西南交通大学学报

新型供电方式有轨电车运行能耗优化方法

李奇, 黄涛, 苏波, 黄文强, 赵子涵, 陈维荣

2020, 55(6): 1133-1140. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190585

摘要(643)

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PDF 1275KB(52)

摘要:
针对无接触网新型供电方式有轨电车运行能耗的问题，研究了一种在储能容量有限的情况下降低运行能耗并提高再生制动能量回收的方法. 该方法在保证列车站间运行距离不变、站间运行时间在可行范围内、且满足超级电容吸收制动功率能力的前提下，通过重新分配牵引、惰行、制动3种工况执行的距离以及列车在牵引与制动工况的出力大小，计算出一条既实现节能又提高制动能量回收的列车目标运行曲线；最后使用该方法对某有轨电车实际运行线路进行优化. 仿真结果表明：在冗余时间内，该方法平均减少4%的运行能耗；同时超级电容在有轨电车制动过程中平均增加4%的制动回馈能量回馈，且能够安全运行.

有轨电车典型行驶工况的构建

陈维荣, 刘禺贝, 戴朝华, 郭爱, 安祺, 时方力

2020, 55(6): 1141-1146, 1190. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190268

摘要(701)

HTML全文 (366)

PDF 952KB(34)

摘要:
为合理评估有轨电车在轨道交通中的行驶特征及运行指标，为有轨电车设计与控制提供依据，对有轨电车典型行驶工况进行构建. 首先，以巴黎、布达佩斯、墨尔本城市的有轨电车线路及行驶数据为基础，采用聚类方法获取降维行驶特征；然后，基于马尔可夫链理论，构建有轨电车典型行驶工况；最后，将构建工况与实际工况进行特征值对比分析，并基于所构建的典型工况进行仿真验证. 结果表明：构建的典型行驶工况与实际工况样本数据库总体特征的平均偏差仅为2.63%，满足偏差低于5%的开发精度要求；此外，典型行驶工况与实际行驶工况下的需求功率误差也仅为1.78%，验证了典型工况模型的准确性和有效性.

燃料电池混合动力的功率跟随管理策略分析

刘楠, 于博轩, 郭爱, 李明, 张秋敏, 陈维荣, 戴朝华

2020, 55(6): 1147-1154. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180733

摘要(1002)

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PDF 1090KB(74)

摘要:
为了提高燃料电池混合动力系统的经济性，基于燃料电池氢耗量和功率波动率，对功率跟随能量管理策略中参数和荷电状态（SOC）调节方式进行了分析，并定义了燃料电池的功率波动率；基于仿真软件ADVISOR中建立的燃料电池/超级电容混合动力系统模型，计算了不同的超级电容SOC限值和充电功率参数时的燃料氢耗量和波动率；设计了两种SOC调节方法，即Z曲线法和比例积分（PI）调节法，比较了不同SOC调节方法下的氢耗量和波动率. 研究结果表明：若SOC的下限增大，致使氢耗量和波动率增加，SOC下限为0.5时的氢耗量比0.25时增加7.10%，波动率增加3.85%；若SOC的上限增大，燃料电池波动率减小，0.95时的波动率比0.75时减小3.51%；充电功率参数在一定范围改变，能够减小燃料电池氢耗量和波动率；SOC调节方式中，当SOC初始值在 [0.28，0.52] 区间，PI调节法的波动率最优；当SOC初始值在 [0.75，0.90]，Z曲线法的波动率最优.

地铁中压环网供电系统可靠性评估方法

林圣, 崔臻, 杨茜茜, 冯玎, 臧天磊

2020, 55(6): 1155-1162. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190812

摘要(695)

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PDF 1117KB(54)

摘要:
地铁中压环网供电系统起电能分配及传输作用，结构复杂且设备繁多，分析地铁中压环网供电系统可靠性具有重要意义. 本文通过分析地铁中压环网供电系统的拓扑结构和运行方式，采用分区的思想对中压环网供电系统进行区域化、模块化处理，简化复杂系统并提出系统“最小基本单元”的概念，建立系统可靠性评估通用性模型，并运用序贯Monte Carlo法计算中压环网供电系统可靠性评估指标. 通过算例分析可知，在不考虑系统设备磨损的情况下，当抽样次数为50 000次时，求得某条地铁中压环网供电系统稳态可用度为99.996%，验证了通用性模型的可行性.

