西南交通大学学报

城市轨道交通工程BIM技术综述

农兴中, 史海欧, 袁泉, 曾文驱, 郑庆, 丁国富

2021, 56(3): 451-460. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200018

摘要(731)

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PDF 1808KB(87)

摘要:
城市轨道交通工程是一项多专业、多角色在多约束、长周期、大投入下的复杂系统工程，采用BIM （building information modeling）技术是实现其高效率、规范化、低成本、全面协同的关键. 详细分析城市轨道交通工程建造的复杂性，总结当前城市轨道交通领域BIM技术的研究和应用现状，包括4种主要应用模式：面向建造、面向协同设计和分析、基于商业软件平台、基于开放式平台的BIM工程. 在分析当前研究及应用不足的基础上，归纳城市轨道交通工程中BIM技术面临的三大问题挑战：全生命周期大量模型共享的统一性问题；基于BIM的多专业、多CAD/CAE软件协同问题；全生命周期海量信息数字化、高效率、低成本管理与应用问题. 为弥补现有不足、解决城市轨道交通工程中BIM技术所面临的问题，提出城市轨道交通工程BIM技术发展的主要趋势：面向全生命周期一体化协同管理及平台、基于BIM的多专业正向协同三维设计、面向智能建造和运维的BIM规范性设计、基于IFC （industry foundation class）的BIM表达与共享、BIM技术与信息化的深度融合.

基于BIM的钢桁梁桥裂纹病害信息数字化管理

卫星, 邹建豪, 肖林, 陈杨, 古兴宇

2021, 56(3): 461-468, 492. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190507

摘要(615)

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摘要:
为解决传统桥梁病害信息管理过程中数据采集过程复杂、可视化效果不佳及缺乏时间关联要素的问题，结合BIM (building information modeling)技术实现了某钢桁梁桥裂纹病害的可视化，基于可视化编程软件Dynamo研发了一种裂纹病害信息快速批量更新的方法，且将更新代码模块化；通过引入病害时间参数，创建了4D裂纹病害信息模型，实现了裂纹病害信息与三维图形在时间序列上的动态关联，呈现了裂纹的扩展规律. 研究结果表明：在桥梁病害管理系统中引入BIM技术可以提升病害信息管理的效率，实现裂纹病害信息的可视化，通过4D裂纹病害信息模型的创建可以直观地对裂纹病害的发展历程加以呈现，帮助桥梁运维管理人员科学地预测裂纹发展趋势.

高速铁路拱塔斜拉桥拱塔轴线优化求解

施洲, 胡豪, 蒲黔辉, 刘振标, 印涛

2021, 56(3): 469-476. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190892

摘要(442)

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摘要:
为解决高速铁路斜拉桥以小角度跨越既有交通线路、河流等时塔墩布置难题，引入拱塔结构，并基于不动点迭代方法及有限元计算对拱塔轴线线形的优化求解问题进行了分析. 在确定拱塔高度和跨度并拟定初始拱塔轴线的基础上，首先对拱塔结构进行受力平衡分析，建立拱塔线形优化非线性方程组；然后应用不动点迭代方法求解该非线性方程组，得到合理拱塔轴线的近似解，求解过程中通过有限元方法计算斜拉索的索力；最后以广汕铁路跨深汕高速拱塔斜拉桥为工程背景，分别优化得到恒载、恒载 + 单线列车竖向静活载、恒载 + 双线列车竖向静活载3种工况下合理拱塔轴线的近似解. 结果表明：3种不同的荷载工况下，线形优化后的拱塔弯矩最不利值相对优化前弯矩降低89.8%～94.8%；主力、主力 + 附加力荷载组合下，拱塔弯矩降低幅度介于64.6%～92.2%，拱塔应力由−172.6～−179.5 MPa降低至−74.0～−6.2 MPa，拟合轴线下拱塔正负挠度分别降低51.0%、33.8%.

