西南交通大学学报

2019-05ml目录

2019, 54(5): 1-2.

摘要(286)

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PDF 343KB(22)

摘要:

基于可靠度的桥梁构件三维地震易损性分析

单德山, 顾晓宇, 董俊, 李乔

2019, 54(5): 885-896. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170881

摘要(596)

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PDF 2138KB(28)

摘要:
为了评估桥梁结构近场抗震性能，建立了桥梁构件的三维地震易损性分析流程. 基于工程结构可靠度理论，用构件三维失效曲面表征墩柱、支座构件的损伤状态，将包含多个单一损伤指标的损伤状态方程作为三维地震易损性分析的损伤指标；其次在既有墩柱弯曲和剪切失效曲面研究的基础上，构建了墩柱弯曲和剪切破坏的损伤状态方程；并基于支座地震损伤的相对变形，建立了支座损伤状态的方程. 在此基础上，构建了墩柱和支座三维地震损伤状态的判别准则，并对不同损伤状态进行了量化. 结合各国桥梁抗震设计规范和工程结构可靠度理论，最后实现了三维地震易损性的计算分析. 通过一维地震易损性的简化验证，表明所提方法可用于桥梁结构的地震易损性分析中，并且所得结果与PSDA （probabilistic seismic demand analysis）法的最大概率偏差小于4%.

近场多脉冲地震作用下高墩桥梁地震响应分析

郑史雄, 陈志强, 陈志伟, 李晰

2019, 54(5): 897-907. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170725

摘要(608)

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PDF 1389KB(39)

摘要:
为了研究近断层地震的多脉冲效应对不规则高墩大跨桥梁非线性地震响应的影响，首先，采用眼观识别的方法选取了典型的多脉冲、单脉冲和非脉冲3组地震动；然后，采用小波变换识别方法和能量识别方法对其脉冲性进行识别，研究了脉冲地震动识别方法对多脉冲地震动的适用性；最后，以某大跨度高墩桥梁为例，基于OpenSees建立了其非线性有限元模型，对其进行了非线性地震响应分析，对比研究了近断层多脉冲地震动及单脉冲地震动对不规则高墩桥梁非线性地震响应的影响. 研究结果表明：现有的近断层脉冲识别方法只适用于速度时程中只含有一个主脉冲的地震动，对于多脉冲地震动，其失效的可能性非常大；近断层脉冲地震动对不规则高墩桥梁具有更强的破坏性，特别是在多脉冲地震作用下，1号、2号两个高墩的墩顶位移需求分别增加了118.9%和109.6%，墩底弯矩和墩底曲率也有明显的增大；近场多脉冲地震作用下主梁的碰撞次数增大了3～5倍，碰撞力也会增大2～3倍，主梁更容易发生严重的碰撞破坏，在抗震设计时应采取适当防撞措施.

风、浪、流荷载组合对跨海桥梁动力响应的影响

房忱, 李永乐, 向活跃, 张景钰

2019, 54(5): 908-914, 922. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170716

摘要(585)

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PDF 1186KB(48)

摘要:
为研究跨海桥梁所受风、浪、流环境荷载及其组合影响，采用国际结构安全性联合委员会（JCSS）提出的组合模型将风浪流荷载进行组合，并考虑了风浪流要素之间的相关性，对于风浪相关性采用了耿贝尔联合概率模型，并通过风海流实现了水流与风场的联合. 以某跨海大桥为工程背景，分析了不同荷载组合对主梁动力响应的影响及其机理，并讨论了荷载组合中参与荷载时段和不同波浪场对计算结果的影响. 研究结果表明：风、浪、流荷载对主梁位移响应影响较大，以风为主要荷载的JCSS组合比以波浪和水流为主要荷载的JCSS组合跨中位移响应偏大20%～30%；随机波浪和桥梁横向基阶模态对跨中横向响应贡献显著；主梁不同位置的位移响应受同一环境要素的影响程度不同，主跨跨中响应主要受风荷载的影响，塔梁结合处主梁响应主要受波浪荷载的影响；波浪场采用规则波模拟会低估主梁跨中位移响应.

