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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。
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收录年代

    考虑时变特性的车-桥耦合系统非平稳振动频域方法研究

    雷思勉葛耀君李奇
    1930-1941页
    查看更多>>摘要：当列车行驶经过桥梁时,由于车辆在桥上的位置随时间不断变化,车-桥耦合系统具有时变特性,即使假设轨道不平顺为平稳激励,车辆和桥梁的振动仍然是一种非平稳的随机过程.本研究旨在提出一种非平稳频域分析方法,以高效分析受轨道不平顺激励的车-桥耦合系统的非平稳随机振动问题.首先推导了单节列车通过单跨简支桥的耦合系统时变频响传递函数(FRF),据此描述线性时变系统的动力特性.该函数满足一组变系数微分方程,可采用摄动法求解该函数,从而提高计算效率.随后,结合PRIESTLEY的演化谱理论,推导非平稳随机响应的演化功率谱密度函数(EPSD).基于非平稳频域分析方法,计算响应时变均值和方差,结合3σ准则来估计非平稳响应的极值.研究结果表明,由于轨道不平顺的影响,车辆振动表现出平稳随机过程的特性,但其方差较大,表现出更大的离散性;而桥梁的振动则呈现出明显的非平稳特性,但方差较小,响应具有较小的随机性.极值分析表明,轨道不平顺激励对车辆振动具有显著影响,其均方根对极值响应起主导作用.而轨道不平顺激励对桥梁振动的影响较小,桥梁振动则主要受移动质量影响,其响应的极值主要受均值的影响.此外,相较于系统位移响应,车速对加速度响应的影响更为显著,例如车身加速度响应最大值随车速的增加可增大至3倍左右.

    车桥耦合轨道不平顺频域分析方法非平稳随机振动摄动法演化谱

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    基于理论承载性能与应力扩散计算的高强预应力锚索适配垫板设计方法

    郭新新高新强吴锦花
    1942-1953页
    查看更多>>摘要：垫板是高强预应力锚索系统的核心组成构件,当其与锚索间适配性不足时,会出现结构可靠性低以及围岩支护效果差等问题.基于垫板的承载力学特性及其应力扩散作用,提出适配高强预应力锚索的垫板设计方法.为此,首先分析垫板的应力扩散作用与锚索的支护效应间的关联性.其次,基于不同形式垫板的结构受力特征,提出碗形垫板和平板形垫板的理论承载力计算公式,并由此计算得到满足高强预应力锚索承载性能需求的垫板型式及其结构参数.接着,通过建立"垫板(碗形、平板形)-围岩"三维数值仿真模型,分析不同型式及结构参数垫板的围岩应力扩散效果,并由此优选得到适配高强预应力锚索的垫板型式及其结构参数.最后,通过现场应用案例,分析适配垫板下高强预应力锚索系统支护效果.研究结果表明:提出的垫板设计方法实现了对高强预应力锚索系统中垫板的有效选用,适配加载300 kN的高强预应力锚索系统垫板为25 cm×25 cm×16 mm的碗形垫板,其拱高35 mm、孔口半径32 mm、碗底半径75 mm;同时,适配垫板下高强预应力锚索系统的围岩变形控制效果提升了11.9％～15.2％.研究结果有助于提升高强预应力锚索系统的可靠性与支护效果,并为预应力锚固系统中垫板的设计提供了一种可行且有效的方法.

    高强预应力锚索承载性能应力扩散碗形垫板平板垫板

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    缓凝型水泥浆液配合比优化及锚孔浆岩界面特性影响研究