基于ICEEMDAN的连续梁桥车致振动信号的HHT分析

邢世玲, 吕双双, 朱利明, 张佳

2021, 56(3): 477-484, 492. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190285

摘要(714)

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摘要:
改进的带有自适应噪声的完备集合经验模式分解（improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise，ICEEMDAN）是传统经验模式分解（empirical mode decomposition，EMD）方法的发展，在桥梁结构损伤识别领域具有较好的应用前景. 首先，以数值模拟信号为对象，采用ICEEMDAN方法进行桥梁车致动信号的数据分解和Hilbert谱分析，提取损伤引起的频谱特征变化和建立损伤识别方法；然后，利用该方法对实测振动信号的振型分量进行识别；最后，以实测信号的一阶振型分量为对象，对其Hilbert瞬时频率谱的特征进行了分析和讨论. 研究结果表明：模拟信号中的振型振动分量数比实测信号中多，其中模拟信号中不显著的高阶竖弯振动分量在实测信号中没有发现；一阶振型振动分量的瞬时频率可作为桥梁损伤识别的特征参数，用于进行损伤有无、损伤定位甚至损伤定量的判断；损伤识别效果受测点位置影响很小；该方法不依赖有限元模型即可完成桥梁损伤有无的识别和损伤定位，且数据采集简单，具有实际工程中应用可行性.

刚构体系独塔斜拉桥施工期抖振响应

唐煜, 胡攀, 贾宏宇, 郑史雄, 张刚

2021, 56(3): 485-492. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190848

摘要(649)

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摘要:
为了更准确地计算桥梁抖振响应，以采用刚构体系的某带大挑臂钢箱结合梁独塔斜拉桥最大双悬臂施工阶段为研究对象，首先在有限元建模中重点讨论因塔梁固结处节点刚性区建模方法不同而导致的桥梁结构动力特性差异；随后运用二维不可压非定常雷诺平均URANS数值模拟方法，识别大挑臂钢箱主梁断面静力三分力系数和气动导纳；最后基于Davenport准定常理论在ANSYS中开展桥梁抖振时域分析，所得结果与气弹模型风洞试验进行比较. 研究表明：施工阶段的独塔斜拉桥结构动力特性及抖振响应受塔梁结合处有限元建模方式影响十分显著，结构基频差异最大可达21.3%，进行此类桥梁动力分析时应予以足够重视；主梁断面的气动导纳识别结果表现出对来流风场参数的依赖性，抖振计算时应合理使用；主梁悬臂端抖振位移响应计算值大于风洞气弹模型试验测试值，该计算结果用于设计参考时是偏于保守的.

薄壁箱梁挠度的一种简化分析方法

周茂定, 蔺鹏臻, 张元海, 冀伟

2021, 56(3): 493-499. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190523

摘要(512)

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摘要:
为寻求考虑剪切变形影响的薄壁箱梁挠度计算简化方法，以单位力法为基础分析薄壁箱梁的挠曲变形. 首先，通过对薄壁箱梁挠曲剪应力分布模式的分析获取组成箱梁各壁板的剪切影响系数表达式，基于该剪切影响系数，利用Timoshenko梁理论导出简单箱梁挠度的解析表达式；其次，利用卡式第二定律推导出箱梁的梁段单元分析模型，编制了求解变截面箱梁等复杂结构的电算程序；最后，对等截面及变截面箱梁的算例模型进行了分析. 数值算例结果表明：程序计算的挠度与实测值及ANSYS空间有限元结果误差在3%以内；针对数值算例，剪切变形使箱梁挠度增大20%以上；随着宽高比的增大，翼板剪切产生的附加挠度会增大，而腹板情况与之相反.

基于综合指数法的无砟轨道配筋方案检算与分析

高亮, 赵闻强, 钟阳龙, 仝凤壮

2021, 56(3): 500-509. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190358

摘要(491)

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PDF 2530KB(6)

摘要:
为优化无砟轨道配筋后结构受力的均衡性，基于综合指数法提出了轨道配筋检算评估方法，选取形状改变能密度与高斯曲率作为评价分量构造了量化的配筋检算指标；建立了无砟轨道配筋检算有限元模型，以CRTSⅢ型普通板式无砟轨道板配筋为例，研究了不同钢筋排布方式对无砟轨道板整体受力性能的影响. 研究结果表明：相较传统应力变形指标，构建的综合指数指标能够凸显轨道板的不均匀受力区域；配筋时在轨下位置额外密布钢筋能够提升轨道板抵抗垂向车辆荷载的能力；局部配筋过于集中的方案会降低轨道板适应温度荷载的能力；在升温荷载作用下其轨道板端部的综合指数较最优工况时至少增大了1倍；综合来看，钢筋直径较大、排列稀疏的方案受力均衡性较差，无砟轨道板应选择钢筋直径较小、排列密布且轨下位置适当加密的配筋方案.