复杂山区地形桥址区风特性的数值模拟

吴联活, 张明金, 李永乐, 魏凯

2019, 54(5): 915-922. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180029

摘要(600)

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PDF 2669KB(24)

摘要:
为了研究复杂山区地形桥址区风场空间特性变化规律，以位于我国西南山区的绿汁江大桥为工程背景，利用FLUENT对山区地形风场特性进行数值模拟，通过36个风向工况的计算分析，得到复杂山区地形桥址区风场的空间分布特性. 结果表明：受复杂地形影响，各桥位平均风速风剖面曲线和沿主梁横桥向风速曲线差异较大，桥址区附近地形最高点以上400 m风场仍明显受地形影响；受河道大角度弯曲影响，桥址区形成类似“单向开口槽”的地形，顺河流风向的来流风受山体阻挡，各桥位处的风速低于逆河流风向，两个风向的风速差值的平均值达13.6 m/s，且各桥位风攻角以负攻角为主；峡谷突宽使谷内风场出现一定的分流，突宽区风速稍有减弱，风场的分流量有限，使得在渡过突宽段后的峡谷缩窄区，风速依旧较大.

钢-混组合索塔锚固结构的力学行为及结构优化

肖林, 刘丽芳, 卫星, 刘德军

2019, 54(5): 923-930, 944. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170320

摘要(533)

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PDF 1433KB(36)

摘要:
为了解斜拉桥钢-混组合索塔锚固结构的力学行为并对结构设计进行优化，以重庆嘉悦大桥为依托，通过足尺模型试验及非线性有限元分析的对比分析，对钢-混凝土组合索塔锚固结构的力学性能、荷载传递机理进行了研究；采用正交试验方法对索塔锚固区混凝土主拉应力进行参数敏感性分析，进而提出了结构优化设计参数. 研究结果表明：钢锚箱与混凝土塔壁的应力水平较低，应力分布均匀流畅；钢锚箱与混凝土塔壁的相对滑移值均很小，最大值仅0.029 mm；剪力键的抗剪刚度对混凝土端塔壁的主拉应力水平有较为显著的影响，当刚度增加5倍，混凝土端塔壁主拉应力减少了17.3%；该桥所采用的组合索塔锚固区结构参数是安全、经济的.

变温度环境下混凝土的三维收缩徐变效应

杨永清, 李世伟, 李晓斌, 余取

2019, 54(5): 931-936. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170256

摘要(624)

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PDF 969KB(36)

摘要:
为准确分析混凝土的收缩徐变效应，基于收缩徐变的三维特性，对自然变温度环境下的混凝土收缩徐变效应进行了分析，建立了变温环境下混凝土三维收缩徐变效应的力学模型，并结合有限元分析软件ABAQUS开发了相应的计算程序，随后通过两个算例验证了方法的可行性与结果的可靠性. 研究结果表明：对于长期下挠和混凝土应变，模型计算值最大误差分别为8.2%和 –7.1%；模型能够很好地体现温度对徐变应变的影响，总体变化趋势与实测值较为一致，最大误差为 –20.5%，随着龄期增长误差越来越小，最终值误差为6.4%.

钢筋与粗骨料超高性能混凝土粘结性能试验研究

赵灿晖, 李浩稻, 邓开来

2019, 54(5): 937-944. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170513

摘要(522)

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PDF 1267KB(21)

摘要:
为了研究含粗骨料超高性能混凝土（UHPC）与带肋钢筋的粘结性能，对6组钢筋-粗骨料UHPC中心拉拔试件进行了加载测试，研究了钢筋直径、保护层厚度、粘结锚固长度对粘结应力的影响，基于厚壁圆筒理论和拉梅解答分析了保护层厚度的影响. 采用回归分析的方法得到了极限粘结应力的计算公式，并采用其他文献的试验结果验证了该公式的有效性. 研究结果表明：粗骨料UHPC与钢筋的粘结锚固破坏模式与活性粉末混凝土（RPC）相似，有“刮犁破坏”和“劈裂破坏”两种模式；粗骨料UHPC所需钢筋的最小保护层厚度略大于RPC，粘结锚固长度与RPC相近；保护层厚度、粘结锚固长度存在相互影响，粘结锚固长度足够时可适当减小保护层厚度；提出了带肋钢筋在粗骨料UHPC中保护层厚度和锚固长度的建议值.