考虑牵引所多运行状态的城轨交直流供电计算

刘炜, 张扬鑫, 张戬, 李鲲鹏, 李群湛

2020, 55(6): 1163-1170. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190854

摘要(608)

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PDF 1340KB(22)

摘要:
城市轨道牵引变电所存在多种运行状态：整流状态、整流机组关断状态、逆变回馈装置恒定电压运行状态、逆变回馈装置最大功率运行状态. 针对潮流计算中牵引变电所状态的不确定而影响计算收敛性的问题，提出一种考虑牵引变电所多运行状态的城轨交直流供电计算算法. 该算法对逆变回馈装置和车载制动电阻建模，根据迭代过程中牵引变电所网压、电流，采用滞环比较策略确定牵引变电所状态，通过交直流交替迭代方法求解潮流. 对某地铁工程进行仿真分析和实测验证，结果表明：仿真与实测的牵引变电所负荷过程曲线Pearson相关系数为0.76～0.92；逆变回馈装置节能率的仿真结果与实测误差不超过1.7%；在全线整流机组空载电压较高的场合，当逆变回馈装置的启动电压设置在1750 V以上时，消耗在车载制动电阻上的能量显著增大.

基于自更新哈希链的安全高效车-地鉴权方案

张文芳, 孙海锋, 王宇, 蔺伟, 王小敏

2020, 55(6): 1171-1180, 1206. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190205

摘要(563)

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PDF 1163KB(12)

摘要:
针对下一代高速铁路无线通信系统LTE-R （long term evolution-railway）对安全性和实时性的特殊需求，基于哈希链技术，提出一种完全基于对称密码体制的的车-地通信鉴权方案. 用户归属服务器（home subscriber sever，HSS）利用身份授权主密钥为车载设备（on-board unit，OBU）生成动态可变的匿名身份（temporary identity，TID），以在接入认证请求信令中保护车载设备的隐私，同时能够抵挡去同步攻击. 在列车高速移动过程中，方案采用高效的哈希链代替认证向量完成列车和服务网络之间的双向认证，哈希链的本地更新可解决认证向量耗尽导致的全认证重启问题. 此外，通过引入身份证明票据实现基于基站协同的高效无缝切换认证. 安全性和性能分析表明：在同样条件下，所提出的全认证协议、重认证协议和切换认证协议与目前性能最优的LTE （long term evolution）标准协议相比，计算量分别下降41.67%、44.44%和45.45%，通信量分别下降62.11%、50.91%和84.91%，能够满足LTE-R接入网络的安全性和实时性要求.

基于日变交通配流的城市道路网络韧性评估

吕彪, 高自强, 管心怡, 刘一骝

2020, 55(6): 1181-1190. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191214

摘要(877)

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PDF 1273KB(73)

摘要:
为有效评价重大扰动事件下的路网性能，提出以日变交通配流（day-to-day traffic assignment，DTA）为基础的城市道路网络韧性评估模型. 明确考虑重大扰动事件下交通流动态变化特性，构建了综合考虑出行者认知更新、行为惯性等因素影响的DTA模型，设计了启发式求解算法；定义了基于DTA的路网可达性指标，构建了可全面评价扰动事件生命周期内系统性能的韧性指标与评估模型，并在Nguyen & Dupuis网络上进行算例研究. 结果表明：在扰动事件后的前10天，路网韧性波动变化，此后随着交通流分布趋于稳定，路网韧性单调上升，从第10天的0.323上升到第50天的0.794，上升了145.77%；与传统随机用户均衡（ stochastic user equilibrium，SUE）模型相比，DTA模型获得的路网可达性与韧性指标存在显著差异，SUE模型下路网可达性随时间单调上升，而DTA模型下路网可达性在前15天剧烈波动，随后才单调增加，表明要获得准确的路网韧性指标，必须首先准确假定出行决策行为和相应配流模型；出行者行为惯性、路段通行能力退化程度与恢复速率以及路网拥挤程度等因素均对交通流量分布产生显著影响，进而影响路网可达性最终导致路网韧性指标发生显著变化，表明实际应用中应在充分调查的基础上合理标定相关参数.

