首页期刊导航|铁道科学与工程学报
期刊信息/Journal information
铁道科学与工程学报
铁道科学与工程学报

余志武

双月刊

1672-7029

jrse@mail.csu.cn

0731-82655133；82656174

410075

长沙市韶山南路22号

铁道科学与工程学报/Journal Journal of Railway Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中南大学主办的以理工为主的综合性学术刊物。1979年创刊，1982年公开改进，主要刊登土木工程、建筑工程、交通工程、自动控制、计算机科学与技术、运输管理工程、机电工程、数学力学、基础研究等方面的学术论文。1992年起被列为全国中文核心期刊，1994年被列为美国Ei Page数据库核心期刊。
正式出版
收录年代

    周边眼偏位空孔爆破设计优化研究与应用

    余绍山王薇李姚伟奇
    1509-1520页
    查看更多>>摘要：依据已有研究对空孔效应和设置空孔时裂纹扩展规律进行探讨,发现空孔有利于裂纹贯通,对提升爆破效果有一定帮助,但也发现传统的直线型空孔布置会导致裂纹偏向,即在空孔附近转向、偏离原发展路径,影响原设计开挖轮廓.若设置偏位空孔,则可充分利用空孔效应及导向作用以提高开挖质量.对于偏位空孔在爆破中的效应,采用数值模拟研究了不同炮孔间距、空孔偏位角下的裂纹扩展规律和炮孔间贯通情况,探讨了最优偏位角度设计,并根据模拟结果对现场爆破方案进行优化,研究实际应用效果.研究结果表明:偏位空孔对爆生裂纹具有较直线空孔更明显的导向作用,主要表现在爆生裂纹尖端向空孔本身发展或被空孔裂纹引导偏向、最终主裂纹与空孔连通或在空孔范围之外主裂纹相贯通,更利于炮孔主裂纹扩展与贯通;通过提取模拟结果并测量裂纹范围,对于孔间距在60 cm及以下时,适用于周边眼爆破设计的最优偏位角为15°,在此情况下炮孔连线方向形成了与孔心连线相平行的裂纹,能显著提升贯通效果;对于优化后的福厦铁路某隧道爆破施工方案,通过振速监测及超欠挖断面扫描分析,发现周边眼起爆引起的爆破振速降低了超过50%,超欠挖值也由平均25 cm降低至15 cm以内,整体应用效果良好.该项研究可为隧道爆破减振及超欠挖控制研究提供一定参考.

    光面爆破周边眼偏位空孔爆破振速超欠挖控制

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    不同因素导致的差异沉降对盾构隧道受力特性影响研究

    石钰锋胡梦豪周宇航黄大维...
    1521-1532页
    查看更多>>摘要：盾构隧道在下卧地层软硬突变、局部堆载等因素影响下易产生不均匀沉降,可能诱发管片环间错台、螺栓断裂和接缝渗水等病害,危及隧道安全.然而,现有试验研究在隧道模型上多将纵向接头简化处理,难以反映盾构隧道纵向受力变形特性,对于隧道下卧软硬突变地层等工况的模拟也较为缺乏.为此,提出一种可同时模拟抗拉、抗弯刚度的"弹簧+螺栓型"接头,并以此接头制作可满足纵向力学性能相似的隧道模型,对盾构隧道进行下卧软硬突变、局部堆载等工况下的模型试验,进一步探明不同因素导致的差异沉降对盾构隧道的影响机理,并采用数值模拟验证了试验的可行性.研究结果表明:1)较单一地层而言,隧道下卧软硬突变时纵向沉降曲线呈现明显的非线性,其隧道沉降及差异沉降最值显著增大,软土侧隧道沉降较硬土侧更为显著,最大沉降、沉降差均出现在突变区软土侧衬砌处;2)下卧地层突变导致隧道横向收敛变形在纵向上分布不均,使软土侧衬砌收敛变形减小,硬土侧衬砌收敛变形显著增大;3)局部堆载对管片弯矩分布影响较小,对弯矩最值影响较大;4)下卧软土区隧道结构内力分布明显变异,隧道衬砌正弯矩区域显著增大,负弯矩区域略有减小,且弯矩最值提升显著.因此针对软硬突变地层,必要时在硬土侧隧道可采用粘钢法等方法提升衬砌横向刚度,以控制其收敛变形;软土侧隧道建议对管片进行螺栓复紧,并加强接缝防水,以减小下卧地层弱化对隧道结构产生的不利影响.