路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏机理

黄俊杰, 石晓娜, 苏谦, 王薇, 王武斌

2019, 54(5): 945-952, 988. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180251

摘要(551)

HTML全文 (297)

PDF 1210KB(24)

摘要:
为了合理分析软土地区路堤下素混凝土桩复合地基的稳定性，基于离心模型试验和仿真分析，研究了不同桩间距条件下路堤下素混凝土桩复合地基桩体的受力特征，引入桩体破坏逐一退出机制，分析了桩体破坏模式. 结果表明：在路堤自重和列车荷载作用下，路堤下复合地基素混凝土桩受力特征和破坏模式具有显著的桩间距效应，当桩间距分别增大至4倍和6倍桩径时，最靠近坡脚的第1列与第1、2列素混凝土桩分别产生了断桩破坏；在桩间距不变的条件下，随着上部荷载的增大，素混凝土桩最大弯矩和剪力均逐渐增大；施加列车荷载后，桩体最大弯矩和剪力往路基坡脚方向呈逐渐增大的规律，桩间距由3倍增大至6倍桩径时，靠近坡脚的桩体最大弯矩由172.9 kN•m增大至601.0 kN•m，大于桩体标定极限弯矩值，剪力由89.4 kN增大至249.1 kN，小于桩体标定极限剪力值，表明离心模型试验中素混凝土桩产生弯曲破坏而不是剪切、受压和受拉破坏，最靠近坡脚的桩最先发生弯曲破坏，随后往路基中心方向呈逐一弯曲破坏模式.

含倾斜夹层场地动力响应的大型振动台试验研究

曹礼聪, 周羽哲, 马东华, 刘飞成, 张建经

2019, 54(5): 953-961. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170748

摘要(553)

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PDF 2313KB(10)

摘要:
为了研究含倾斜夹层场地在地震作用下的动力响应及为可能的场地加固提供指导，基于大型振动台模型试验，研究了含倾斜夹层场地在El Centro地震波作用下的加速度、应变及位移响应特征，同时通过频谱分析讨论了夹层对场地稳定性的影响，并用拟静力分析得到场地的启动临界加速度及场地的稳定系数. 试验结果表明：夹层对于加速度峰值存在明显的削弱效果，加载地震波峰值越大，削弱程度越大，同时基岩中加速度放大系数呈现“量级饱和”特征；夹层处应变峰值最大，当加载地震波峰值大于0.33g时，场地平台与斜坡拐角下基覆中存在另一峰值，应变形状呈现“W”形；夹层对20 Hz附近频段的傅里叶幅值有一定的削弱作用，同一土层反应谱卓越周期基本一致，不同土层反应谱差别较大，夹层处（0.31 s）卓越周期大于基岩（0.19 s）与基覆处（0.21 s）；拟静力分析显示0.33g时场地的稳定系数为3.16，强风化带启动的临界加速度为1.42g.

非对称式凸轮转子型双定子叶片泵及流量特性分析

闻德生, 刘春晓, 王雷, 郑伟, 赵正鹏

2019, 54(5): 962-970. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170723

摘要(544)

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PDF 1380KB(24)

摘要:
针对传统液压泵的不足，研制了一种新型非对称式凸轮转子型双定子叶片泵. 该泵将凸轮转子型叶片泵的结构和双定子的思想相结合，在泵的壳体内设置了内外两个定子和一个转子，其中转子内外凸起数不同，使该泵可输出多级定流量，也能够同时对多个系统供油. 阐述了泵的工作原理与特点，通过非对称式凸轮转子型双定子叶片泵内部结构的分析，归纳出凸轮转子在不同转角下内外泵的理论流量，进而得到泵在不同工作方式下的瞬时流量. 搭建了非对称式凸轮转子型双定子叶片泵试验平台，试验结果表明：与传统的对称式双凸起凸轮转子型叶片泵相比，非对称式凸轮转子型叶片泵的流量脉动更小，大约降低了2%左右，试验结果与理论分析基本一致，验证了理论分析的正确性.