基于GNSS/INS的列车定位风险评估方法

吴波前, 蔡伯根, 陆德彪, 王剑

2020, 55(6): 1191-1198. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190981

摘要(665)

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PDF 1760KB(24)

摘要:
全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GNSS）应用于列车运行控制系统位置服务时，需对其进行风险评估，以确保其满足安全相关的需求. 为此，首先建立一种基于卫星导航系统与惯导系统（inertial navigation system，INS）融合的列车定位单元结构，通过分析传感器融合数据对故障进行检测及识别，并计算水平保护距离，结合水平位置误差、水平告警门限、告警时间等指标参数，对列车定位单元的工作状态进行识别；其次在此基础上分析由危险状态生成的风险事件，并计算列车定位单元危险侧失效率及故障概率；最后结合现场试验数据对所提出的风险评估方法进行测试验证. 验证结果表明：若误警率、漏检率均为1 × 10⁻⁷/h，水平告警门限为20 m，定位单元在相对开阔环境下的故障率为9.14 × 10⁻⁷/h，受限环境下的故障率为1.52 × 10⁻⁴/h；若运行线路对风险指标参数需求降低，则误警率、漏检率及水平告警门限也会增大，受限环境下的定位单元故障率也随之降低，在误警率、漏检率均为1 × 10⁻⁵/h，水平告警门限为100 m时，计算获得的受限环境下定位单元故障率为0. 因此，在对定位单元进行风险评估时需考虑不同线路对指标参数的需求.

基于LiDAR点云的船载砂石体积自动测算系统

朱庆, 王登星, 王峰, 谢潇, 胡翰, 黄爽

2020, 55(6): 1199-1206. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181051

摘要(547)

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PDF 4282KB(22)

摘要:
针对现有船舶运输砂石体积计算主要依赖人工方式称重和纸质运单流转、精度不高且效率很低的难题，采用基于八叉树的点云精简和聚类分析进行复杂环境下船舶点云的自动识别和提取；采用基于改进SK-4PCS （semantic-keypoint-based 4-points congruent sets）的粗配准和基于Point-to-Plane ICP （iterative closest point）的精配准进行空载和满载两期点云由粗到精的高效配准，设计实现了一种利用LiDAR （light detection and ranging）点云数据进行船载砂石自动测算的系统. 采集了江西南昌赣江运砂船数据进行实验验证，从扫描到出结果一艘船的砂石体积自动测算时间少于2 min，同船多次测算结果最大相对误差小于1.00%，砂石体积与实际真值相比的最大误差小于2.00%，满足实际业务需求.

大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

李小珍, 刘鸣, 杨得海, 戴胜勇, 肖林

2020, 55(6): 1207-1214, 1223. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180665

摘要(591)

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PDF 1733KB(31)

摘要:
为评估大跨度钢拱桥在多维地震作用下的损伤状态，以一座铁路上承式钢桁架拱桥为研究对象，首先借助OpenSEES平台建立桥梁弹塑性纤维单元模型；接着选取“双参数”损伤指标和应变指标进行损伤评价；最后通过增量动力分析，从构件和全桥两个层面进行损伤评估，并对比两种指标对桥梁主要构件（钢管、钢管混凝土、钢筋混凝土）的适用性. 研究结果表明：基于变形和能量的双参数损伤指标比应变指标的评价结果会严重1～2个等级；相比于地震波纵向作用，大跨度钢桁架拱桥在横向地震作用时损伤更小，在峰值加速度（PGA）为1.5g时全桥仍处于轻微损伤状态；3种类型构件中，钢管构件损伤数量较多但是损伤程度轻，钢管混凝土构件（拱脚）损伤较早但是损伤程度轻，钢筋混凝土构件（交界墩）损伤最为严重，在抗震设计时，应对相应位置予以重视.

盾构隧道联络横通道的振动台试验与数值模拟

耿萍, 杨琪, 何悦, 何川, 郭翔宇

2020, 55(6): 1215-1223. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180982

摘要(511)

HTML全文 (302)

PDF 1776KB(11)

摘要:
联络横通道与隧道主体形成的空间交叉结构是隧道抗震的薄弱环节. 为探讨联络横通道采用刚、柔两种连接形式时对盾构隧道地震响应的影响，以相似理论为基础，通过室内土工试验确定了振动台试验中地层和结构相似模型的材料参数及配比，分别建立了振动台试验结构模型和数值分析模型；将第1组试验得到的地层卓越频率15.0 Hz作为其余试验工况和数值计算中地震动频率的输入依据，通过试验和数值计算相结合分析的方法对主隧道与联络横通道的地震响应规律进行了研究. 研究结果表明：结构与相同深度位置地层的加速度响应变化规律基本相同，离地面越近，地层加速度的放大效应越明显；联络横通道采用刚性连接时，其最大应变反应出现在结构的拱顶和两侧拱脚处，而采用柔性连接可较好的降低结构各处的应变反应，且输入地震峰值加速度越大其减弱效果越明显；主隧道横断面上，靠近联络横通道连接处的位置易受其影响而产生应力突变，采用刚性连接时，其受到的影响更大；振动台试验与数值结果规律基本一致，采用刚性连接时，联络横通道对主隧道纵向的影响范围约为3.0倍联络横通道宽度，而采用柔性连接时其影响范围则减小至1.5～2.0倍.