    武朝光陈治亚李梓焜张学民...
    1954-1965页
    查看更多>>摘要：针对预应力锚杆后张法施工中自由段浆液流动性和缓凝效果差的工程难题,提出使用标准型聚羧酸减水剂作为掺加剂以实现水泥浆液缓凝并提高其工作性能,探究其对锚孔浆岩界面特性的影响.采用室内试验、SEM电镜扫描等手段,结合Matlab多目标优化等方法,对掺加减水剂的缓凝型水泥浆液的锚固性能及配合比优化展开研究,得出适用于预应力锚杆自由段的注浆材料及其最优配合比,并与现行规范推荐配合比进行锚孔横断面结石特性对比试验.研究结果表明:1)随着水灰比增大,水泥浆液的流动度和凝结时间增大,体积结石率和抗压强度减小;随着减水剂掺量的增大,水泥浆液的流动度和凝结时间增大,体积结石率减小,减水剂对浆液抗压强度影响较小;2)未掺加减水剂时,浆液结石体致密性随着水灰比的增大而降低,掺加减水剂使得浆液结石体表面局部存在相对较大尺度的孔或孔隙,对宏观结石体强度有一定影响;3)通过Matlab多目标优化方法推荐了缓凝型水泥浆液最优配合比为水灰比0.3,减水剂掺量1.85％,相关性能参数符合规范要求,且流动度与抗压强度较规范推荐配合比分别提升了72.3％和107％;4)浸水围岩会弱化浆岩界面的抗剪强度,因此在锚杆灌浆过程中保证横断面结石率有利于提高浆岩界面的抗剪强度,本文提出的最优配合比浆液抗剪强度优于规范推荐配合比浆液.

    预应力锚杆自由段注浆材料聚羧酸减水剂工作性能配合比多目标优化

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    砾砂地层盾构切削大直径群桩的刀具研究

    乔世范张睿王广王刚...
    1966-1978页
    查看更多>>摘要：刀盘刀具是盾构机实现切削功能并保证其顺利推进的主要部件,合适的刀具选型与设计在保证盾构机成功切削大直径钢筋混凝土群桩的过程中至关重要.依托沈阳地铁4号线盾构切桩工程,结合盾构穿越砾砂地层的工程特点以及切削大直径钢筋混凝土群桩的工程需求,对刀盘刀具进行选型,采用LS-DYNA软件模拟不同刃宽、刃角及前角的贝壳刀切削钢筋的效果.将分析结果应用于该工程,通过对比切桩前后既有隧道沉降变化规律论证刀具选型设计的合理性,并根据切桩后的贝壳刀磨损规律及盾构机排出钢筋情况,评估刀盘刀具切削效果,从而优化刀盘的刀具布置.研究结果表明:盾构刀盘采用面板+辐条复合式直角刀盘,切桩刀具采用前角-45°零后角、5 mm刃宽、90°刃角的双面刃贝壳刀,可提升盾构切桩效果;盾构切桩过程中既有隧道的变形波动控制在1.1 mm内,切桩完成后既有隧道的最大沉降仅为1.96 mm,未对既有隧道造成明显影响;刀盘布置贝壳刀时,应增加高度为210 mm的贝壳刀数量,尤其需要避免单个辐条上仅有1把高度为210 mm贝壳刀的情况,可有效提高刀盘刀具切削钢筋的能力并降低崩刃风险.刀具选型设计结果成功应用于沈阳地铁4号线切桩工程,可为今后类似工程提供参考.

    盾构隧道直接切桩大直径群桩刀具设计沉降监测

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    挡风墙对风区隧道火灾排烟效果的影响研究

    栾蝶范传刚
    1979-1989页
    查看更多>>摘要：烟气是隧道火灾中的最致命因素.针对处于风区的隧道受环境风影响,火灾烟气无法有效排出导致隧道内热量积聚和人员受困的问题,建议在风区隧道出口设置合理尺寸的挡风墙.以标准的2车道公路隧道为例,基于对公路隧道火灾载荷的调研,借助FDS(Fire Dynamics Simulator)软件建立典型的2车道公路隧道火灾模型,考虑风区10,20和30 m/s 3种横风速度,分别讨论有无挡风墙时的隧道内火灾烟气运动情况.无挡风墙时,横风会将烟气封堵在隧道内,造成隧道内热量的积聚,同时,隧道下部空间被烟气侵蚀,对人员逃生和救援工作产生不利的影响.进一步探讨不同宽度和高度的挡风墙对隧道内火灾烟气运动、隧道顶部温度、能见度及烟气层高度参数的影响,从而确定适合风区2车道公路隧道的最佳挡风墙尺寸.研究结果表明,隧道出口设置挡风墙可以有效促进风区隧道火灾烟气的排出,且能够大大降低隧道顶部温度.这是由于风流经过挡风墙时发生边界层分离,挡风墙内部形成负压驱使火灾烟气从隧道排出.当横风速度较大时,烟气倾向于全部从风区一侧排出,非风区一侧形成完全干净的空间,此时人员逃生和灭火救援可以从非风区侧进行.此外,挡风墙的尺寸并非越大越好,基于3个隧道火灾安全疏散指标,提出了优化的风区2车道公路隧道的挡风墙尺寸为4 m(宽)×8 m(高).