考虑二阶效应的空间刚架结构布局优化

李银启, 程文明, 刘华森

2019, 54(5): 971-979. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170863

摘要(468)

HTML全文 (275)

PDF 1267KB(15)

摘要:
针对三维空间刚架布局优化问题，以七自由度节点梁柱单元二阶弹性理论推导考虑构件几何非线性和截面翘曲变形的非线性刚度矩阵，通过整合梁柱单元非线性刚度矩阵对刚架结构进行整体的二阶弹性分析，建立满足刚架结构强度、刚度和稳定性要求的布局优化数值模型；并针对复杂刚架结构布局优化数值求解问题，改进遗传搜索算法（GA），提出可靠拓扑和引导型遗传算法双向控制方法（KLGA）. 该方法一方面将拓扑变量从布局设计变量中分离，以构件重要度评定结构可靠拓扑变量组合，再与设计变量整合；另一方面将结构特有的引导信息加入算法中，为GA提供全局最优解的指引路径. 通过两种典型的刚架算例表明二阶效应模型和KLGA算法的可行性和有效性，例如算例2中基于二阶效应模型的KLGA得到的最优结构质量比GA减轻了24.5%，波动幅度从9.61%提升到1.39%，算法更加稳定.

模糊层次分析与三维GIS集成的升压站选址方法

朱庆, 陈凯峥, 谢潇, 曾浩炜, 张叶廷, 任晓春

2019, 54(5): 980-988. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170887

摘要(722)

HTML全文 (525)

PDF 882KB(30)

摘要:
为了克服传统风电场升压站选址方法的局限性，基于模糊层次分析选址综合评价方法，在三维GIS中对升压站的选址进行了可行性比对分析. 首先从施工成本、选址地形因子、灾害指标、临近资源及障碍区域五个类别的准则建立风电场升压站选址递阶层次结构；其次集成三维地理信息系统与模糊层次分析法构建一种新的选址评估模型；通过预设几何初选规则获取模型输入参数，最终解算模糊评价矩阵实现升压变电站自动选址. 通过对不同地形的已建成风电场升压变电站选址结果进行比对研究实验表明：以风机分布区域范围内的2 m分辨率的数字高程模型作为实验数据，系统解算时间均在10 min内. 平原最佳选址的站址评分为0.957 8优于已建成站址评分0.941 2；山地最佳选址的站址评分为0.743 5优于已建成站址0.706 8. 该方法有效地提升了选址的时间效率且具备较高的精准性及较好的适用性.

面向多样化终端的自适应网络三维可视化方法

张昀昊, 朱军, 李维炼, 胡亚, 刘铭崴

2019, 54(5): 989-996. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180399

摘要(532)

HTML全文 (264)

PDF 1015KB(12)

摘要:
随着移动互联网的快速发展，三维GIS （geographic information system）应用的用户终端设备类型日趋多样化，现有单一的网络可视化方法难以适应多样化终端需求.针对上述问题，本文首先设计了基于B/S （browser/server）模式的自适应三维可视化架构，然后重点探讨三维数据的多样化组织、自适应四叉树组织与动态索引构建、三维场景自适应调度等关键技术，最后基于WebGL技术构建原型系统并进行案例实验.实验结果表明：桌面端设备笔记本电脑的可视化渲染帧率最终稳定在40 帧/s左右；移动端设备平板电脑、智能手机的可视化渲染帧率最终稳定在20 帧/s左右；不同类型终端上进行网络可视化均能保证较高的可视化帧率及效果，证明了本文提出方法的有效性与可行性.

架空线路耐张线夹三维温度场仿真分析及验证

董选昌, 曲烽瑞, 李艳飞, 王亦清

2019, 54(5): 997-1004. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180610

摘要(456)

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PDF 1005KB(15)

摘要:
为研究不同条件下架空线路耐张线夹温度分布情况，构建了基于耐张线夹简化结构的有限元模型，并在600 A工频交流电流和不同接触电阻比的条件下，进行了耐张线夹电磁-热耦合有限元仿真，最终得到耐张线夹的三维温度场分布. 仿真结果显示：在正常情况下，耐张线夹引流板处的温度最低；在线夹不同部位接触电阻增大的情况下，引流板处接触电阻的增大对线夹整体温度升高的影响最大，而线夹本体压接处接触电阻的增大对线夹温升影响最小，同时线夹温度升高也会制约架空线路导线载流量. 最后通过线夹电阻测量试验和温升试验验证仿真的准确性，误差约为2.3%.