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

崔杰, 陆耀波, 渠建新, 李亚东

2020, 55(6): 1224-1230. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180875

摘要(644)

HTML全文 (364)

PDF 1020KB(16)

摘要:
为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响，采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究. 沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土，模型缩尺比为1∶30，采用层叠剪切箱装填砂土构成场地，采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析. 研究结果表明：在同一深度土层，柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道；当土层发生液化时，其加速度放大系数小于1；当沉管隧道接头剪切刚度（G）减小为0.10G和0.01G时，隧道截面剪应力减小20%和33%，截面轴应力峰值最大值减小16%和30%，截面剪应变峰值分别增加了60%和140%；上覆水使场地加速度放大系数变小，是由于水的存在加大了土层表面的阻尼；在P波作用下，上覆水水深从10 m增长到40 m时，沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.

封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响

梁坤, 封坤, 肖树, 何川, 张晓阳, 陈松涛, 苏昂

2020, 55(6): 1231-1239. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190569

摘要(682)

HTML全文 (329)

PDF 2587KB(16)

摘要:
为了探明封顶块位置对盾构隧道管片结构力学行为的影响，基于苏通GIL （gas-insulated transmission）综合管廊隧道工程，选取封顶块在拱顶和拱腰两种代表性工况，开展了高水压条件下的通缝拼装管片结构原型试验，从管片结构的变形、受力、裂纹开展情况和最终破坏状态等方面对两种工况的试验结果进行分析. 研究结果表明：不同封顶块位置对管片结构的影响总体表现为对结构整体刚度的削弱不同，其形成的刚度削弱区域抵抗指向洞外变形的能力要强于指向洞内变形的能力；封顶块位于拱腰时结构整体刚度更大，管片结构椭圆度和单点最大位移均分别减小了39.8%和38.2%；封顶块位于拱顶时结构抗弯刚度削弱明显，易出现较大的纵缝张开，而封顶块位于拱腰时管片最大纵缝张开量明显减小，仅为前者的53.3%，且连接螺栓受力减小了54.4%；封顶块位于拱腰时，管片环拱底内弧面更容易产生裂纹、开裂荷载相对更小，管片内部主筋更早进入受拉状态；封顶块位于拱顶时管片结构由于纵缝张开量较大，在较高水压的情况下破坏始于纵缝处混凝土的压剪破坏进而导致的结构失稳.

破碎岩体深埋隧洞锚承载特性现场试验研究

郭喜峰, 王中豪, 吴相超

2020, 55(6): 1240-1246. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191077

摘要(620)

HTML全文 (353)

PDF 1133KB(13)

摘要:
为了研究破碎岩体深埋隧洞锚承载特性，以泸定大渡河特大桥为工程背景，根据原位试验获得的混凝土与岩体接触面峰值抗剪强度参数计算锚塞体抗拔安全系数；介绍了1∶10现场原型缩尺试验成果，研究了模型锚极限荷载和强度特性；最后对隧洞锚稳定性作出了整体评价，并提出了工程施工建议.研究结果表明：锚塞体抗拔安全系数为3.48，满足规范规定的稳定性要求；模型锚极限荷载为7.80P （P为设计荷载），模型锚碇系统屈服载荷的特征点为5.25P.

深隧排水折板型竖井泄流消能的试验研究

杨乾, 杨庆华, 郑立宁, 田强, 刘永权, 姚锦涛, 牟祎, 尧远

2020, 55(6): 1247-1256. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190324

摘要(710)

HTML全文 (321)

PDF 2150KB(12)

摘要:
针对深隧排水系统竖井泄流过程中高速气-水两相流动特性进行了水力模型试验研究，观测竖井内水流下泄过程中的型态，分析最大泄流量与折板间距的关系，计算不同工况下的竖井消能率，并揭示折板型竖井在泄流过程中的消能机理. 试验结果表明：竖井在泄流过程中存在3种水流型态：撞壁受限流、临界流和自由跌水流；泄流过程中水跃是水流在折板上消能的主要原因，水流流至井底与反向流体互相撞击破碎使竖井达到最终消能的目的；当竖井直径D = 0.4 m、折板间距d介于16.02～24.56 cm时，竖井最大泄流量介于（8.7～14.7） × 10⁻³ m³/s，且d与最大泄流量Q_m存在线性关系；根据能量守恒定律推导出消能率公式，得到d = 19.4 cm、倾角θ = 10° 时的竖井消能率为最优；竖井盖板开孔直径 Ф 对竖井顶部压强的影响较大，当 Ф ≥ 4 cm时，竖井顶部相对压强基本为0，并且具有一定倾角的折板有利于加速竖井的泄流过程；上、中、下折板冲击力（F_u、F_m、F_d）呈现F_u > F_m > F_d 的分布规律，上、中、下折板最大面荷载分别为42.8、30.7、22.8 kN/m². 深隧排水折板型竖井最佳泄流量和最优消能率的试验研究成果对深隧竖井工程的设计与运行提供了一定参考价值.

