西南交通大学学报

电力系统脆弱线路辨识研究现状

刘志刚, 张乔, 何晓凤, 范文礼

2021, 56(4): 673-688. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200717

摘要(575)

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摘要:
随着电网进一步互联互通，大停电事故波及的范围越来越大. 电力系统脆弱线路的辨识对预防连锁故障发生、保障系统安全稳定运行具有重要的理论和现实意义. 为此，综述了目前电力系统脆弱线路辨识的研究方法. 将近年来电力系统脆弱辨识方法的相关研究成果分为两大类：第一类基于电力系统状态分析，以潮流计算和电网动态特性为核心，介绍了熵理论法、连锁故障模拟法、风险评估法、能量函数法和强化学习法5种方法在电力系统脆弱线路辨识中的应用；第二类以复杂网络理论为背景，详细归纳了改进介数法、最大流理论法和对偶图法在电力系统脆弱线路辨识中的应用. 然后分析了现有方法具有兼顾系统结构和状态、考虑系统静动态特性的优点，以及缺乏考虑源荷不确定性，仅仅考虑单一线路脆弱性的不足. 最后，结合电力系统发展需求，提出了考虑新能源并网、移动冲击负荷接入、基于数据驱动以及组合脆弱线路辨识为下一步的主要研究方向.

市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法

刘炜, 刘雪晴, 王辉, 李群湛, 刘童童, 潘卫国

2021, 56(4): 689-697. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200066

摘要(579)

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摘要:
研究了市域铁路牵引电缆贯通供电方案，该方案全线贯通式供电，设置一主一备两个主变电所，在主变电所内设置同相供电装置. 对贯通式供电时双边供电、单边供电下供电臂距离的设置进行了建模求解，模型以电压损失作为约束条件，通过逐渐增加列车数量的方式，求得供电臂所能承担最大列车数量，进一步得到供电臂距离的可行值，为牵引变压器位置的设置提供参考和校验. 采用基于线路的牵引供电系统建模，将牵引供电系统分为电缆层和牵引层，提出适用于牵引电缆贯通供电的分层交互迭代潮流算法. 该算法在层内进行潮流求解，同时层之间进行变量取值修正，以实现交互迭代，能够达到矩阵降阶、提高计算效率的目的. 在本文案例分析中，相较于传统供电方案，牵引电缆贯通供电方案再生制动能量利用率提升至99.15%，每年通过再生制动能量利用可以节省的电费为2 955万元，一次性投资可以节省大约13 672万元.

城轨交流供电系统极限供电距离分析

张丽艳, 杨亮辉, 韩笃硕

2021, 56(4): 698-705. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200059

摘要(500)

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摘要:
供电距离是衡量一个牵引系统供电能力的重要指标，对系统的稳定、经济运行具有现实影响. 城轨交流供电系统采用电缆结构的牵引网，具有稳定、大容量输电的突出特点，因此量化研究该系统供电距离具有重要意义，本文从理论推导的角度对系统极限供电距离进行分析，根据系统的电路拓扑特点，理论推导系统牵引网阻抗、单车多车时牵引网电压损失、钢轨电位. 首先从牵引网采用架空线与电缆时的自然功率对比，推算采用不同截面积电缆时系统的极限供电距离；其次以系统高峰工况时的电压损失作为限制条件，分析系统极限供电距离；最后以既有电气化铁路标准对钢轨电位规定的限值作为限制条件，分析系统最大短回路区间长度. 系统仿真结果表明：城轨交流供电系统最大单区间供电长度可达9.31 km，主变电所位于线路中间位置时，系统极限供电距离可达84.22 km.

基于卷积神经网络优化回环检测的视觉SLAM算法

郭烈, 葛平淑, 王肖, 王东兴

2021, 56(4): 706-712, 768. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190723

摘要(684)