附有空间误差梯度信息的虚拟基准站服务技术

张熙, 陈现春, 冯威, 张晶晶, 包海

2019, 54(5): 1005-1011. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180140

摘要(569)

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PDF 959KB(12)

摘要:
为了克服传统虚拟基准站服务技术在长距离定位服务和全域范围服务中存在频繁换站，以及严重依赖互联网通讯的不足，利用现有RTK （real-time kinematic）设备兼容互联网模式和电台模式的基本条件，通过空间误差模型分析，将空间误差梯度信息附加在差分服务数据中，并结合互联网、共生调频数字广播和特高频无线电广播等技术手段，实现了面向全域范围的差分数据播发；同时，给出了传统虚拟基准站有效服务距离的计算模型. 实测结果显示：设定空间误差修正质量对流动站坐标各方向精度影响小于1 cm²的情况下，中纬度平原地区虚拟单基站网络站间距或者传统虚拟基准站服务的换站距离可以达到5 km；利用单个功率低于2 W的信号终端实现了27 km的远距离数据播发，突破了传统虚拟基准站服务需要数据交互且单个虚拟基准站有效服务距离只有几公里的限制，可满足包含数十公里通讯盲区的全域高精度定位应用需求.

提升高精度图像弱目标视觉质量的高效压缩算法

李英, 李博, 高新波

2019, 54(5): 1012-1020. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180180

摘要(452)

HTML全文 (255)

PDF 1446KB(17)

摘要:
为了实现对高精度图像进行高效压缩，同时确保重建图像的弱目标区域有较好的保真效果，提出了一种提升弱目标区域质量的基于误差优化编码的高精度图像压缩算法. 首先，使用JPEG-LS （joint photographic experts group lossless）压缩算法对图像数据进行压缩，在游程编码过程中自适应地选择需要二次编码的误差数据，并完成了基于视觉质量的非均匀量化；其次，对量化值进行数据分解，去除量化值之间的相关性，并对分解后的数据进行MQ算术编码的熵编码；图像重建时根据量化间隔重建反量化值，并设计了反量化优化和滤波优化过程；最后，将本文算法与JPEG-LS、JPEG2000 （joint photographic experts group 2000）算法进行了性能比较，结果表明：本算法能够实现高精度图像数据的高效压缩，且复杂度低，易于硬件实现，虽然引入了误差数据二次优化编码等过程，但增加编码的数据量较小，故与JPEG-LS算法的压缩速度相当，然而比JPEG2000算法的压缩速度提升4.47倍；同时有效减少了常规算法造成的信息损失，重建图像的峰值信噪比与JPEG-LS、JPEG2000相当或略低，但弱目标区域的视觉质量及保真效果更好.

川西藏羌石砌民居建筑的抗地震倒塌性能

许浒, 杜宁宁, 余志祥, 乔杨锴

2019, 54(5): 1021-1029, 1046. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180441

摘要(573)

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PDF 1638KB(20)

摘要:
我国川西地区的传统藏羌石砌民居具有较高的文化遗产保护价值，但在近年来的历次地震中出现了大量破坏. 结合该类房屋的砌筑材料和建筑布置特征，对其抗地震倒塌性能进行研究. 首先，开展了3组黏土试件的无侧限抗压强度试验和一个1/2缩尺黏土-石砌墙体试件的水平抗剪承载力试验，并通过显式动力数值计算手段对试验过程进行模拟；其次，针对黏土和毛石材料均采用Holmquist-Johnson-Cook （HJC）本构模型，基于随机分布离散型有限元方法，根据实际墙体中两种材料的分布比例建立相应数值模型，并通过与模型试验结果的对比验证，明确了数值计算中的关键参数；在此基础上，对一典型二层平面L型缩进式民居结构进行动力时程分析计算，通过与实际震害情况的对比分析了其地震破坏机制，再现了地震倒塌全过程，并开展了结构的抗地震倒塌易损性分析，研究了不同晒台缩进面积的影响. 研究结果表明，在罕遇烈度下，平面L型缩进式结构中晒台面积比例由30%增加至45%时，结构倒塌概率增大16.7%，抗倒塌储备系数下降9%，对易损性曲线影响并不显著；但当晒台面积比例减小至15%时，二层墙体开洞率增大18%，导致结构的地震倒塌概率增加143%.