侧向卸荷条件下结构性软黏土蠕变特性试验研究

贾敏才, 赵舜, 张震

2020, 55(6): 1257-1263. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180718

摘要(642)

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PDF 1204KB(15)

摘要:
通过对温州瑞安软黏土侧向卸荷条件下的三轴不排水蠕变试验，研究侧向卸荷路径和结构性对软黏土时间-应变曲线、等时曲线等典型蠕变特性的影响；建立侧向卸荷条件下软黏土的蠕变稳定时间模型，分析应变率与土体蠕变破坏标准之间的关系，并验证其对不同地区不同应力路径结构性软土的适用性. 研究结果表明：当土样卸荷量与初始固结应力的比值达到0.2～0.3时，土样达到蠕变破坏；变形发展可分为瞬时变形、衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变4个阶段. 当不同围压下的土样进入加速蠕变时，其应变率对数与蠕变时间存在良好的线性关系，该加速蠕变临界线可作为卸荷蠕变破坏的判据；蠕变稳定时间受结构性的制约和影响，侧向卸荷条件下，土样发生蠕变破坏时的轴向应变随固结压力的增大而增大，长期强度指标黏聚力下降超过50%，内摩擦角则基本不变，导致浅层结构性软黏土长期强度衰减严重，蠕变破坏应变较小，施工和监测时需重点关注.

青海盐湖区路基结构层级配及其阻盐效果

张文, 罗艳珍, 刘昕, 李斌, 王珑霖, 杨晓旭

2020, 55(6): 1264-1271, 1296. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190056

摘要(703)

HTML全文 (322)

PDF 1188KB(17)

摘要:
青海盐湖地区的路基工程处于隐蔽性盐风化作用强烈的寒旱岩土环境. 分别采取青海茶卡盐湖地区工程建设层天然盐渍土土样和已建路基结构土层土样，研究青海盐渍土地区路基结构防护盐风化作用的效果. 通过易溶盐含量测定、颗粒分析实验和毛细管水上升实验，对青海茶卡盐渍土区路基结构土层中的毛细管水上升最大高度开展理论计算. 研究表明：青海茶卡地区盐渍土中毛细水上升高度大于一般土中毛细水上升高度，细粒组（0.250～0.075 mm）含量有利于水盐运移上升，粗粒组（> 0.250 mm）含量不利于水盐运移上升；在水盐运移和汽盐运移双重作用下，茶卡盐渍土地区路基结构土层均出现次生盐渍化现象，建议在茶卡盐渍土地区的路基工程中，设置卵砾石阻盐隔断层的粒组级配范围控制在2.0～5.0 mm之间，该粒组含量大于75%，厚度在300.0～1000.0 mm为宜；阻盐隔断层的设置位于路堤上部，高于一般路基规范中规定的高度，可以提高阻止水盐运移上升、增强汽盐淋滤作用的效果.

川西地区季节冻土渗透系数的时空变化特性

秦晓同, 崔凯, 孟繁宇

2020, 55(6): 1272-1279. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200426

摘要(569)

HTML全文 (276)

PDF 1200KB(22)

摘要:
冻融循环作用引起的边坡体内部水分迁移是川西地区季节冻土边坡失稳的主要原因，研究边坡土体渗透系数时间、空间变化特征是掌握水分迁移规律的重要手段. 针对冻融循环作用下季节性冻土坡面渗透系数时空变化问题，选取川西新都桥地区某边坡粗颗粒土为测试土样，设计冻土渗透系数试验装置，以30%乙二醇溶液为试验渗透溶液，分别制备不同初始含水率、细颗粒含量、干密度测试土柱；添加30%乙二醇放至低恒温箱中进行12 h以上冷冻处理，开展不同冻融循环次数作用下冻土渗透系数试验,并分析其渗透系数变化规律；在此基础上结合边坡冻融期含水率现场监测数据，分析渗透系数时空变化规律. 试验结果表明：初始含水量及干密度不断增加时，冻土非闭合孔隙度和渗透系数均呈减小趋势；冻土渗透系数随细颗粒含量的增加而减小，当细颗粒含量大于20%时，冻土渗透系数减小的幅度较小；冻融循环次数对冻土渗透性能起到抑制作用，当循环次数超过3次时，冻融作用对渗透性能影响不大；季节性冻土边坡1 m冻结深度以内，渗透系数随深度增加减小；11月—1月冻深范围内冻土渗透系数减小，1月—3月渗透系数开始增大.