    盾构隧道模型试验等效刚度差异沉降纵向接头

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    环端面不平整条件下衬砌管片抗剪承载特性研究

    关振长杨泽龙宁茂权刘浩...
    1533-1543页
    查看更多>>摘要：在衬砌管片拼装过程中难免出现环端面不平整(或环缝间垫片局部脱空)的情形,进而在顶推力作用下管片容易产生局部开裂破损,严重时甚至危及衬砌结构安全.鉴于此,以衬砌管片抗剪原型试验为基础,在ABAQUS数值分析平台上建立P2型标准块管片的精细化模型,管片上部设置千斤顶靴板,底部设置垫片并使右侧垫片脱空.在靴板上逐级施加均布荷载,以分析局部脱空情况下衬砌管片在逐级顶推力作用下的力学响应,探讨环端面不平整条件下衬砌管片的裂缝发展过程及抗剪承载特性.数值模拟结果表明:顶推力加载至850 kN,管片脱空端竖向位移达到2 mm,管片内弧面上部出现第1道裂缝,内置钢筋仍处于弹性阶段;加载至1 120 kN,脱空端竖向位移达到6 mm,内弧面上出现2道新裂缝,同时第1道裂缝进一步扩展形成内外贯穿性裂缝,即管片裂缝发展过程大致为内弧面→上环端面→外弧面,且裂缝附近上层纵向钢筋达到屈服强度;考虑到内外贯穿裂缝给衬砌管片带来较大渗漏水隐患,认为P2型标准块管片的抗剪承载力(即屈服荷载)约为1 120 kN.将数值模拟结果与原型试验结果进行对比,二者所得管片裂缝分布与扩展规律大致一致,抗剪承载力基本相符,验证了数值模拟结果的可靠性.研究成果可为盾构隧道的衬砌设计与掘进施工提供参考依据.

    盾构隧道管片抗剪承载特性环端面不平整数值模拟原型试验

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    盾尾刷-油脂腔密封系统油脂逃逸规律研究

    钟小春钟建玲竺维彬黄威然...
    1544-1553页
    查看更多>>摘要：油脂逃逸导致油脂腔内压力降低,由此诱发的盾尾密封系统漏水、漏浆等安全责任事故屡屡发生.研制盾尾刷密封系统油脂逃逸的单元体试验装置,采用逐级加压将油脂注入盾尾密封系统油脂腔内,每级压力持续420 s,记录不同盾尾间隙及不同油脂锥入度工况下腔内的密封油脂开始逃逸时的油脂注入压力值、以及逃逸后储油装置中密封油脂的稳定损耗速率,最终获得了盾尾密封系统的油脂逃逸规律,并总结了盾尾油脂的逃逸模式.研究结果表明:1)油脂逃逸速率主要受油脂锥入度和油脂压力的影响,根据油脂逃逸规律变化曲线,油脂逃逸速率可以分为不逃逸、低速逃逸、快速逃逸3个阶段.油脂不逃逸至低速逃逸的油脂压力称为油脂逃逸压力,油脂低速逃逸与快速逃逸之间的油脂压力值为油脂腔内外压差控制值;2)建立了油脂逃逸速率和工程中油脂消耗量的对应关系,结合工程中每环盾尾油脂允许消耗量可实时判断盾尾刷密封性能;3)当油脂锥入度小于286.4(1/10 mm),盾构姿态与管片姿态控制良好时(盾尾平均间隙为75 mm),在水土压力及同步注浆压力基础上最大可增加0.3 MPa的油脂压力,提出的油脂腔内外压差控制值可指导实际工程盾尾油脂压力设定最大值;4)油脂逃逸模式可划分为无逃逸、非均匀逃逸和均匀逃逸3种模式并得出其发生条件.该研究对于指导盾尾密封性的设计及施工有着基础性的意义.

    盾尾刷密封系统油脂锥入度盾尾间隙油脂逃逸

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度研究

    黄林冲蒋凯梁禹张燕丽...
    1554-1566页
    查看更多>>摘要：类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度是衡量其力学行为的重要参数,对于构件结构设计、抗弯承载能力验算具有重要作用.为了分析地铁车站纵向抗弯性能及其影响因素,根据等效连续梁的转角计算公式,得出了纵向等效抗弯刚度(EI)eq及纵向等效抗弯刚度有效率η的隐式表达式.通过截面参数分析,探讨了构件长度对中性轴距离c值、等效抗弯刚度有效率η值、截面最大应力的影响;研究了上下圆弧块厚度、曲率半径、圆心角及半短轴长b值对装配式构件截面上的最大应力的影响规律;为了反映装配式车站环缝实际作用范围,引入了环缝影响系数λ,拓展了类矩形装配式衬砌纵向等效连续化模型.研究结果表明:不同构件长度下截面应力分布状态及η值保持不变,且弯矩方向对其影响较小.在弯矩不变的前提下截面最大应力受半短轴长b值影响较大.当顶板块厚度t1处于0.6～2 m范围时,截面最大拉应力随半短轴长b增加而降低6.8%～9.3%;当底板块厚度t3处于0.6～2 m范围时,随着半短轴长b增加,截面最大压应力降低62.5%～63.6%.随着λ由0增加到1,纵向等效抗弯刚度有效率η由1降低到0.05%且变化趋势逐渐降低,与纵向等效连续化模型计算结论一致.本文研究结论对于装配式地铁车站预制构件结构设计及抗弯承载能力验算可提供有效参考.