基于影响矩阵的桁架结构预应力损失识别方法

刘艳辉, 张阳阳, 刘军校, 任鹏, 卓彪

2019, 54(5): 1030-1037. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180107

摘要(471)

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PDF 1121KB(7)

摘要:
为计算出每束预应力钢束实时的预应力损失，依据预应力桁架结构观测变形，基于位移影响矩阵原理提出一种预应力损失识别方法. 通过有限元分析，建立预应力损失值与桁架结构观测点位移值之间的关系方程，并依据极小值优化原理，获得预应力损失值. 研究表明：当单位预应力损失取30%～50%时，得到的位移影响矩阵计算预应力损失时误差最小，约为1%～2%；三角形桁架1/4跨度和3/4跨度处位移观测点对预应力损失的敏感性最高. 最后，以黔渝线上某高铁站房的大跨钢筋预应力桁架结构为例，验证了该方法的正确性.

坡形浅埋隧道爆破振动效应及理论模型验证

严健, 何川, 张景, 孙正

2019, 54(5): 1038-1046. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170839

摘要(472)

HTML全文 (222)

PDF 6642KB(16)

摘要:
为研究位于边坡地形和浅埋土岩复合地层条件下的山岭隧道施工爆破振动效应和振动影响范围，验证并获得准确适用的振速理论模型，以国道317线下穿县城密集区的德格隧道为依托，利用现场爆破振动监测和回归分析对4组常用理论模型进行验证，同时，通过三维数值模拟及与理论模型计算、现场实测结果的比较，围绕爆破振速、振动影响范围以及存在的爆破振动效应进行分析. 研究结果表明：4组常见理论模型计算拟合度在0.15～0.86之间，其中，唐海、朱传统和周同龄理论模型公式对应不同爆心水平距离、高程差时各有优势；理论模型计算得到的爆破振动影响范围比数值计算结果更接近现场实测结果；在隧道成洞区28 m范围内爆破施工引起的“空洞效应”明显，地表垂向最大振速由起爆点处的1.98 cm/s增大到了2.23 cm/s；爆心所在横切面内顺坡向一侧距离开挖中线10～20 m范围坡面上“边坡效应”显著，最大垂向振速达1.83 cm/s之后随爆心距增大而线性减小；在逆坡向一侧5～10 m范围内随高程增加将出现“高程放大效应”，因此，上述范围内的地表建筑应作为现场监测重点并做好防震措施.

寒区隧道温度场变化规律及空气幕保温效果

高焱, 耿纪莹, 贾超, 周君, 朱永全, 何本国, 钟勇强

2019, 54(5): 1047-1054. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170295

摘要(667)

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PDF 1051KB(26)

摘要:
隧道洞口段铺设保温层不能完全解决寒区隧道的冻害问题，为此提出一种新型寒区隧道空气幕保温系统，采用叠加原理、分离变量法和贝塞尔特征函数建立列车风影响下寒区隧道温度场计算模型，研究不同列车运行速度和运行间隔时寒区隧道温度场的分布规律，验证了新型寒区隧道空气幕保温系统保温效果. 研究结果表明：当外界气温为 −30 ℃，围岩地温为5 ℃时，隧道洞口段铺设保温层已无法满足寒区隧道保温需求，应与主动保温措施联合；寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段，若列车运行速度大（大于200 km/h）、列车运行频率高（间隔小于30 min），寒区长大隧道需要全隧道防寒；50 m的保温空气幕联合1 050 m的保温层可以满足外界气温为 −30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行速度为300 km/h、列车运行间隔为10 min这种极端情况下寒区隧道的保温需求.

隧道火灾排烟口位置对排烟效率的影响

林鹏, 王国元, 司有亮, 王钟宽, 吴凡雨, 高东丽, 梅秀娟

2019, 54(5): 1055-1062, 1112. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170945

摘要(558)

HTML全文 (288)

PDF 1055KB(16)

摘要:
为研究长大隧道其排烟口位置对半横向排烟效率的影响，本文以Memorial Tunnel 为原型建立1∶20隧道模型，其尺寸为 42.7 m × 0.45 m × 0.23 m，并采用坡度为水平和3.2%两种状态，以油池火（甲醇）作为火源，在模型隧道中进行了一系列的实验. 同时，采用火灾动力学模拟软件FDS 6.0.1对排烟口位于火源左侧、右侧和两侧对称分布3种工况进行数值模拟，对比数值模拟和实验结果，得出以下结论：（1）在水平隧道中，排烟口对称分布于火源两侧时，烟气层大致呈对称分布，排烟效率最高，相对于排烟口分布于火源左侧或右侧，其排烟效率能分别提高10.22%～13.58%和7.66%～16.84%；当两排烟口位于火源左侧或右侧时，烟气向排烟口所在位置相反方向蔓延距离增长，排烟效率不存在明显差异. （2）在倾斜隧道中，烟气在火源两侧呈不对称分布，向隧道高端蔓延距离较长；当排烟口仅火源左侧（低端）布置时排烟效率最低，而对称分布于火源两侧时的排烟效率有所提高，较排烟口仅左侧分布提高了33.9%～39.6%；排烟口仅分布于火源右侧（高端）时的排烟效率最高，与排烟口仅分布于火源左侧时相比，排烟效率提高了40.5%～51.6%. （3）倾斜隧道中排烟口位置对排烟效率的影响较水平隧道更为显著，且随着排烟量的增加，该影响程度逐渐减小.