圆钢管H型钢再生混凝土短柱的轴压承载力分析

刘坚, 张鹏程, 江进, 田勇, 刘长江, 陈原, 张世豪, 曹占彬

2020, 55(6): 1280-1286. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190244

摘要(675)

HTML全文 (328)

PDF 942KB(13)

摘要:
为了研究圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压力学性能，对此类构件轴压承载力计算公式进行了理论推导，基于极限分析法，运用双剪统一强度理论，并依据H型钢和钢管对核心区再生混凝土约束效果的不同，分别计算H型钢约束区再生混凝土和钢管约束区再生混凝土承载力，提出一套圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式，考虑了钢管内径厚比、套箍系数、H型钢配钢指标以及再生粗骨料取代率对短柱轴压承载力的影响, 同时也适用于无H型钢的圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算. 将推导得到的钢管有效约束力代入承载力计算公式所得结果与相关试验结果对比误差在10%以内，吻合较好，验证了承载力计算公式的有效性和精确度.

后张预应力预制混凝土框架中节点的数值模拟

廖显东, 胡翔, 张士前, 刘亚男, 薛伟辰

2020, 55(6): 1287-1296. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180704

摘要(705)

HTML全文 (322)

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摘要:
为了解决有限元研究中预制混凝土框架节点处新旧混凝土叠合层界面黏结与穿过叠合层钢筋难以模拟的问题，讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新旧混凝土叠合层黏结性能的不同方法，引入叠合层的黏结滑移本构和钢筋的剪切-滑移模型相结合的本构关系，建立后张预应力预制混凝土框架中节点非线性有限元分析模型，计算结果与足尺模型的试验结果吻合较好，并在此基础上重点开展了轴压比、混凝土强度、预应力筋有效应力及筋黏结构造（全黏结、部分黏结和无黏结）等有限元参数分析. 分析结果表明：轴压比由0.2增加到0.4时，承载力提高了11%，由0.4增加到0.6时，承载力增加不明显；提高混凝土强度、增加有效预应力可显著提高承载力；预应力筋黏结构造对节点承载力影响不显著，增加无黏结长度，可一定程度延缓节点的屈服.

多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析

李华东, 左明宇, 李浦, 赵晋恒

2020, 55(6): 1297-1305. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190514

摘要(708)

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摘要:
应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对被动柔性防护体系在落石冲击作用下的变形和能量进行研究，采用ANSYS/LS-DYNA的显式分析方法，模拟了多块落石在不同运动模式下，其冲击荷载对被动柔性防护体系的动力响应，根据时程曲线，对比分析了多块落石在不同运动模式下的位移、冲击力、能量变化规律. 分析结果表明：随着落石初始冲击动能的增加，防护网达到最大位移所需时间总体呈现减少趋势，且冲击时间在0.11～0.14 s之间；落石的最大冲击荷载出现在0.04～0.07 s，且随初始动能增加逐渐增大；在落石冲击过程中，被动柔性防护结构发生能量耗散，其中钢丝绳网在落石为滚动状态下的能量大于落石为弹跳状态下的能量，且钢柱在落石为滚动状态下的最大峰值能量大于落石在弹跳状态下的最大峰值能量；在钢丝绳网被冲破时落石在滚动状态下钢柱的能量发生急剧增大.

30NiCrMoV12和EA4T材质高速动车组车轴服役性能

李秋泽, 张英春, 陈丞, 张敏男, 张青松, 戴光泽

2020, 55(6): 1306-1312, 1336. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191211

摘要(534)