疲劳荷载下无砟轨道混凝土中氯离子传输研究

任娟娟, 杜威, 邓世杰, 凤翔

2021, 56(3): 510-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190690

摘要(499)

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PDF 2069KB(14)

摘要:
疲劳荷载作用下，无砟轨道混凝土的抗氯离子渗透性能是影响其服役特性的主要因素之一. 为分析混凝土在疲劳荷载作用下氯离子的传输变化规律，首先针对浸泡于氯离子溶液的混凝土试件进行弯曲疲劳试验，然后利用COMSOL有限元软件建立结构力学场与氯离子传输场的两场耦合模型，模拟氯离子在混凝土中的扩散行为. 研究结果表明：当侵蚀时间为2 d时，应力比为0.3、0.5和0.7对应的氯离子扩散深度分别为7、11、16 mm，混凝土中氯离子扩散深度随荷载应力比的增大而增大；两场耦合有限元模型计算得到的氯离子含量与试验测试结果基本吻合，验证了模型的合理性；混凝土中氯离子扩散深度随侵蚀时间的增大而增大，采用一元二次多项式可较好地描述扩散深度与侵蚀时间的关系.

钢管混凝土斜柱转换结构模型振动台试验研究

杨春, 吴宏伟, 莫庭威, 蔡健, 吴轶, 左志亮, 陈庆军, 潘广斌

2021, 56(3): 517-525. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190104

摘要(546)

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PDF 2261KB(16)

摘要:
为了研究某超高层建筑的抗震表现，对其进行了比例为1:35的模型振动台试验研究，该建筑塔楼的部分框架结构由两根钢管混凝土越层巨型框支柱支承，在结构7～11层设有钢管混凝土斜柱转换结构. 通过试验研究了缩比模型的破坏模式、自振周期、层间位移、扭转响应等动力响应；采用PERFORM-3D软件进行原结构弹塑性地震响应数值分析. 研究结果表明：由于结构布置的不对称性，结构整体扭转效应明显，塔楼部分的结构抗扭刚度不足；在台面加速度峰值接近罕遇地震工况的设定值470 cm/s²时，塔楼部分发生扭转破坏，此时除个别楼层外，各楼层的层间位移角仍满足弹塑性层间位移角限值1/100的要求；在所有工况下，转换区域未见破坏，钢管混凝土框支柱、斜柱的应变均处于弹性工作状态；数值分析结果和试验结果吻合良好.

气泡混合轻质填料路基的填筑质量测试与评估方法

刘鑫, 孙东宁, 许欣, 杜磊, 洪宝宁

2021, 56(3): 526-533. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190678

摘要(502)

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PDF 2084KB(3)

摘要:
为了评价气泡混合轻质填料路基的填筑质量，基于声波透射测试原理，依托实际工程开展了现场试验，选取波速、波幅和主频为评估指标，建立了气泡混合轻质填料路基的填筑质量测试与评估新方法. 评估方法分两级：第1级根据评估指标判断现场路基填筑质量是否合格；第2级在路基填筑质量合格的基础上，根据以熵权法为基础的路基填筑质量均匀性评估模型，进一步评估路基填筑质量是否优良. 研究结果表明：声测管布设间距为0.8 m时，气泡混合轻质填料路基的超声检测结果具有较好的稳定性和代表性；评估路基填筑质量是否合格时应采用波速最小值的95%作为波速低限值、波幅平均值的80%作为波幅低限值、主频平均值的86%作为主频低限值；根据路基填筑质量评估结果，试验段路基的填筑质量合格，填筑质量等级为良好.

基于人工智能算法的隧道锚承载能力评价

王中豪, 郭喜峰, 杨星宇

2021, 56(3): 534-540. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200165

摘要(512)

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PDF 1796KB(29)

摘要:
针对隧道锚承载能力评价合理的解析计算公式缺乏、模型试验测试方法耗时费力、数值模拟可靠性不佳的问题，提出了一种人工智能化隧道锚承载能力预测方法. 从隧道锚受力传力过程出发，分析了影响承载能力的因子，确定了承载能力评价指标体系；基于最小二乘支持向量机（least squares support vector machines，LSSVM）强大的学习预测能力和粒子群优化（particle swarm optimization，PSO）算法良好的优化效果，建立了承载能力非线性映射PSO-LSSVM 模型；将收集到的17个隧道锚工程案例作为输入样本对模型进行了训练，获得了核函数参数和惩罚系数的最优组合为(1,500). 将该模型应用于某大桥隧道锚承载能力的预测，预测结果为10.2P （1P为1倍设计荷载）；通过与现场缩尺模型试验和数值模拟方法综合研究确定的承载能力为11.0P对比，结果表明：预测结果略低，但两者结果非常接近，说明该模型的预测结果合理可靠且偏于保守，预测效果较为理想.