真空管道运输系统发展现状及展望

邓自刚, 张勇, 王博, 张卫华

2019, 54(5): 1063-1072. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180204

摘要(669)

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摘要:
作为一种新型交通系统，真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合，理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力.为了促进真空管道运输系统的发展，从基本原理角度，系统论述了真空管道运输系统的可行性及车辆、管道、驱动装置等子系统关键构成，指出了其快速、便捷、安全、环保和高效等优势；介绍了国内外真空管道运输系统的研究现状，包括美国ET3、美国Hyperloop、瑞士超高速地铁Swissmetro，以及西南交通大学真空管道高温超导磁悬浮车试验平台，比较分析了各单位在车辆、管道、驱动装置及造价等方面的技术特点和优势；展望了当前发展真空管道运输系统亟需解决的关键问题，并指出车轨作用、高速直线牵引、气动和散热、管道密封以及管道内通信、救援这几个方面是今后需要重点研究的领域.

碰撞前车速计算误差的成因及处理方法

张健, 张鑫, 李江

2019, 54(5): 1073-1078. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170562

摘要(563)

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PDF 731KB(13)

摘要:
为准确计算汽车碰撞事故碰撞前车速，基于动量守恒定理的汽车碰撞事故模型，在事故分析中采用反推法求解. 根据事故现场勘查信息,应用运动学公式计算碰撞后车速，再将碰撞后车速代入模型计算碰撞前车速. 以实车碰撞试验对模型计算结果进行检验后，发现用模型计算的碰撞前车速存在误差. 为此以实车碰撞试验为对象，根据模型的求解过程和误差的传递过程，研究了碰撞前车速误差的成因和处理方法，以提高交通事故分析的准确性. 首先，应用矩阵理论研究了碰撞前车速误差的形成原因；其次，应用反推迭代算法建立了碰撞前车速误差的处理方法；最后，通过实例应用验证了该方法的可行性. 研究结果和实例应用表明：用运动学公式计算碰撞后车速所产生的误差是造成碰撞前车速误差的决定性原因，只需对碰撞后车速误差进行简单的1次处理就能使应用该模型计算碰撞前车速所产生的误差归0.

燃料电池混合动力系统参数匹配与多目标优化

李奇, 孟翔, 陈维荣, 张国瑞

2019, 54(5): 1079-1086. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170117

摘要(733)

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PDF 821KB(54)

摘要:
在满足机车动力性能需求的条件下，运用参数匹配方法对燃料电池系统的重量、体积指标进行了优化. 首先，搭建了机车动力学模型，针对列车运行的加速启动、匀速爬坡、最大时速运行3种关键工况，分别得到3个需求功率峰值；其次，基于传统方法，以最大需求功率峰值为目标，分析了超级电容-动力电池配比；然后，在传统方法基础上，采用改进粒子群算法（improved particle swarm optimization，IPSO），进行了基于系统重量和体积的多目标优化参数匹配计算，得到了最优解；最后，对传统方法和多目标优化方法进行了对比分析. 研究结果表明：两种方法均能满足列车动力需求；采用多目标优化方法，为同型燃料电池混合动力有轨电车配置2套150 kW燃料电池，124个超级电容（48 V，165 F）和337个动力电池（3.7 V，9 A•h）. 车辆经32.24 s加速可达时速70 km/h，最大爬坡能力为85.5‰，持续爬坡能力为732.5 m；相比较传统方法，重量和体积优化率分别达到83.075%和86.696%.