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摘要:
为全面掌握高速动车组30NiCrMoV12和EA4T两种车轴材质的服役性能，分别实测了新、旧车轴的化学成分、常规力学性能、标样疲劳特性、冲击性能、断裂韧性、疲劳裂纹扩展门槛值和疲劳裂纹扩展速率等，并对其金相组织进行观测，综合评价分析两种材质车轴服役性能. 结果表明：（1）与EA4T材质相比，30NiCrMoV12材质车轴中Ni含量高10倍，Mo、V含量高2倍，C含量略高，抗拉强度高34%，屈服强度高54%，疲劳强度高30%；（2）断裂损伤性能对比中，30NiCrMoV12材质车轴比EA4T材质车轴的常温冲击功约低12%，断裂韧性约高34%，EA4T材质新轴疲劳裂纹扩展门槛值比30NiCrMoV12新轴的高21%，旧轴时两者相当；（3）当应力强度因子幅度小于50 MPa•m^1/2时，30NiCrMoV12材质车轴裂纹扩展速率大于EA4T材质车轴，反之，30NiCrMoV12材质车轴裂纹扩展速率小于EA4T材质车轴；（4） 30NiCrMoV12材质车轴整个截面组织均为晶粒细小的贝氏体和回火马氏体，淬透性较好，制造工艺性能好；EA4T车轴在表面约30 mm深度范围为均匀的贝氏体和回火马氏体，后随深度增加逐渐出现铁素体，距表面60 mm为珠光体和铁素体，并以铁素体为主.

轮对柔性对直线电机车辆动态响应的影响分析

杨云帆, 周青, 巩磊, 陆文教, 温泽峰

2020, 55(6): 1313-1319. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180866

摘要(476)

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摘要:
直线电机地铁车辆有内置和外置两种轴箱布置方式，针对这两种轴箱布置的直线电机地铁车辆，分别建立了考虑轮对柔性的直线电机地铁车辆-轨道耦合动力学模型. 模型中轮轴采用欧拉梁模拟，考虑轮对柔性变形对一系悬挂作用力、电机吊杆力以及轮轨空间动态相互作用的影响，对比分析了在轮轨不平顺激扰作用下，轴箱内置和外置直线电机地铁车辆轮对柔性响应特性及其对系统动态响应的影响. 研究结果表明：相比于刚性轮对模型，两种直线电机地铁车辆柔性轮对模型求解所得轮轨垂向力响应均存在77 Hz的主振频率峰值，对应于轮对的一阶弯曲模态频率；当考虑轮对柔性效应时，相比于轴箱外置直线电机地铁车辆，轴箱内置直线电机地铁车辆的轮轨垂向力更大，气隙更小.

缩尺轮轨模型中钢轨波磨的相似性

康熙, 陈光雄, 吕金洲, 赵晓男, 吴波文, 朱琪

2020, 55(6): 1320-1327. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180898

摘要(594)

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摘要:
为了研究地铁小半径曲线线路的钢轨波磨现象，基于轮轨间饱和蠕滑力引起摩擦自激振动导致钢轨波磨的理论，对全尺寸和缩尺轮轨模型的相似性进行了研究. 分别建立1∶1和1∶5车辆-轨道系统的动力学模型，确定每个车辆模型在通过小半径曲线线路时前转向架导向轮对与轨道间的蠕滑力饱和情况；根据动力学仿真所得轮轨接触参数，建立轮对-轨道-轨枕有限元模型；采用复特征值分析研究各个轮轨系统的稳定性. 研究结果表明：全尺寸和缩尺车辆模型分别通过小半径曲线线路时，导向轮对内外车轮上的蠕滑力均接近饱和；轮对两端垂向悬挂力的偏差小于3%，轮轨接触角的偏差小于5%；相似不稳定振动模态对应的频率偏差均小于3%；缩尺轮轨模型在动力学表现及稳定性方面与全尺寸模型具有良好的相似性，故可用缩尺模型对钢轨波磨的形成机理进行理论与试验研究.

钢轨断面全轮廓磨耗的激光视觉动态测量

李文涛, 王培俊, 王猛, 陈鹏, 李柏林

2020, 55(6): 1328-1336. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180821

摘要(906)

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摘要:
钢轨磨耗直接影响铁路运行安全，为了替代目前手工测量方式，提高测量精度和效率，研究并设计了线激光钢轨断面全轮廓视觉测量系统来实现钢轨磨耗动态测量. 首先通过计算激光视觉测量模型完成激光测量单元的结构设计，然后采用平面标定法对测量头进行精确标定，获取激光平面与传感器成像平面之间的映射关系，将拍摄的钢轨轮廓光条图像还原为实际钢轨断面轮廓；利用钢轨同一截面两侧轮廓中轨头踏面轮廓相同的特征获取钢轨断面全轮廓数据，采用ICP精确配准将钢轨两侧测量轮廓合并，其中轨头踏面轮廓采用欧式聚类和距离分割方法提取；最后以双侧未磨损轨腰轮廓及其特征点为基准，将测量钢轨全轮廓与标准钢轨轮廓进行配准对比，获取钢轨磨耗值；将线激光钢轨磨耗测量单元装载于自行研制的轨道测量小车上进行现场测量试验. 研究结果表明：该测量系统标定精度可达4.922 × 10⁻³ mm，测量速度可达21.6 km/h，与钢轨磨耗尺测量值对比垂直磨耗、侧边磨耗平均偏差约为0.023 mm和0.093 mm，对同一对象多次重复测量最大偏差小于0.05 mm，该测量精度满足公务要求，提高了测量效率，便于铁路测量数字化管理.