新型桩板结构路基在季节冻土区的适用性

张树明, 蒋关鲁, 杜登峰, 廖祎来, 薛元, 李安洪

2021, 56(3): 541-549. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190716

摘要(495)

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PDF 2404KB(17)

摘要:
针对莫喀（莫斯科—喀山）高速铁路季节性冻土区路基冻胀病害防治问题，提出了铺设保温板垫层的新型桩板结构路基. 通过对聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS）、聚氨酯板（PU）和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS） 3种保温材料性能的对比分析，发现新型桩板结构路基中的保温板可采用在保温隔热、隔水防渗和抗压性能方面表现良好的XPS保温板. 通过建立热弹塑性冻胀计算模型，研究了冻胀力作用下保温板铺设范围、厚度、路基填高和外界温度对新型桩板结构路基受力变形的影响. 结果表明：当保温板铺设范围延伸到线路两端的信号线槽处时，可以更好地阻滞外界负温向下传递（减小冻深），抑制因桩板结构周边土体冻胀对结构物产生的不良影响；随着保温板厚度的增大，冻胀量呈指数形式减小，冻深呈抛物线形减小，保温板上表面处起到抑制外界负温向下传递的作用，下表面处起到控制下部土体温度耗散的作用；增大路基填高，有利于抑制路基冻胀量，减少保温板的使用厚度，当路基填高0.8 m时，保温板垫层厚度需大于0.40 m；当路基填高2.8 m时，保温板垫层厚度需大于0.31 m.

侧边加劲半圆形波纹钢板墙的抗侧性能

周林丽, 谭平, 滕晓飞

2021, 56(3): 550-557. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190319

摘要(478)

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PDF 2271KB(15)

摘要:
为改善平钢板剪力墙受剪易屈曲及面外刚度小的问题，提出侧边加劲半圆形波纹钢板墙. 基于两边连接侧边加劲半圆形波纹钢板墙的力学特点给出其简化力学模型，推导了弹性初始刚度及承载力公式，并给出弹性屈曲临界荷载计算公式；采用有限元软件ABAQUS对22个单层侧边加劲半圆形波纹钢板墙进行了弹性屈曲分析及非线性推覆分析，验证了理论公式的有效性；研究了各设计参数对侧边加劲半圆形波纹钢板墙屈曲性能和破坏模式的影响. 研究结果表明：侧边加劲半圆形波纹钢板墙的弹性屈曲临界荷载较平钢板墙有显著提高；为保证侧边加劲半圆形波纹钢板墙发生整体屈曲，圆形直径及加劲肋厚度比应满足相应取值要求；随着跨高比的增大、高厚比的减小及半圆形直径的增大，钢板墙的弹性屈曲临界荷载基本呈线性增长；侧边加劲肋的肋宽及肋厚对波纹钢板墙弹性屈曲临界荷载的影响较小；在侧向荷载作用下，当直径大于30 mm时，侧边加劲半圆形波纹钢板墙的屈服先于屈曲；侧边加劲半圆形波纹钢板墙存在3种破坏模式，即弯曲破坏、弯剪破坏及形成拉力带形式的“褶皱”.

地震与滑坡碎屑流引发堰塞湖涌浪动水压力研究

赵海鑫, 姚令侃, 黄艺丹, 苏玥

2021, 56(3): 558-563. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190323

摘要(532)

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PDF 1836KB(14)

摘要:
为了研究堰塞湖水体在地震以及同震滑坡碎屑流共同作用下产生的涌浪动水压力，设计了振动台造波模型试验，开展了地震作用下堰塞湖涌浪动水压力试验，获取单独地震作用下动水压力数据并同已有地震动水压力计算公式进行比较；开展了滑坡碎屑流作用下的堰塞湖涌浪动水压力试验，获取单独滑坡碎屑流作用下动水压力数据，进而建立了计算滑坡碎屑流作用下的堰塞湖涌浪动水压力的统计公式；开展了地震和滑坡碎屑流综合作用下的堰塞湖涌浪动水压力试验，最终建立了复合动水压力的计算公式. 研究结果表明：地震涌浪动水压力与水深和地震峰值加速度的关系可用Westergaard公式描述；滑坡碎屑流涌浪动水压力与初始水深负相关，与碎屑流入水速度和碎屑流体积正相关；复合动水压力小于单独地震动水压力和单独滑坡碎屑流动水压力二者之和，约为二者和的51%～95%.