高速铁路有砟道床横向阻力特性与固化技术

井国庆, 贾文利, 付豪, 卢炜

2019, 54(5): 1087-1092. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170480

摘要(515)

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摘要:
高速铁路有砟道床存在发生飞砟的可能性，且飞砟概率随着砟肩堆高增加而增加，因此部分国家降低砟肩堆高，甚至采用平肩结构，但随之会引起道床阻力降低. 通过研究砟肩堆高对道床阻力的影响，同时在此基础上，提出了聚氨酯局部固化方案，包含枕心固化和枕端固化，均在增加平肩式道床横向阻力的同时不影响捣固维修作业. 道床横向阻力试验结果表明：与砟肩堆高150 mm相比，采用平肩式道床横向阻力降低30%；喷涂200 mm和300 mm聚氨酯的情况下，采用枕端固化的道床横向阻力分别可提高阻力约41%、60%，枕心固化可分别提高约31%、40%，综合固化（枕心和枕端固化同时采用）可提高阻力约70%、100%.

协同考虑脆弱性与可靠性的城市道路网络设计

吕彪, 刘一骝, 刘海旭

2019, 54(5): 1093-1103. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180812

摘要(453)

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摘要:
根据常态事件下出行者风险规避的路径选择行为和非常态事件下兼具风险规避与后悔规避的路径选择行为，分别以可靠性和脆弱性指标描述常态与非常态事件下的路网性能，构建了协同考虑脆弱性与可靠性的城市道路网络设计一主双从规划模型，其中上层模型为满足可靠性约束条件下的路网脆弱性指标最优（路网可达性最高），下层模型分别为基于效用理论和后悔理论的随机用户均衡模型. 算例结果表明：与仅考虑脆弱性的模型相比，本文提出的模型在牺牲一定可达性的基础上可获得较高的路网可靠性；当投资预算为0.9 × 10⁷时，平均路网可达性与路网可靠性分别为0.138 8和0.969 6，而仅考虑脆弱性的模型获得的对应指标分别为0.140 5和0.334 1，可达性指标减少了1.20%，可靠性指标增加了190.21%；此外，如果忽视出行决策行为差异，可能获得偏离实际的次优，甚至错误的网络设计方案，无法实现预期设计目标.

动态行驶时间取送一体化车辆路径问题

李嫚嫚, 陆建, 张赫

2019, 54(5): 1104-1112. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170488

摘要(401)

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摘要:
为优化真实路网下的车辆配送路径，采用优化 + 调整的两阶段求解方法. 在优化阶段，根据常发拥堵信息，采用遗传算法求解时变取送一体化车辆路径，安排车辆初始配送路径. 在调整阶段，以路段行驶时间为时间间隔，采用滚动更新策略调整车辆配送路线躲避偶发拥堵. 在针对车辆路径调整问题构建了一系列混合整数规划模型的基础上，设计了2-opt + insertion启发式算法求解模型，并结合Dijkstra算法求解到的客户点间最短行驶路线，将车辆配送路径转化成了真实路网中的车辆配送路线. 数值实验测试结果表明：滚动更新策略中，以路段行驶时间为时间间隔比以客户间行驶时间为时间间隔减少车辆行驶时间0.24～11.95 min；以路段行驶时间为时间间隔比以24 min为时间间隔减少车辆行驶时间0.08～8.06 min，比以6 min为时间间隔减少更新次数10.02～34.59次，因此，固定时间滚动更新策略中的最优时间间隔难以确定，其实用性较差. 2-opt + insertion启发式算法求解速度是遗传算法的4倍.

列车通信以太网周期数据时态约束调度方法

简捷, 王立德, 聂晓波, 申萍

2019, 54(5): 1113-1120. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180006

摘要(374)

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摘要:
针对工业以太网调度方法以报文截止期为唯一约束的局限，提出了一种基于时态约束的列车通信网络周期数据调度表生成方法.首先基于时间触发机制改造列车以太网的通信与消息模型；其次利用网络设备通信参数与数据报文参数，提出周期数据通信的时态约束有向图量化模型；最后设计了基于可满足性模理论的调度表生成算法，求解单播及广播业务的周期数据调度表以验证算法有效性，并在实际列车通信网络的拓扑条件下进行调度性能测试及分析.实验结果表明：该调度算法能够解决部分传统算法不能调度的通信任务，满足更细化的周期数据调度需求并提升调度灵活性；调度性能测试中最大链路负载超过80%，可调度周期数据业务量达到1 000项.

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