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摘要:
传统视觉即时定位与建图（SLAM）算法若无回环检测可能会存在累积误差无法消除的现象，即使有回环检测，也因准确率和效率比较低而无法应用于轻量级设备上，为此，研究一种回环检测优化的视觉SLAM算法. 前端估计时，对相邻帧图像进行ORB （oriented fast and rotated brief）特征提取与匹配，对匹配成功的特征点进行PnP （perspective-n-point）求解，获得相机运动估计并筛选出关键帧图像；后端优化时，利用SqueezeNet卷积神经网络（CNN）提取图像的特征向量，计算余弦相似度判断是否出现回环，若出现回环则在位姿图中增加相应约束，利用图优化理论对全局位姿进行整体优化；最后利用项目组制作的数据集和TUM （technical university of munich）公开数据集进行测试与对比. 研究结果表明：相比于无回环检测算法，本文方法可以成功检测到回环并为全局轨迹优化增添约束；相比于传统词袋法，在回环检测准确率相同的情况下，本文方法召回率可提高21%且计算耗时减少74%；与RGB-D （red green blue-depth） SLAM算法相比，本文方法建图误差可降低29%.

基于多种方位角计算方法的超短波AOA定位比较

马方立, 徐扬, 徐鹏

2021, 56(4): 713-719. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200014

摘要(515)

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摘要:
考虑到方位角计算是AOA （angle of arrival）定位的基础之一，首先，提出了以大地坐标计算方位角的球面近似法和正轴圆柱投影-平面法；进而，建立了球面精确AOA定位方程、球面近似AOA定位方程和正轴圆柱投影-平面AOA定位方程；最后，采用无约束非线性规划方法建立了基于大地坐标的分别与上述方程相对应的3个最优化AOA定位模型，并以网格逐点搜索求解法进行了模型验证. 验证结果的分析表明：在不考虑测向误差时，球面精确AOA定位模型的精度最高，且与纬度无关，但其定位运算时间最长；球面近似AOA定位模型和正轴圆柱投影-平面AOA定位模型的精度均较高，后者的定位误差略大于前者，定位运算时间也长于前者；要提高AOA定位网的定位精度，既可提高各站点的测向精度，也可增加测向站点数，并应综合考虑定位时效性要求和精度要求选择合适的AOA定位模型.

基于液压泵/马达逆向驱动的电机启动电流控制方法

刘桓龙, 李顺, 谢迟新

2021, 56(4): 720-729. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190727

摘要(616)

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摘要:
针对蓄电池轨道工程车续航里程短、永磁同步牵引电机启动电流大等问题，基于液压泵/马达能量逆向传递特性，提出了利用液压泵/马达逆向驱动的电机启动电流控制新方法. 通过使液压泵/马达工作在马达模式将电机驱动至一定初始转速后接通电源实现电机带速启动，抑制或削弱电机启动电流；永磁同步电机带速启动采用无位置矢量控制方式，结合短路电流矢量法对电机启动时刻的转子转速和位置进行计算，并通过AMESim与MATLAB/Simulink进行联合仿真. 研究结果表明：所提出的电机启动电流控制新方法能让电机的启动峰值电流最大降低70%左右；启动电流与电机接通电源启动时的初始转速有关，且初始转速越接近需求转速则启动电流越小；电机转速稳定后电流大小仅与电机负载有关；液压泵/马达工作排量或蓄能器充液压力越大，电机被逆向驱动时的转速响应越快.

大数据背景下基于特征学习的机械设备剩余寿命预测

郭亮, 李长根, 高宏力, 董勋, 向守兵

2021, 56(4): 730-735, 768. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190528

摘要(669)

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摘要:
传统数据驱动剩余寿命的预测方法是通过信号处理从监测数据中手动提取特征并构建健康指标，而在大数据背景下，手动提取特征需要特定专家知识并耗费大量人力，为解决该问题，提出了一种基于特征学习的机械设备剩余寿命预测方法——自适应特征学习寿命预测方法（AFLRULP）. 该方法构建移动窗口数据矩阵解决单次采样中的数据波动问题，并建立了多层一维卷积神经网络将数据矩阵映射为机械设备的健康状态；根据失效阈值可以计算出机械设备的剩余寿命；采样轴承全寿命周期数据集合对提出的AFLRULP进行验证，并且与传统基于手动提取特征的方法进行寿命预测准确性的对比. 研究结果表明：AFLRULP不需要人工提取特征，可从原始监测数据映射为机械设备的性能状态与剩余寿命，相对于现有的基于手动提取特征的寿命预测方法，提出的方法在轴承寿命预测累积相对准确率上平均提高了0.20.