    隧道挡风墙横风烟气排出优化设计

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    基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳S-N曲线研究

    叶华文叶杨帆邓雪峰杨军川...
    1990-2000页
    查看更多>>摘要：高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全.钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(初始损伤)的显著影响.精确表征腐蚀程度并准确评估服役期钢丝腐蚀后的剩余寿命,仍是亟待解决的维修难题.首先采用蚀坑最大深度表征钢丝腐蚀程度,以应力强度因子幅作为裂纹扩展驱动力指标,基于断裂力学的Paris公式建立受拉钢丝裂纹扩展理论模型,进而推导腐蚀钢丝的疲劳S-N曲线.大量既有的腐蚀钢丝疲劳试验结果与理论预测值的比较验证了所提理论模型及疲劳S-N曲线的合理性和有效性.含多个蚀坑的钢丝裂纹扩展有限元模拟表明,等效单裂纹适用于多腐蚀坑钢丝疲劳寿命的简化分析.参数分析表明,蚀坑深度和腐蚀环境是腐蚀钢丝疲劳强度的关键影响因素,而应力比和疲劳加载频率影响较小,所提出的S-N曲线在钢丝常规服役条件下适用于评估其剩余寿命,可得到合理的预测结果.基于断裂力学所提的理论方法和疲劳S-N曲线可为腐蚀钢丝的疲劳强度和寿命评估提供参考.

    冷拔钢丝腐蚀剩余寿命S-N曲线蚀坑深度

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    城市轨道交通碳化硅三电平牵引变流器应用探索

    向超群李佳怡冯江华杜京润...
    2001-2013页
    查看更多>>摘要：城轨交通将绿色节能作为发展目标,城轨牵引变流器以低损耗为发展方向.碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势,应用于三电平变流器,可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量.针对碳化硅三电平牵引变流器在城轨牵引领域的应用,首先分析城轨牵引变流器功率器件和拓扑的发展现状,从牵引系统的发展需求提炼出牵引变流器的优化需求;结合材料特性研究碳化硅器件应用于城轨牵引领域的性能优势,以及可能给牵引系统设计带来的技术挑战.对比探究5种常用的三电平逆变器拓扑结构和各种牵引传动控制方法在城轨领域的适应性,总结其结构特点对碳化硅器件应用的促进作用.归纳三电平变流器在城轨牵引系统中的应用局限,探讨碳化硅器件对其输出性能的优化作用.讨论碳化硅三电平变流器拓扑在城轨牵引系统中的应用可能,通过仿真实验对比不同拓扑的器件损耗分布.研究结果表明:碳化硅器件本身即对降低功率损耗具有明显优势,三电平拓扑及合适的控制策略可降低碳化硅器件的应用成本,二者结合可进一步缩小变流器和相关设备的体积,延长系统使用寿命.因此,将碳化硅三电平变流器应用于城轨交通符合发展需求.研究可为后续城市轨道交通牵引变流器的优化提供参考.

    碳化硅牵引系统变流器城市轨道交通三电平

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    基于调制比自然过渡的多模式同步调制策略

    刘海涛向超群杜京润
    2014-2025页
    查看更多>>摘要：轨道交通牵引变流器通常运行在低开关频率下,随着电机转速逐渐上升,传统空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)由于开关频率恒定,其载波比会随着逆变器输出基波频率的增大而下降,造成输出电压脉冲数减少,导致其含有大量低次谐波,畸变严重,最终影响整个系统的控制性能.此时系统需要切换至脉冲数对称且固定的同步调制,保证逆变器输出波形的同步性与对称性,以实现谐波优化.现有同步调制策略需要涉及众多脉冲数之间的切换,且最终需要进入3 脉冲调制才可自然进入方波工况,实现过程考虑因素较多、难度较大.基于开关角的方法,提出一种随着调制比增大,可由15 脉冲同步调制平滑过渡至各脉冲数且最终能自动过渡至方波工况的同步调制策略.首先,根据SVPWM原理,将各矢量作用时间转换为0～2π 范围下的角度,并计算传统空间矢量策略(Conventional Space Vector Strategy,CSVS)的15 脉冲调制下对应的所有开关角.其次,对调制比进行分段,改变开关角随调制比变化的斜率,进而在调制比逐渐增大的同时,使得相邻开关角逐渐向所划分的扇区边界合并,窄脉冲成对消失,实现在设定调制比下平滑过渡至不同脉冲数并最终进入方波单脉冲.最后,通过仿真与硬件实验对所提方法和传统方法进行对比,验证了所提方法的自然过渡能力.

