的复杂非线性，引入金枪鱼群算法（TSO）优化BP模型，训练出TSOBP预测模型；其次，针对故障率的非平稳波动性，选取ARIMA预测模型；然后，针对故障率的季节周期性，选取Prophet预测模型；最后，运用方差倒数法对3个模型的预测结果赋权，得到TSOBP-ARIMA-Prophet组合模型的预测结果。以某动车组牵引系统为例，采用该组合模型预测故障率，并与3个单一模型及TSOBP-ARIMA组合模型对比验证其预测能力。结果表明：该组合模型预测时均方误差为0.075 2，较TSOBP,ARIMA和Prophet模型单独预测时分别降低了45.83%,61.65%和53.42%，预测精度显著提高，且较TSOBP-ARIMA组合模型对数据趋势的感知力更优，可有效提升对动车组牵引系统故障率的预测能力。
2024年04期 v.45;No.197 147-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1344K] - 史天运;侯博;李国华;代明睿;
针对铁路接触网异物类别多样、场景多变的开放目标检测问题，提出基于改进DINO目标检测算法的铁路接触网异物检测方法。首先，基于铁路接触网异物图像特征，利用EfficientNet网络替换原始模型中的Resnet主干网络，并结合卷积注意力模块（Convolutional Block Attention Module,CBAM）对EfficientNet网络进行改进，在颈部结构采用改进后的加权双向特征金字塔网络（Bidirectional Feature Pyramid Network,BiFPN），以增强模型对重要特征的关注度，提升检测性能；其次，通过马赛克数据增强和环境干扰等多种数据增强技术对输入图片数据进行处理，丰富样本数据的特征；最后，利用铁路人工智能平台实现铁路接触网异物检测的应用。结果表明：所提方法在性能方面表现优异，其平均精度均值可达89.87%，与YOLOv5,DETR和原始DINO这3种典型的目标检测算法相比，分别提高了6.40%,7.31%和5.75%。该方法能够满足行车线路上接触网异物的准确、快速及智能化识别要求，为接触网异物检测提供重要的技术支撑。
2024年04期 v.45;No.197 158-167页 [查看摘要][在线阅读][下载 2085K] - 李向东;韦友春;代林峰;
针对传统仿真计算方法得到的弓网接触力不能用于准确分析实际运营时复杂环境因素影响下的接触线疲劳寿命问题，在接触线受力分析基础上，借助高速综合检测车并基于弓网等效质量模型，通过采集的弓网垂向接触力、补偿加速度和气动抬升力得到弓网接触力实测数据，再采用雨流计数法对其进行压缩、提取峰谷值、循环计数等处理；在此基础上，结合接触线材料特性得到接触线疲劳寿命及单弓运行下上下行接触线的安全运行年限，对比分析单弓运行、双弓运行及检修前后弓网接触力对接触线疲劳寿命的影响。结果表明：线路各锚段内接触线疲劳寿命差异较大，通常定位点或吊弦处等质量负荷集中处的接触线疲劳寿命较低；单弓运行下接触线最小安全运行年限为13.05 a，双弓运行为10.03 a，小于单弓运行；接触网检修后，单弓运行下最小安全运行年限提升为17.78 a，整体运行安全年限在17.78～28.38 a之间。
2024年04期 v.45;No.197 168-179页 [查看摘要][在线阅读][下载 5463K] - 薛海;叶层林;和永峰;陈江涛;
针对地铁构架应力谱编制过程中小应力循环舍弃缺乏标准可依的问题，提出基于改进麻雀搜索算法（ISSA）和应力-时间历程信号变分模态分解（VMD）的应力谱门槛值自适应确定方法。首先，通过融合Tent混沌映射、鱼鹰优化算法和柯西变异策略改进麻雀搜索算法，从而避免陷入局部最优，提高分析效率；其次，采用ISSA优化VMD的分解个数和惩罚因子，实现关键参数确定；最后，根据最优参数组合，对应力信号进行VMD分解，并结合疲劳损伤占比、均方根和均方误差等参数对分解得到不同分量信号的中心频率进行综合分析，提取损伤占比较大的信号频率作为截止频率，从频域层面实现小应力门槛值的确定。结果表明：采用此方法确定的小应力门槛值使得应力雨流循环总数降低17.1%，实际损伤较传统方法所得结果减少7.8%，在有效反映应力所造成疲劳效应的同时保留了应力循环特性，提高了应力谱编制效率，从而为地铁构架应力谱编制过程中小应力门槛值的合理确定提供了参考。
2024年04期 v.45;No.197 180-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 1448K] - 刘雪莹;谭克虎;
产业链韧性是现代化产业结构发展的根基，交通是要素流动的主要载体，高铁作为交通运输现代化的重要标志，其网络发展水平将直接影响产业链韧性。基于新经济地理学、交通外部性以及产业组织等理论，利用2012-2021年中国287个地级及以上城市面板数据，检验高铁网络对城市产业链韧性的作用效果及数字化水平对这一作用效果的调节效应。结果表明：高铁网络发展能够有效提升地区产业链韧性，其提升效果为1.68%，同时数字化发展作为调节效应强化了该作用的影响效果；高铁网络发展通过提升创新集聚与创业活跃度增强了产业链韧性；异质性分析还发现，当城市位处西部地区、北方地区或者非国家中心城市时，高铁网络对产业链韧性的提升作用更强。基于此，各地应因地制宜，积极融入中国内生发展时代的高铁网，大力推动地区数字化建设，充分发挥创新集聚和创业活跃度的渠道作用，为企业创造更包容的发展环境，为实现产业链高质量发展提供新的动力机制。
2024年04期 v.45;No.197 189-206页 [查看摘要][在线阅读][下载 1008K] 下载本期数据