考虑费用支付模式的公路网养护调度模型

毛新华, 王建伟, 袁长伟

2021, 56(4): 736-743. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200192

摘要(343)

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摘要:
为使公路养护承包方获取最大的收益现值，研究了业主不同费用支付模式下的路网养护调度问题. 首先，定义了基于时间进度、基于养护进度以及基于养护费用的3种支付模式；其次，构建了以承包方收益现值最大化为目标的养护调度混合整数非线性规划模型，并采用禁忌搜索算法进行求解；最后，通过案例分析验证模型和算法的有效性. 研究结果表明：在3种不同的支付模式下，指派给各养护队的路段以及各路段的养护顺序均有较大的差异；当承包方垫资能力达到一定的水平后，继续提升垫资能力不一定能获得更优的养护调度方案，且无法产生更多的收益现值；业主的支付比例与收益现值之间具有近似单调递增的关系，而折现率与收益现值之间具有负指数关系；增加养护队数量可获取更多的收益现值，但其边际收益逐步降低，只有当承包方的垫资能力和养护队数量同步增长时，才能获取更多的收益现值.

高铁夕发朝至列车开行与天窗设置协同优化

徐长安, 李晟东, 李斯涵, 倪少权

2021, 56(4): 744-751. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191205

摘要(450)

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摘要:
高速铁路夕发朝至列车开行与天窗设置存在动态影响关系，将两者进行协同优化有助于满足旅客夜间出行需求，提升铁路运力资源配置. 以通道型高速铁路为对象，在分析高速铁路夕发朝至列车与天窗设置影响关系的基础上，以高速铁路夕发朝至列车总的旅行时间最少和高速铁路夕发朝至列车的开行对既有列车运行图的影响最小为目标，建立了列车开行模式未定情形下高速铁路夕发朝至列车与天窗协同优化的非线性混合整数规划模型. 结合问题特性，提出了双目标转换和约束线性化处理等模型约简策略，设计了基于自适应大邻域搜索的启发式求解算法. 最后，以京广高速铁路走廊为例，对模型算法的有效性进行了验证. 结果表明：算法经过40次左右迭代便可收敛至最优解，耗时784 s.

基于Reddy理论的新型波形钢腹板组合箱梁挠度计算

王力, 刘世忠, 路韡, 牛思胜, 毛亚娜

2021, 56(4): 752-759. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200377

摘要(539)

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PDF 2131KB(21)

摘要:
为准确计算新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁的挠度，基于Reddy高阶剪切变形理论，考虑钢-混接触面滑移变形和全截面高阶剪切变形效应，以形函数作为单元内高度变化的插值函数，利用最小势能原理推出新型CSW组合箱梁等参有限元行列式；以一根8.0 m新型波形钢腹板简支组合箱型试验梁为例，基于本文理论编制了相应的计算程序，计算了集中、均布荷载作用下该梁的竖向挠度，并通过模型试验和有限元模拟验证了本文解析计算方法的可靠性；最后分析了剪力键剪切刚度、波形腹板型号、子梁高度比、跨高比等参数对新型CSW组合箱梁挠度的影响程度. 研究结果表明：考虑新型CSW组合箱梁全截面剪切变形效应后的挠度值较初等梁理论值增大约10%，较Timoshenko理论值增大约1.87%. 全截面剪切变形效应对挠度贡献随跨高比逐渐增大而减小. 跨高比和剪力键剪切刚度越小或子梁高度比越大，剪切变形效应对结构竖向挠度的影响越发显著，而波形钢腹板型号对箱梁挠度影响较小.

基于弹性防偏-塑性卸载机理的梁体横向限位设备

赵成功, 赵人达, 贾毅, 王永宝, 李福海

2021, 56(4): 760-768. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190741

摘要(424)

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PDF 2527KB(7)

摘要:
为了缓解桥梁梁体在各类因素下的横向偏移或倾覆问题，同时改良现有防偏移设备的刚性阻拦缺陷，以机械设备的减震隔震装置为借鉴，设计了一种基于弹性防偏-塑性卸载理念的梁体横向限位设备. 该设备根据折减后的桥墩墩底抗弯强度及梁体横向最大容许位移选择弹簧参数（用于正常情况下的弹性防偏），由折减后的支反力计算薄弱层锚固螺栓的个数（用于大荷载下的卸载保墩）.以陕西某曲线连续梁桥为例，以未安装设备桥梁模型为基准，通过有限元分析软件Midas Civil模拟无设备桥梁及有设备后的桥梁在静、动力作用下的位移增量及应力增量. 数据对比显示：该设备在限制各静力作用下的径向爬移效果显著（平均位移限制率达70%以上，主要位移诱因的限制率达80%以上）；在El Centro Site波大部分时程内，有设备梁体的位移增量和应力增量值较无设备梁体的小，且安装设备后峰值位移（降低率均在90%以上）及峰值应力（平均降低率达50%左右）得到明显降低，这说明该设备可在避免应力集中的情况下，有效减小梁体的动力位移增量，具有良好的抗震/防偏移效果.