    类矩形装配式地铁车站纵向等效连续化模型中性轴位置纵向等效抗弯刚度环缝影响范围

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    横风下不同编组长度城际动车组气动载荷规律分析

    黄尊地彭程陈传仰许振国...
    1567-1578页
    查看更多>>摘要：横风是城际动车组运行时产生晃动和不稳定现象的重要原因.为提高城际动车组在横风条件下的运行安全性和稳定性,并找到动车组最优的编组配置,开展城际动车组在横风环境下的气动载荷研究.基于三维、非定常、不可压的DES湍流模型,采用新型城际动车组研究有/无横风环境不同编组长度对列车气动特性的影响,分析城际动车组在高架运行时各节车厢周围流场变化情况,探究城际动车组气动载荷变化规律.研究结果表明:当无横风时,头车和尾车的阻力系数大于中间车,且随着车速的增加头车和尾车的阻力系数基本不变;尾车的升力系数大于头车和中间车,且随着车速的增加头车和尾车的升力系数基本不变.当有横风时,头车的阻力系数反向增大,尾车的阻力系数正向增大,头尾车阻力系数随速度的增大而减小,中间车基本不变;头车升力系数小于尾车和中间车,编组越长,中间车升力系数波动减缓,且随速度的增大而减小.对于侧向力系数,横风使头车侧向力系数最大,中间车次之,尾车最小.编组越长,中间车侧向力系数波动越小;对于倾覆力矩系数,横风使头车倾覆力矩反向最大,中间车次之,尾车最小,随速度的增大而减小.此外,不同编组的城际列车在运行中存在着不同的气动特性,长编组列车在相同条件下具有更好的稳定性和舒适性,且城际动车组车头各种载荷变化波动最大,需要重点关注.研究可为优化列车设计、提高运行安全性和稳定性提供科学依据.在城际动车组设计和编组时,应当优先选择较长编组,以确保列车运行安全和稳定.

    横风不同编组城际动车组气动特性数值仿真

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    一种列车制动信号无线传输通讯系统设计

    梁轩鸣陈昊苓张兵
    1579-1590页
    查看更多>>摘要：在铁路运输趋于高速和重载的背景下,重载列车传统空气制动系统仅能适用于单元式重载列车,并且后期维护相对不便,且在制动时会带来过大的车钩纵向力,影响行车安全,因此具有高带宽、低延迟、维护便捷等优点的无线制动系统应运而生.为了解决上述问题,立足于制动系统制动信号的无线传输,基于嵌入式技术设计了一套制动信号无线传输通讯系统.硬件方面,以STC8H8K64U作为主控芯片完成通讯系统的原理图设计,主要包括电源模块、CAN(Controller Area Network,控制器局域网)网络模块、GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线服务技术)模块、无线网络LoRa(Long Range Radio,远距离无线电)模块等,并且对硬件进行抗干扰处理.软件方面,完成STC8的外设驱动程序设计、LoRa无线网络模块的程序设计以及装置与系统之间通讯协议的自定义.基于以上设计,完成通讯系统的调试与测试工作,对无线网络模块LoRa的通讯距离进行测试,通过建立动力学模型和线路试验来对比使用传统空气制动方案制动与使用制动信号无线传输通讯系统制动方案下的制动波速以及车钩纵向力.测试和试验结果表明:系统各模块功能正常,能有效完成与车辆控制装置和远程控制平台之间的数据交互;有行人、树木、建筑等遮挡物时,无线网络模块LoRa的通讯距离为400 m;使用制动信号无线传输通讯系统在列车制动时可有效提升制动波速,减小车钩纵向力.研究结果可为重载列车的制动系统设计提供参考.