地震共振涌浪作用下冰碛堰塞坝的漫顶溃决

张聪, 姚令侃, 黄艺丹, 苏玥

2021, 56(3): 564-571. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190454

摘要(549)

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PDF 2345KB(15)

摘要:
为了研究冰碛坝在地震共振涌浪作用下的漫顶溃决机制，设计了振动台造波模型实验. 首先，通过对比实验获取了地震共振涌浪运动规律和最大波高的影响因素，并通过量纲分析建立了共振条件下涌浪最大波高计算公式；其次，依据非均匀沙起动临界水头高度与溃坝输沙临界水量条件，建立涌浪作用下堰塞坝漫顶溃决临界条件与溃决风险评估程式；最后，以帕隆藏布流域川藏铁路交通廊道沿线34个小型冰碛堰塞湖为例说明评估程式的作业流程. 研究结果表明：地震触发小型水体共振时涌浪运动幅度远超同等条件下的非共振涌浪幅度，且地震作用停止后涌浪波幅缓慢衰减，在共振涌浪时程曲线中存在稳态幅值持续运动阶段；当考虑地震共振效应后，帕隆藏布流域危险冰碛湖数量由3增至11，并在地震动水平地震加速度（PGA）较小区域均有分布；研究可为川藏铁路等沿线堰塞湖地震溃坝风险评估提供科学依据.

基于头脑风暴优化的PCNN路面裂缝分割算法

范新南, 汪杰, 史朋飞, 李敏

2021, 56(3): 572-578. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190354

摘要(374)

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PDF 1659KB(16)

摘要:
为提升裂缝检测的分割精度和鲁棒性，基于头脑风暴优化（brainstorming optimization，BSO）和脉冲耦合神经网络（pulse coupled neural network，PCNN），提出了一种路面裂缝图像分割算法（BSO-PCNN）. 该算法采用最大熵准则作为BSO算法的适应度函数，并依据适应度值决定参与次轮迭代的个体；BSO具有强收敛性，可快速确定最优个体解；结合图像特征，获得PCNN模型的最优参数，将其代入PCNN模型实现对裂缝图像的分割. 试验结果表明：算法可在20次迭代内取得不同类型路面裂缝图像的最大适应值，从而确定最佳分割参数；与Sobel边缘检测算法、PCNN图像分割算法、基于最大熵的遗传算法（genetic algorithm based on the maximun entropy of the histogram，GA-KSW）、基于遗传算法参数优化的PCNN分割算法（genetic algorithm based on the pulse coupled neural network，GA-PCNN）相比，BSO-PCNN算法取得了0.9924的区域一致性与0.0900的区域对比度.

基于联合投票网络的交通场景天气分类方法

崔洪涛, 曹科, 张虎, 崔潇

2021, 56(3): 579-586. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200084

摘要(477)

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PDF 1759KB(20)

摘要:
基于交通视频监控图像的天气识别已经成为智能交通系统中重要的研究课题. 虽然卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）在图像识别技术获得了巨大的发展，但是针对复杂交通场景的天气识别问题，现有的模型在特征表达方面仍然面临着巨大的挑战. 为了提取丰富的语义特征，提出了基于联合投票机制的深度神经网络（deep neural network，DNN）模型. 所提出的模型包括两个核心模块：基于通道和空间注意力机制的二阶特征模块和基于复合特征结果联合投票机制的分类模块, 用以提取不同天气图像中的判别性信息，提高在复杂交通场景下的天气识别性能. 最后，在两个基准天气分类数据集上进行了验证试验，结果表明：对于复杂场景条件下的天气识别问题，所提出的基于联合投票机制的深度神经网络模型的识别正确率优于目前最好的天气识别方法的1.97%.

车站联锁系统行为验证与数据确认的形式化方法

王恪铭, 王霞, 程鹏, 刘宁, 张传东

2021, 56(3): 587-593, 610. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191182

摘要(517)

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PDF 2410KB(31)

摘要:
车站联锁系统是一种典型的基于数据驱动的安全苛求系统，开发过程中需要对系统行为进行验证并需确认数据的正确性. 为此，通过分析联锁系统的设计规范，基于RODIN平台并使用Event-B语言，辅助使用UML （unified modeling language）图工具快速建立系统的初始模型，以自动生成模型文件并描述出各系统属性与事件流程；基于精化策略分层建模，对各层模型的证明义务进行定理证明，验证了系统的各项属性，得出可靠的通用功能模型；基于实例车站，对模型的公理进行了验证，同时实现了对联锁数据的确认；通过形式化验证过程，结合给定场景联锁数据的有效性确认，发现并纠正系统需求及分析过程中造成的潜在行为缺陷；通过功能仿真与验收测试，进一步确认了通用模型与联锁数据的正确性. 结果表明：本文方法提高了基于模型开发过程的准确性与层次性，验证了系统通用行为状态，且结合公理验证，实现了联锁数据的确认，并能基于模型进行功能场景仿真与测试，从而可进一步提高系统通用功能原型的可靠性.