积分尺度对矩形迎风面脉动风压特性的影响

杜树碧, 李明水, 杨雄伟

2021, 56(4): 769-776. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190677

摘要(615)

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PDF 2928KB(14)

摘要:
为了研究来流紊流积分尺度对矩形断面高层建筑迎风面脉动风压及其分布特性的影响，选取2∶1和1∶2矩形为对象，通过风洞测压试验，对不同积分尺度紊流场中矩形迎风面的平均风压系数及脉动风压均方根系数、脉动风压相关函数和相干函数、脉动风压功率谱进行了对比分析. 研究结果表明：对于矩形同一高度处，脉动风压功率谱在低频区始终受准定常效应控制，而在高频区脉动风压功率谱随积分尺度的增大而增大；风压的相关性高于风的相关性，风压的相关函数与相干函数也随积分尺度的增大而增大，但相关宽度随积分尺度的增大而减小；脉动风压均方根系数随积分尺度的增大而增大；对于同一流场中矩形不同测点处，离驻点越远，风压相关函数和相干函数越小，脉动风压均方根系数越大；来流紊流积分尺度对平均风压系数的影响较小.

弹射冲击荷载下重载铁路路基动位移空间分布特征

尹紫红, 朱仁政, 邱泓滔, 王青松

2021, 56(4): 777-784. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191106

摘要(527)

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PDF 2363KB(20)

摘要:
为研究军用重载铁路路基动响应空间分布特征，通过高度非线性分析程序ANSYS/LS-DYNA3D建立了重载铁路轨道-路基-地基三维显式动力分析模型，并引入三维一致黏弹性人工边界；采用梯形冲击荷载模拟弹射冲击，探讨了不同幅值(150～600 kN)的弹射冲击荷载作用时重载铁路路基系统动位移的空间分布特征，通过Boussinesq弹性理论与林绣贤多层系统当量理论验证了数值模型的可靠性. 结果分析表明：当作用在轨道上的弹射荷载开始进入卸载状态时，路基系统的竖向动位移达到最大值；结束卸载时，道床顶面存在一定量的残余变形，且残余变形随荷载幅值增长呈线性增长，增长速率约为0.60 × 10⁻² mm/kN；在不同荷载幅值下路基动位移沿线路横、纵向均呈对称分布，动位移沿竖向近似呈直线型衰减，且衰减速率随着荷载幅值的增加而增大；荷载幅值越大，路基动位移的轮对效应及道床和基床对钢轨动力的分担作用均越来越显著；路基的动位移峰值与荷载幅值大致呈线性关系，道床顶面的动位移峰值随荷载幅值增长最快，增长速率约为1.27 × 10⁻² mm/kN，基床表层与基床底层次之，增长速率分别约为1.23 × 10⁻²、1.20 × 10⁻² mm/kN，路基本体增长最慢，增长速率约为1.10 × 10⁻² mm/kN.

基于熵值法的砂卵石地层深基坑开挖安全可拓评价

王伟, 刘丹娜, 彭第

2021, 56(4): 785-791, 838. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200333

摘要(546)

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PDF 1476KB(16)

摘要:
为客观评价富水砂卵石地层中深基坑开挖的安全稳定性，根据结构变形、受力、地下水以及周边环境等因素选取地面沉降、建筑物沉降、地下水位等8个评价指标进行开挖安全性评价，以成都某地铁车站深基坑工程为例，根据基坑开挖4个月内的实测数据，采用熵值法对所选评价指标进行赋权，基于物元理论与可拓集合的关联函数，建立深基坑开挖安全可拓评价模型，并将评价结果与模糊综合评判结果进行比较. 研究结果表明：熵值赋权计算中，混凝土支撑轴力、桩顶沉降和支护结构水平位移是本案例中最重要的三项指标，对安全评价影响最大；对地面沉降与管线沉降的可拓评价结果比模糊综合评判结果高一个等级，与实际监测数据的评判结果相符，有利于施工过程中对潜在风险的防控；基于熵值赋权的可拓评价模型能够对基坑开挖安全性进行单因素分析与综合分析，所构建的可拓评价模型可以在成都地区富水砂卵石地层基坑工程安全评价中推广使用.