高速列车车轮踏面滚压强化有限元分析

赵吉中, 徐祥, 丁立, 阚前华, 康国政

2020, 55(6): 1337-1347. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180803

摘要(637)

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摘要:
为提高镟修后高速列车车轮踏面强度和使用寿命，进行了车轮踏面滚压强化过程的数值模拟，并对滚压强化的工艺参数进行了优化. 以CRH3高速列车车轮为研究对象，建立了滚压轮-车轮-钢轨三维滚动接触有限元模型；通过计算不同滚压轮尺寸、滚压力及滚压道次对车轮踏面残余应力和等效塑性应变场分布的影响来分析滚压强化机理；采用Borrow-Miller准则修正的Manson-Coffin公式计算了滚压后轮轨接触时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命，进而对车轮踏面滚压强化工艺参数进行优化. 研究结果表明：随着滚压力的增加，车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命先增后减，且随着滚压道次的增加而下降，即滚压道次的增加反而会降低车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命；滚压道次的增加对残余应力的影响不大，滚压轮圆弧半径的增加会导致疲劳裂纹萌生寿命小幅度增大；综合考虑，以滚压道次为3次、滚压力为1 kN、滚压轮圆弧半径为6 mm时的滚压效果最佳，此时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命可提升约58%.

高速铁路无缝钢轨断缝瞬态冲击行为分析

徐井芒, 王凯, 高原, 马前涛, 董志国, 刘奕斌, 王平

2020, 55(6): 1348-1354. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190312

摘要(671)

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摘要:
无缝线路钢轨焊缝及其热影响区在温度力作用下可能发生钢轨折断形成断缝. 为了研究钢轨折断对列车运营安全的影响，对轮轨接触受力特性及其材料高频动态响应进行了分析. 首先，建立了ANSYS/LSDYNA三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型；然后，根据不同速度轮轨力时域响应规律，选择了合适的模型计算工况，并且通过计算轮轨接触受力特性和材料高频动态响应，分析了车轮跨越断缝的安全问题；最后，通过小波变换获取了车轮跨越断缝时轮轨力的频域分布. 结果表明：断缝处轮轨高频冲击力峰值随断缝长度变化先减小后增大，转折点处断缝长度与行车速度负相关；车轮通过断缝时，钢轨最大剪切应力超过材料破坏极限，易导致钢轨材料脆断；轮轨力时频图中存在两个特殊频率成分，分别对应高频冲击荷载（1 500 Hz左右）及二次冲击荷载（450 Hz左右），断缝长度对轮轨力频域分布影响较小.

岔区轮轨滚动接触理论分析

李金城, 丁军君, 牛悦丞, 李芾, 吴朋朋

2020, 55(6): 1355-1361. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190199

摘要(662)

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PDF 1487KB(30)

摘要:
为研究岔区轮轨匹配关系和经典轮轨接触理论对岔区的适用性，建立了岔区轮轨接触有限元模型，编写了数种岔区法向力及切向力计算程序. 以18号高速道岔转辙区及辙叉区典型断面为例，在法向对比了赫兹、半赫兹、Kalker三维非赫兹滚动接触理论与有限元模型在接触斑面积和接触应力上的差异，切向对比了基于赫兹和半赫兹的FASTSIM算法、Polach模型和CONTACT程序在不同工况下的蠕滑力差异. 计算结果表明：有限元模型考虑了轮轨材料应力应变特性，更接近实际运用工况，赫兹、半赫兹、Kalker三维非赫兹与有限元法接触斑面积分别最大相差50.42%、17.83%和24.78%，最大接触应力相差60.28%、25.25%和32.37%；各工况下4种切向力模型蠕滑力随蠕滑率的变化趋势相同，同一工况下基于赫兹和半赫兹的FASTSIM算法和Polach模型与CONTACT计算结果最大相差8.08%、5.19%、9.70%；综合岔区轮轨法向、切向计算精度和计算效率，半赫兹接触理论结合FASTSIM算法在岔区大批量的数据处理中更具优势.

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2020年第55卷第6期

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