    同步调制方波开关角调制比自然过渡

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    面向铁路5G-R宽带集群通信的视频传输控制方法

    郭强亮李辉闫晓宇蒋志勇...
    2026-2035页
    查看更多>>摘要：视频业务是5G-R宽带集群通信的典型新增业务,视频传输控制方法直接影响该业务的运用效果和效率.由于标准3GPP MCVideo的视频传输控制方法并不完全适用于铁路集群通信场景,结合铁路应用需求和MCVideo标准,提出一种适用于铁路集群通信的视频传输控制模型和方法.首先,按照业务与移动通信网络解耦、信令与数据分离、利于功能扩展的原则,设计提出5G-R宽带集群通信MCVideo系统架构.其次,根据5G-R宽带集群通信视频业务需求和MCVideo标准,抽象建立视频传输控制模型,并探讨模型控制流程和性能评估.然后,针对模型在5G-R下应用时的重点问题,通过用户视频传输权限策略、多路视频接收处理策略、多系统视频传输控制、用户身份标识等,给出铁路特色的视频传输控制关键方法.最后,在5G-R实验室条件下搭建全实物平台和设备进行试验验证.研究结果表明:相比于B-TrunC同源视频组呼、会议视频控制、标准3GPP MCVideo等方法,该模型方法在满足铁路运用需求方面具有显著优势.通过全实物平台验证了所提方法的可行性,能够实现铁路集群调度视频传输控制.在性能方面,所提视频传输控制方法在95％情况下时延为65 ms左右.该方法可在合理使用网络带宽的情况下,实现紧密结合铁路需求、更灵活的视频传输控制,极大地满足了铁路集群和调度通信应用要求,提高了指挥和通信效率.

    5G-R宽带集群通信MCVideo视频传输控制控制策略

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    铁路隧道施工人员与安全风险节点映射关系模型设计及应用

    蔡茜黄健陵唐晓莹赵露薇...
    2036-2047页
    查看更多>>摘要：施工人员既是铁路隧道施工安全风险发生的主要因素之一,也是受害者,然而"施工人员"与"安全风险"的关系研究尚未得到有效关注.通过引入网络理论,基于OBS(Organization Breakdown Structure)-WBS(Work Breakdown Structure)-RBS(Risk Breakdown Structure)法和2-模网络进行施工人员与安全风险节点映射关系模型设计,用于显性化施工人员和安全风险因素节点映射关系,为研究和预防铁路隧道施工安全风险提供新思路和新工具.首先运用WBS-RBS法识别铁路隧道施工安全风险因素并构建2-模WBS-RBS矩阵,运用OBS-WBS法确定铁路隧道施工人员集并构建2-模OBS-WBS矩阵;以WBS中施工活动为链接,将2-模OBS-WBS矩阵和2-模WBS-RBS矩阵转换为2-模OBS-RBS矩阵;接着,将施工人员和安全风险因素分别作为节点,将2-模OBS-RBS矩阵中反映的双方之间的映射关系作为边,构建施工人员与风险因素节点映射关系网络;最后,采取典型对应分析,显性化施工人员与风险因素的关联程度,旨在探索处于网络核心位置的施工人员、安全风险因素及其双方映射关系;以怀邵衡铁路盛德堂隧道作为典型案例,应用该模型对施工人员和安全风险因素节点的映射关系进行分析.研究结果表明:不同施工人员与特定安全风险因素具有明显映射关系;经专家验证指出,基于上述映射关系模型实证结果符合现场工程实际,构建的模型具备实用性.研究结果可直观呈现各级施工人员与安全风险因素的主要关联关系,帮助施工人员提高安全认知,端正安全态度;也可帮助施工管理人员针对不同施工人员提出针对性风险管控建议,合理优化安全风险管理资源,为预防铁路隧道施工安全风险提供方向性指导.

    铁路隧道施工人员施工安全风险节点映射关系2-模网络

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