基于应力判据法的拉林铁路岩爆烈度分级

吴枋胤, 何川, 汪波, 张钧博, 蒙伟, 刘金松

2021, 56(4): 792-800. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191167

摘要(526)

HTML全文 (327)

PDF 2137KB(24)

摘要:
把现有的判据直接应用于拉林铁路某一隧道的岩爆预测不能得到符合现场实际情况的岩爆预测结果，为了制定针对拉林铁路全线的岩爆烈度分级方案及应力判据，以拉林铁路桑珠岭隧道现场岩爆发育特征和规律、岩爆破坏形迹及kNN （k近邻分类）算法为基础，进行现场洞壁二次应力量测、现场岩样点荷载试验、基于二次修正地应力场的开挖模拟，提出了针对拉林铁路的岩爆烈度分级方案及应力判据，在通过桑珠岭隧道的岩爆预测准确性验证后将判据推广应用于拉林铁路典型岩爆隧道（祝拉岗隧道、达嘎拉隧道、岗木拉隧道）的岩爆预测中，并与现有判据的判定结果进行对比分析. 研究结果表明：针对拉林铁路而言，卢森判据会低估轻微岩爆的发生，但对中等岩爆的判定较好；王兰生判据判定的岩爆等级主要集中在轻微岩爆，没有正确判定实际发生的中等、强烈岩爆，表明其容易低估实际岩爆等级；关宝树判据判定的岩爆等级主要集中在强烈岩爆，基本没有正确判定实际发生的轻微、中等岩爆，容易高估实际岩爆等级；拉林铁路岩爆判据除了对中等岩爆的判定能力与卢森判据持平外，其各等级岩爆预测结果准确率均大于其余判据，更符合拉林铁路现场实际情况.

加筋土挡墙地震稳定性破裂面随机搜索法

李倩, 凌天清, 韩林峰, 张瑞刚

2021, 56(4): 801-808. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200320

摘要(376)

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PDF 2349KB(32)

摘要:
为确定加筋土挡墙破裂面的位置，基于水平条分法提出了一种多线段破裂面表现形式. 将加筋土挡墙破裂面视为由多条线段组成，各条线段在一个平面内以不同的长度和角度相互连接；根据地震作用下水平土条的力学平衡条件，推导出与破裂面参数相关的筋材拉力计算式；将筋材总拉力作为目标函数，采用两层循环方式进行求解计算，外层为墙后填土水平表面破裂点位置循环，内层为随机角度循环；对比每次外层循环计算所得筋材总拉力，取最大值所对应的破裂面为所求加筋土挡墙临界破裂面. 通过算例对比验证了多线段破裂面计算方法的合理性，并对加筋土挡墙稳定性影响因素进行分析. 研究结果表明：以角度随机方式产生多线段破裂面的计算方法无需进行数学优化可得到合理结果，加筋土挡墙破裂面位置比对数螺旋破裂面更接近临空面；填土内摩擦角的增大使得筋材总拉力与筋材长度减小，能够增强加筋土挡墙的内部稳定性.

基于环剪试验的含钙质结核古土壤剪切特性

姜程程, 范文, 苑伟娜

2021, 56(4): 809-817. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190951

摘要(538)

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PDF 2389KB(14)

摘要:
含钙质结核古土壤在黄土滑坡的剪切带中广泛分布，影响滑坡的剪切特性. 通过固结排水环剪试验，改变轴应力大小，研究不同钙质结核含量下古土壤的剪切力学特性；基于对剪切破坏面的宏观结构分析，总结并提出剪切破坏面的“一”型和“U”型两种破坏形态及平稳、过渡、波动3种破坏模式. 研究结果表明：在低轴应力下，应力-位移曲线均为软化型，具有明显的残余强度特性，随钙质结核含量增大，应变软化特性变弱；在高轴应力下，则表现为硬化型；钙质结核颗粒能增大土的剪切强度、摩擦角，减小黏聚力；剪切带厚度与钙质结核含量正相关，与 D50 负相关；在大位移剪切作用下，颗粒会发生破碎，通过对剪切前后粒径分析，确定了钙质结核主要破碎区间为3～5 mm，破碎率为19.5%～55.5%；古土壤由 0.01～0.05 mm颗粒破碎为 0.002～0.010 mm的较小颗粒.