基于SBM-Tobit-GWR模型的交通结构效率

曹旭东, 王建军, 陈晨辰

2021, 56(3): 594-601. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190881

摘要(323)

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PDF 1546KB(27)

摘要:
在国家节约资源和生态环境保护战略的引导下，为了提高交通运输效率，改善交通运输结构，实现交通行业的绿色可持续发展，从交通投入与系统产出两个层面分析影响交通结构效率的因素，引入非期望产出的超效率SBM （slack based measure）模型，并考虑交通的环境效益，系统分析了我国30个省市的区域交通运输效率. 同时，应用Tobit回归方法与地理加权模型（geographically weighted regression，GWR）解析交通结构效率差异成因、空间分异特征，并提出相应的结构调整策略. 研究结果表明：交通运输综合效率存在地域分布差异，效率值排名前5的省份和效率值分别为上海（1.567）、广东（1.366）、云南（1.292）、江西（1.181）、安徽（1.160）；全国范围内，第二产业产值占GDP比重、人口密度、人均地区生产总值的回归系数分别为0.9513、0.7659、0.5691，三者对于交通结构效率的影响最为显著；分变量系数空间分布图显示不同地区各社会经济要素对于交通结构效率的影响程度存在空间异质性；现阶段我国整体交通效率的提升需要将交通基础建设的大规模、粗犷式发展转变为交通布局规划的精细化设计，优化资源配置，促进公共交通发展.

提速道岔辙叉翼轨的加高值方案优化

张鹏飞, 朱旭东, 雷晓燕

2021, 56(3): 602-610. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190488

摘要(638)

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PDF 2936KB(38)

摘要:
为研究固定辙叉结构不平顺对列车过岔动力特性的影响，基于岔区轮轨系统动力学及轮轨接触关系理论，以12号提速道岔固定辙叉为例，分别建立了翼轨不同加高设计方案下的辙叉模型以及CRH2型车车辆模型，在此基础上，深入分析了翼轨加高设计对列车过岔动力特性、过岔速度以及行车平稳性的影响规律. 结果表明：列车过岔时，随着翼轨向外弯折，其轮轨接触区域开始外移，并由此造成辙叉区轮对质心垂向位置的降低；通过设置合理的翼轨加高值，可有效降低辙叉区轨道的竖向结构不平顺，进而抑制轮对质心垂向位置的降低，提高列车过岔的平稳性及旅客乘车舒适度；固定辙叉翼轨加高设计，可有效改善列车直向过岔动力特性，但对侧向过岔效果有限；当加高值设置为3 mm时，翼轨加高优化的效果最佳，与无加高设计相比，加高后列车直向过岔第一轮对横向和垂向轮轨力最大幅值分别降低了45.8%和30.3%，车体横向及垂向加速度则分别降低了42.2%和26.1%；随着列车运行速度的提高，过岔时的轮轨动力响应也开始逐渐加剧，合理的翼轨加高设计将有利于提高列车的过岔速度. 研究成果可为我国铁路线路道岔固定辙叉的结构优化设计提供理论参考.

钢轨硬度对疲劳裂纹萌生和钢轨磨耗的影响

王军平, 周宇, 沈钢

2021, 56(3): 611-618. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190184

摘要(633)