    重载列车无线制动LoRa嵌入式制动波速车钩纵向力

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    考虑边端效应及参数变化的直线感应电机MRAS速度观测方法

    胡海林陈维金虞诗焱丰富...
    1591-1601页
    查看更多>>摘要：以轨道交通直线感应电机(Linear Induction Motor,LIM)牵引驱动系统速度观测器为研究对象,针对边端效应及电机参数变化导致辨识结果实时性、鲁棒性不足的问题,提出一种基于二阶超螺旋滑模的改进模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,MRAS)速度观测方法.首先,以计及动态边端效应的初次级电压电流磁链方程为核心,设计直线感应电机标准MRAS速度观测器,降低边端效应对速度辨识性能的影响.然后,进一步分析初级集肤效应和初次级横向错位对标准MRAS速度观测器辨识性能的影响.在此基础上,基于二阶超螺旋算法对MRAS参考模型进行改进,利用主滑模面和辅助滑模面对次级磁链观测的干扰项进行补偿,同时抑制由于滑模算法引入的系统抖振,提高了速度观测器的鲁棒性和动态性能.最后,搭建仿真和硬件在环实验环境进行算法验证.实验结果表明:励磁互感及其他电机参数随边端效应修正因子变化,标准MRAS观测器在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,速度辨识误差明显;改进的MRAS观测器能够实现直线感应电机速度的快速、准确辨识,基于该速度观测器的矢量控制策略,在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,控制性能满足设计要求.研究结果能为轨道交通直线感应电机无速度传感器牵引驱动系统的研究提供一定借鉴.

    直线感应电机无速度传感器模型参考自适应系统边端效应二阶超螺旋滑模算法

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于LSTM神经网络的牵引站电气设备耦联体系地震响应预测

    郭彦颜陈雅芳何畅余玉洁...
    1602-1612页
    查看更多>>摘要：铁路牵引变电站中,软导线-电气设备耦联体系具有较强的几何非线性.为提升系统分析效率,提出一种改进的软导线-电气设备耦联体系地震响应递归预测方法.基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络与Dropout防止过拟合技术搭建了LSTM神经网络预测模型.建立了充分考虑软导线对相邻设备的耦联作用的软导线-电气设备耦联体系理论分析模型.为验证预测模型的泛化能力,筛选出了41条在峰值、频谱和持续时间上具有较大差异的地震波.并按照递归方案,将选取的地震波以及软导线-电气设备耦联体系理论分析模型计算所得的位移响应,进行滑动切片处理,建立模型输入特征与输出响应标签的映射关系.在此基础上,利用该LSTM神经网络预测模型开展了软导线-电气设备耦联体系设备的地震位移响应预测,并采用多个评价指标进行较为全面的模型性能评估.研究结果表明:LSTM递归预测模型具有良好的地震响应预测性能,搭配Dropout技术能够有效防止模型训练过拟合,提高模型适应能力.对于差异较大的地震波数据,均能够快速预测出误差较小、相关度较高的地震响应,具有较好的准确性、高效性与泛化能力.所提方法能够较高效准确地预测任意时刻的软导线-电气设备耦联体系地震响应,为铁路牵引变电站抗震设计提供新的研究思路.

    长短期记忆神经网络电气设备软导线耦联体系地震响应预测

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    山区铁路隧道工程资源环境影响效应评估研究

    闫林君陈慧鑫鲍学英王起才...
    1613-1623页
    查看更多>>摘要：山区地质复杂、环境敏感、生态脆弱,致使铁路隧道建设难度大,且在资源节约、环境保护等方面面临较高要求.绿色设计作为绿色建设的先行环节,对减少隧道建设对资源环境的扰动作用,达到资源节约、环境友好的目的起关键引领作用.为定量评估山区铁路隧道工程的资源环境影响效应、衡量隧道设计的绿色程度,提出一种山区铁路隧道工程资源环境影响效应分析方法.首先,基于"驱动力-状态-响应"模型(Driving force-State-Response,DSR),以隧道设计参数为驱动力指标、资源环境状况为状态指标、隧道设计措施为响应指标,构建山区铁路隧道工程资源环境影响效应评估指标体系,并建立各指标分级标准;其次,运用一种具有自学习自调整能力的支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR)对隧道工程的资源环境影响效应进行评估;再次,以驱动力指标和响应指标为分析对象,运用考虑指标间关联关系及叠加效应的敏感性分析法,甄别对隧道工程资源环境影响效应优化具有重要影响的隧道设计因素;最后,以某山区铁路隧道工程为例,得到该隧道工程的资源环境影响效应值为4.715 7,对应等级为较好,表明该隧道工程绿色设计水平较好,资源集约节约利用较合理、环境保护力度较大,可为其他类似工况隧道工程的绿色设计提供借鉴.此外,分析结果显示,注浆加固效果是导致该隧道工程资源环境影响效应变化最敏感的因素,其次为清污分流比例,可着重从这2个方面进行优化设计,以实现隧道工程资源环境影响效应的进一步优化.研究结果验证了本文研究方法的适用性和可操作性,可为山区铁路隧道工程资源环境影响效应评估及明确隧道工程优化设计方向提供科学依据.

    山区铁路隧道工程资源环境影响效应"驱动力-状态-响应"模型支持向量回归模型敏感性分析

      原文链接:
    • 国家科技期刊平台
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据