八角楼乡火后泥石流空间发育特征

杨瀛, 胡卸文, 王严, 金涛, 曹希超, 韩玫

2021, 56(4): 818-827. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200015

摘要(414)

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摘要:
作为一种与林火密切相关的特殊泥石流，火后泥石流的形成具有明显的空间差异性，对其空间发育特征及影响因素的分析有利于此类泥石流的防灾减灾. 运用现场调查、室内外试验和遥感解译等手段，对雅江县八角楼乡火烧迹地15条沟道的火后泥石流发育特征及地形、林火、植被特征、降雨条件进行了多元分析. 结果表明：火烈度越强，土壤的物理力学性质劣化越严重，斥水性越强，渗透性越低，泥石流越易形成；流域过火面积越大，植被覆盖率越低，泥石流暴发频率越高；相对于大流域，小而陡的流域反而更易暴发火后泥石流. 此外，研究区内暴发的5次火后泥石流中有4次泥石流其激发雨强重复周期均小于5 a，且随着时间的增长激发雨强也逐渐升高.

装配式剪力墙竖向分布钢筋连接程度研究进展

张士前, 陈越时, 刘亚男, 马昕煦, 廖显东, 肖绪文

2021, 56(4): 828-838. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191064

摘要(468)

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PDF 2044KB(14)

摘要:
装配式剪力墙结构是我国高层住宅常用的结构形式之一，其可靠的竖向连接是保证结构安全的关键. 按照竖向分布钢筋在楼层处连接数量（连接程度）不同，装配式剪力墙竖向连接可分为全部连接、部分连接和不连接3种. 基于国内外相关的研究成果，系统总结了3种连接程度装配式剪力墙的竖向分布钢筋连接形式、构造特点与受力性能，并深入分析了竖向分布钢筋连接程度对剪力墙抗震性能影响，全面梳理了其研究存在的不足. 在此基础上，提出基于剪力墙截面受压、受剪承载力等效原则的一种竖向分布钢筋不连接边缘构件现浇装配式剪力墙结构，并给出相关设计计算方法. 最后对装配式剪力墙新型连接技术与无损检测技术等方面做出了展望，并指出竖向分布钢筋不连接装配式剪力墙结构是未来更具前景发展方向之一.

粗橡胶粉SBS改性沥青透水混合料抗水损害性能

肖飞鹏, 宗启迪, 王金刚, 陈军, 刘继

2021, 56(4): 839-846. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191116

摘要(452)

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摘要:
排水沥青混凝土孔隙率大，具有良好的排水、降噪功能，但是易发生水损害. 使用粗橡胶粉和SBS（styrene-butadiene-styrene block copolymer）改性剂对基质沥青进行复合改性. 采用冻融劈裂强度比对透水沥青混合料的抗水损害性能进行评价. 研究SBS用量、最大公称粒径、粗橡胶粉用量、级配各筛孔通过率、消石灰用量和沥青用量6个影响因素对透水沥青混凝土抗水害损性能的影响，揭示粗橡胶粉SBS复配沥青混合料的抗水损害机理. 研究结果表明：SBS用量的增加、集料最大公称粒径的增大、消石灰的加入均能提高透水混合料的冻融劈裂强度比；为了获得最佳的水稳定性和良好的经济性，建议SBS与粗橡胶粉的最佳掺量分别为6%和10%，并且通过灰关联分析得出了影响各规格混合料抗水损害性能的关键筛孔.