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摘要:
为了研究钢轨磨耗和疲劳裂纹萌生寿命与钢轨硬度的关系，基于Archard磨耗模型和临界平面法疲劳裂纹萌生预测模型，结合磨耗和型面变化分段迭代和疲劳损伤累积，提出了钢轨疲劳裂纹萌生和磨耗共存预测方法；对4种不同硬度钢轨的磨耗发展、疲劳损伤累积以及疲劳裂纹萌生寿命进行研究. 结果表明：该方法预测的裂纹萌生寿命与现场观测结果有较好的吻合性；高硬度钢轨可以降低磨耗、延长疲劳裂纹萌生寿命，适合在小半径曲线上应用；4种硬度的钢轨中，钢轨硬度每提高10 HBW，平均磨耗发展率将降低约3%～6%，疲劳裂纹萌生寿命延长约9%～12%；对比U78CrV/U76CrRE热轧钢轨，U78CrV热处理钢轨的平均硬度值增加了17.9%，磨耗发展率降低了约19.8%，疲劳裂纹萌生寿命延长了约57.7%；在轮轨摩擦系数为0.3时，4种钢轨的疲劳裂纹均萌生于轨面1.0～2.5 mm以下的亚表面范围内，距离轨顶中心15～18 mm.

地铁弹性短轨枕轨道的钢轨波磨萌生原因

李伟, 周志军, 温泽峰

2021, 56(3): 619-626. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190734

摘要(561)

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PDF 4853KB(37)

摘要:
为探明我国某地铁线路弹性短轨枕轨道曲线钢轨短波长波磨萌生原因，采用现场试验和数值仿真方法对其开展了研究. 首先，通过现场试验确定钢轨波磨波长与轨道动态特性对应关系；其次，利用车辆-轨道耦合动力学模型计算轮轨接触参量，通过力锤敲击法获得现场轨道导纳特性；最后，基于轮轨接触参量和轨道导纳结果，建立钢轨波磨频域线性分析的数值模型，模拟弹性短轨枕轨道频域下曲线钢轨磨损率特征，分析了弹性短轨枕轨道萌生特定波长波磨原因. 研究结果表明：地铁弹性短轨枕轨道钢轨波磨主要出现在半径小于等于800 m曲线段，低轨波磨程度更为显著，波长为50～160 mm，通过频率为140～280 Hz；轨道在160～210 Hz频率范围的模态振型表现为钢轨和轨枕一起相对轨道板垂向弯曲振动，在250～300 Hz频率范围的表现为钢轨和轨枕垂向反向振动，波磨通过频率与该轨道的160～300 Hz共振频率相近. 弹性短轨枕轨道特定波长波磨萌生主要与其轨道垂向固有特性相关，其波磨特征为频率固定型，波磨波长随车辆运行速度变化而变化.

缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

李行, 张继旺, 徐俊生, 苏凯新, 张金鑫, 鲁连涛, 吴明泽

2021, 56(3): 627-633. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190373

摘要(687)

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摘要:
为了研究和准确评估不同尺寸的缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能的影响，采用钻孔法在光滑试样表面人为引入缺陷，使用旋转弯曲疲劳试验机对光滑试样和不同尺寸缺陷的试样进行疲劳试验，以获得不同试样的疲劳极限；使用扫描电镜（SEM）观察断口形貌，使用Neuber公式（基于缺口敏感性）和修正的El-Haddad模型（基于断裂力学方法）评估带缺陷试样的疲劳极限. 研究结果表明：当试样等效缺陷尺寸小于59.64 μm时，其疲劳极限与光滑试样相同，都为360 MPa；当等效缺陷尺寸大于59.64 μm时，缺陷会降低光滑试样的疲劳极限，并且引入缺陷尺寸越大，疲劳极限越低；基于Neuber公式预测的疲劳强度能得到较为保守的疲劳强度估算值，而修正的El-Haddad模型可以更好地预测和评估不同尺寸的圆孔型三维缺陷对EA4T车轴钢疲劳强度的影响.

城际动车组车轴应力谱的极值推断

丁然, 李强, 王文静

2021, 56(3): 634-639, 665. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190662

摘要(614)

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摘要:
为评估车轴的可靠性或扩展车轴的应力谱，需要预判车轴全寿命期内的最大应力. 首先，综合考虑推断精度和统计效率等因素，基于Sturges公式选取0.5 MPa为组距对实测车轴应力-时间历程进行雨流计数，得到车轴应力的经验累积分布函数. 其次，针对不同的门槛限值计算应力的经验均值超限函数，通过确定经验均值超限函数的拐点确定合理门槛限值. 然后，基于Pickands-Balkema-de Haan定理，利用广义帕累托分布拟合车轴应力的超限分布函数，并通过拟合分布外推车轴全寿命期内的最大应力. 最后，利用实测车轴应力数据进行了验证. 研究结果表明：为评估车轴寿命期内的最大应力，大约需要不少于 3000 km 的线路测试；基于13.5 t轴重实测数据推断的应力极值比基于14.1 t轴重计算的校核应力高出13%，因此完全按照设计轴重满载运营，需格外谨慎.