多孔棉布-酚醛轴承保持架的应变速率敏感性

张亚锋, 张韶华, 周刚, 张激扬, 卿涛, 周宁宁

2021, 56(4): 847-852, 863. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190457

摘要(467)

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摘要:
为了分析研究多孔棉布-酚醛轴承保持架的应变速率敏感性，使用纳米压痕仪测量其在应变速率为0.01～ 0.05 s⁻¹时的硬度和弹性模量，通过Kelvin-Voigt模型对材料的黏弹性进行分析，研究了材料在不同应变速率下的应变硬化效应和应变局部软化效应. 研究结果表明：随着应变速率提高，多孔棉布-酚醛材料的硬度和弹性模量先增加后减小；当应变速率从0.01 s⁻¹增加到0.05 s⁻¹，多孔棉布-酚醛材料硬度和弹性模量的增加与材料的应变硬化现象有关；当应变速率从0.05 s⁻¹增加到0.30 s⁻¹，蠕变位移显著增加，接触刚度快速降低，形变以热的形式消耗在压头与材料的接触界面，压头接触区材料从黏弹性向黏性转变，局部材料黏度降低，硬度和弹性模量快速减小；多孔棉布-酚醛的硬度和弹性模量随应变速率的变化是应变硬化效应和应变局部软化效应竞争的结果.

聚丙烯纤维增强混凝土梁变形性能的试验研究

李福海, 何肖云峰, 吴昊南, 姜怡林, 王奕彬, 胡丁涵

2021, 56(4): 853-863. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190959

摘要(523)

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摘要:
为探究PP-ECC梁与RC梁变形发展规律的区别，通过逐级加载和循环加载两种加载制度对4根PP-ECC梁和4根RC梁进行抗弯试验；同时，基于有效惯性矩法推导出适用于短期荷载作用下PP-ECC梁的最大变形计算公式. 研究结果表明：逐级加载下，PP-ECC梁呈现出更为明显的塑性变形阶段，与RC梁相比，PP-ECC梁经过5次循环加载后的循环荷载变形曲线与原曲线拟合度较好；循环加载过程中，PP-ECC梁在基准荷载下的加载变形增长率和卸载变形增长率均小于相同配筋率的RC梁，呈现出更好的抗损伤变形能力和变形恢复能力；基于有效惯性矩法推导出的变形修正模型计算结果与试验结果拟合度较好，可应用于实际工程对PP-ECC梁在短期荷载作用下最大变形的计算.

超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究

杜健欢, 任东亚, 黄杨权, 艾长发, 邱延峻

2021, 56(4): 864-871. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190988

摘要(490)

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摘要:
为了研究低温地区超密实型沥青混凝土内部Ⅰ - Ⅱ复合型微裂纹扩展规律，基于Eshelby等效夹杂理论和最大周向应力断裂准则，建立了当复合型裂纹发生失稳型扩展时其内部微裂纹偏转角β与应力场之间的关系，并确定了扩展方向；建立沥青混凝土细观离散元模型，考虑沥青混凝土的黏弹性，分析了内部微裂纹β对复合裂纹扩展的影响规律. 研究结果表明：对二维平面问题，β的变化主要引起裂纹在沥青混凝土中分布状态的变化，在极大程度上造成了沥青混凝土的宏观有效弹性模量和剪切模量在时域内的减小；在常荷载作用下，β的增大造成了宏观裂纹孕育和扩展历程的缩短，还致使复合型裂纹由Ⅰ型裂纹逐渐转变为Ⅱ型裂纹；β的增大不仅使裂尖域内应力场发生一定偏转，而且导致裂尖域内应力场和衰坏区的减小.

轮对安装偏角对高速列车过转辙器的动力特性影响

陈嵘, 王雪彤, 陈嘉胤, 丁晔, 徐井芒

2021, 56(4): 872-882. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190535

摘要(490)

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摘要:
高速列车轮对因定位不准会导致不同程度的初始安装偏差，在通过道岔等薄弱环节时轮轨关系急剧恶化，影响行车安全. 为研究车辆在初始安装偏角状态下通过高速道岔的动力学性能，以18号道岔为研究对象建立了具有初始偏转角的车辆-道岔耦合动力学模型，对前轮对偏转、后轮对偏转、前/后轮对同向偏转、前/后轮对反向偏转4种工况进行仿真，结合理论推导与数值仿真分析了不同偏转角对车辆入岔姿态及直逆向过岔走行性能的影响. 研究结果表明：初始偏转角向尖轨侧偏转时会导致轮轨过渡位置提前，甚至造成轮缘接触；初始安装偏角对轮轨垂向力的影响主要与偏角形式及偏转角有关，且偏转角超过一定限度时，岔区固有不平顺会进一步加剧轮轨垂向冲击；轮轨横向力主要受主接触点方向与道岔区横向冲击方向的叠加控制；前/后轮对反向偏转情况下，轮轨接触关系恶化，当偏转角为−2.0～−3.0 mrad，脱轨系数超限，影响行车安全.

基于Hertz接触理论的法向接触刚度计算方法

关庆华, 赵鑫, 温泽峰, 金学松

2021, 56(4): 883-888. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210015

摘要(784)

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摘要:
轮轨之间的弹性接触变形是车辆-轨道耦合动力学中计算轮轨力的核心，以基于Hertz接触理论的非线性接触刚度来描述轮轨之间的压缩量与轮轨法向力之间的关系. 目前的轮轨Hertz接触刚度计算公式为经验公式，来源于20世纪70年代英国铁路技术研究所的研究工作，分锥形踏面和磨耗型踏面两种类型，局限于特定的轮径范围和钢轨廓形. 基于三维弹性体Hertz接触理论，推导了满足Hertz接触条件的弹性体法向接触刚度通用计算公式，并结合轮轨几何外形特点，给出了轮轨接触斑大小及接触刚度参数的直接确定方法和数表，并以LM车轮踏面和CN60钢轨踏面匹配为例，对比分析了典型工况下计算结果与经验公式的差异. 分析结果表明：基于本文计算公式制定的Hertz弹性接触数表弥补了现有数表中缺乏接触刚度的不足，可直接用于弹性体接触计算；对于轮轨接触，与本文公式计算结果相比，以往经验公式中磨耗型踏面的接触常数计算结果仅在车轮名义中心圆弧与轨顶中心圆弧接触时的误差较小，约为0.40%～0.44%；其他接触位置时，经验公式计算结果与本文公式计算结果相差较大，误差范围可达 −25.97%～131.42%.

钢芯铝绞线的拉扭耦合力学性能

张龙, 黄珏, 钟永力, 晏致涛

2021, 56(4): 889-896, 904. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200076

摘要(490)

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摘要:
导线扭转参数属于导线基本力学性能之一，尤其是拉扭耦合效应会极大地影响覆冰输电线舞动分析的准确性. 为此，对典型7股钢芯铝绞线LGJ/JL/G1A-70/10进行了扭转试验，并结合有限元仿真软件ANSYS对相应构件进行建模与数值分析，与基于钢丝绳拉扭耦合理论的4种理论进行了对比. 数值分析结果与扭转试验结果吻合较好，且对比分析表明：拧绕系数的取值浮动较大，会导致不容忽视的误差；在正常运行应力状态下，导线拉伸会产生较大的扭转效应，导线的截面扭转也会产生轻微张力变化；导线的拉扭耦合和扭拉耦合系数不相等；基于钢丝绳的理论均未考虑子股导线的滑移变形及坐标更新，会在一定程度上高估轴向刚度以及拉扭耦合效应.

基于AHP-独立性权数法的列车旅客界面设计评价

何思俊, 支锦亦

2021, 56(4): 897-904. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190586

摘要(452)

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摘要:
为了克服高速列车旅客界面现有评价模型指标单一、赋权方法主观随意性、缺乏定量分析的局限性，首先，对新型双层高速列车的试验样车展开满意度调查，在此基础上从评价指标的全面性、系统性和层次性出发，构建了由设施尺度、安全设计、功能使用、空间环境和美学设计5类评价准则和36项具体指标组成的层次指标体系；其次，提出一种AHP法（层次分析法）结合独立性权数法赋权值的模糊综合评价模型，保留了专家的主观意见和乘客体验调查数据中的客观信息；最后，基于专家判断数据和调查评分数据求解了旅客界面评价指标体系的各层级权重，解算了新造样车和既有列车的评价等级. 研究结果表明：新造样车的评语等级为满意，隶属度为0.3977，既有列车评语等级为非常满意，隶属度为0.4422；根据权重计算得出旅客界面的设计改进顺序应为设施尺度、功能操作、空间环境、安全设计和美学设计；各评价准则中座椅人机曲面、设施尖角圆润、座椅可调性、空气质量和色彩协调性是对乘客满意度影响最大的因素.

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