计及需求侧的风-光-氢多能互补微电网优化配置

陈维荣, 傅王璇, 韩莹, 李奇, 黄兰佳, 许程鹏

2021, 56(3): 640-649. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200163

摘要(719)

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摘要:
针对多能互补微电网经济成本最优问题，提出一种计及需求侧响应的风-光-氢多能互补微电网优化配置方法. 首先，在相关功率约束和控制原则下制定运行控制策略；接着，为最大化直接消纳风光发电，引入激励型需求侧响应，利用混合整数规划优化负荷曲线；进而，建立考虑需求侧响应的优化配置模型，基于等年值成本最小的优化目标，综合考虑系统的必要约束条件，利用粒子群算法迭代寻优求解最优配置. 为验证有效性，结合某一地区的历史数据，求解优化配置方案，并开展微电网不同运营方式、自平衡率约束与建设成本影响因素下的技术经济分析. 分析结果表明：引入氢能发电系统和考虑需求侧响应后，当自平衡率为81.64%时，达到等年值成本最低为314.37万元；将自平衡率控制在合理水平，随着科技发展建设成本的降低均有助于提高微电网经济效益.

新型电缆贯通供电系统载流机制

张丽艳, 梁世文, 李鑫, 贾瑛, 韩笃硕, 李群湛

2021, 56(3): 650-658. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200057

摘要(523)

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摘要:
新型电缆贯通供电系统能够取消电分相环节，延长供电距离，并有效治理电气化铁路中的电能质量问题. 但电缆牵引网（cable traction network， CTN）包含不同的电压等级，基波电流要首先经过牵引网的各个环节，最终汇聚到列车负载；而列车发射的谐波电流要经过两级渗透，最终返送到公用电网. 为研究电缆贯通供电系统的载流机制，针对CTN的特殊拓扑结构，根据双口网络分析方法，建立了车网耦合系统等值电路；分析了CTN中的电流传输规律；利用仿真模型，研究了CTN中的谐波电流分布与中心变电所（main substation， MSS）的谐波电流含量. 研究结果表明：当系统内有8个短回路时，单车工况下，基波电流主要在列车所在的单侧供电区间传输；机车电流与MSS电流之比小于4 （牵引变压器变比）；MSS谐波电流含量较列车处最多降低了43.5%.

接触网弹性吊索参数对弓网动态性能影响

关金发, 田志军, 张学武

2021, 56(3): 659-665. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190326

摘要(506)

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摘要:
为确定不同速度等级接触网弹性吊索参数的优选值，利用有限单元法，建立了中国高速铁路250、350 km/h两种速度等级的受电弓、接触网和弓网接触的动力学仿真模型，得到受电弓与接触网的动态性能指标，比较双弓作用下不同接触网弹性吊索截面积、张力和长度的弓网接触力数字特征和接触网定位点最大抬升. 研究结果表明：适应250 km/h的O2-1型接触网弹性吊索宜选用线型为JTMH 35 mm²、张力范围为(2.80 ± 0.10) kN，长度为14 m或18 m；适应350 km/h的京沪高速铁路接触网弹性吊索宜选用线型为JTMH 35 mm²、张力范围为(3.50 ± 0.10) kN，长度为18 m；弹性吊索参数变化对前弓的接触力影响较小，对后弓的接触力影响显著；250 km/h和350 km/h下弹性吊索长度22 m的定位点最大抬升分别是长度18 m的111%和117%，弹性吊索长度的变化对定位点最大抬升影响显著.

基于几何约束及迭代的NLOS环境定位算法

邓平, 谢雪

2021, 56(3): 666-672. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200094

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摘要:
针对在非视距（non-line-of-sight，NLOS）环境中传统最优化定位算法抗NLOS误差能力较弱、且需要一个较准确的初始估计位置以确保算法收敛这一问题，提出一种应用在双基站场景下的基于几何约束及迭代的定位算法. 通过引入最大散射半径作为几何约束条件，以线性迭代方式进行一维全局搜索，并采用最小二乘算法获得移动台（mobile station，MS）初始估计位置，然后利用设定的阈值门限对各初始位置点进行筛选，最后通过加权平均获得MS的最终估计位置. 仿真结果表明：当散射半径为200 m时，本文算法的定位误差在200 m以下的概率能达到100%；在相同环境下，本文算法计算时间开销仅是网格搜索法的0.4%.

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2021年第56卷第3期

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