最新刊期
      2023 年 第 11 期

        高速铁路技术

      • 刘文硕,吕方舟,戴公连,常新洋,夏栋文
        2023, 20(11): 4031-4040. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222305
        摘要：为探究高速铁路大跨度斜拉桥钢箱梁温度场的时间和空间分布规律，基于商合杭高铁裕溪河大桥长期现场实测温度数据，通过时间序列分析、傅立叶曲线拟合等方法，针对高速铁路斜拉桥钢箱梁的温度荷载模式开展研究。通过时间序列加法模型，将钢箱梁的温度时程分解为长期趋势、年温度作用、不规则变动和日照作用，并拆分钢箱梁温度为日均匀温度和波动温度，分别得到二者的时程曲线。此外，通过傅立叶曲线拟合获得钢箱梁的日均匀温度和四季波动温度拟合公式，探究钢箱梁日均匀温度和波动温度的变化规律，并通过正负温差分析，用指数函数拟合得到钢箱梁四季的梯度温度作用模式。研究结果表明，钢箱梁日均匀温度和波动温度均可以用傅立叶曲线进行较高精度的拟合；四季中钢箱梁波动温度幅值最大的为夏季，其次为春季和秋季，冬季的波动温度幅值最小；钢箱梁合拢温度应接近结构日均匀温度区间的中位值，钢箱梁在春秋季合拢最为理想，在夏冬季的最佳合拢时间分别为凌晨5点和下午17点；钢箱梁竖向最大温差出现在夏季；四季正温差均在14点左右达到最大值，夜晚负温差基本保持恒定；构建的钢箱梁正负温差模式相比各国规范能更好地包络实测温度数据。研究结果可为高速铁路大跨度斜拉桥钢箱梁的温度时变研究和钢箱梁温度分布模式提供参考。  
        关键词：高速铁路;钢箱梁;温度模式;时间序列   
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        发布时间：2023-12-05
      • 邓连波,陈晨,静恩伟,张颖,霍亮
        2023, 20(11): 4041-4049. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222325
        摘要：高速磁浮作为一种高速度、高舒适性的便捷公共交通方式已成为公共交通的重要组成部分。目前高速磁浮方式整体上处于技术研发为主，商业运营仍处于起步阶段，特别是针对车站能力的研究较为缺乏。基于高速磁浮列车的运输组织要求，对高速磁浮车站的列车作业优化和能力利用问题进行研究。通过将高速磁浮车站到发线与径路一体化考虑，从车站径路运用和车站径路分段解锁的层面着手，在时间-空间双重约束下建立给定时刻表下高速磁浮车站作业安排优化模型。根据问题特性，将遗传算法的全局搜索性能和模拟退火算法的局部搜索性能相结合，设计遗传模拟退火算法。通过高速磁浮车站算例得出总延误为0的车站作业安排优化方案，并对车站能力利用状况进行分析。设计基于列车作业紧凑安排的车站能力启发式算法，通过压缩给定时刻表下车站接发车作业的间隔时间，计算特定的车流构成类型和比例下的高速磁浮车站通过能力。对比分析不同运行图场景下的高速磁浮车站通过能力，探索其一般规律。分析得出不停站通过列车、始发终到列车、停站通过列车、立折列车对车站通过能力利用效率依次降低的规律。该研究从列车车站列车作业组织角度丰富了高速磁浮技术，可为高速磁浮车站的作业安排和能力利用提供借鉴。  
        关键词：高速磁浮;作业安排;车站能力;遗传模拟退火算法   
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      • 陈文宾,于洋洋,张鹏,姚曙光
        2023, 20(11): 4050-4061. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222172
        摘要：探寻运行速度和排障雪犁张角对动车组除雪特性的影响规律，是解决积雪环境下动车组运营效率及运行安全问题的关键举措。采用光滑粒子流体力学(SPH)方法模拟雪堆，构建动车组-雪堆-轨道耦合动力学仿真模型，研究运行速度40，80，120，160和180 km/h和张角60°，90°和120°对雪粒子运动状态和动车组排雪阻抗力、轮重减载率的影响。研究结果表明：积雪沿着雪犁外形向两侧推开，雪粒子运动呈抛物线状，飞雪轨迹均未遮挡司机室视野；排障雪犁张角为60°时，随着动车组运行速度从40 km/h增加到180 km/h，雪粒子距离地面最大垂向高度从1 419 mm增加到4 433 mm；纵向阻抗平台力从18.72 kN增加到260.28 kN，垂向阻抗力平台力从27.96 kN增加到300.64 kN，车辆-雪堆界面纵向和垂向阻抗力与速度呈现二次函数关系；轮轨关系方面，动车组头车一位端转向架2个轮对的轮重减载率分别从0.433和0.368增加到0.700和0.730，当速度超过120 km/h时，轮重减载率超过标准要求0.6；当运行速度为80 km/h时，随着排障雪犁张角从60°增加到120°，雪粒子距离地面最大垂向高度从2 348 mm增加到4 881 mm；纵向阻抗平台力从59.01 kN增加到92.91 kN；垂向阻抗平台力变化不大；张角的改变不影响动车组轮重减载率的变化。研究成果可为解决高寒地区应对暴雪等恶劣天气的动车组除雪运行问题和排障雪犁结构设计提供思路。  
        关键词：排障雪犁结构;有限元模拟;排雪阻抗力;轮重减载率;横向水平雪堆   
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      • 楚彭子,袁建军,陈义军
        2023, 20(11): 4062-4073. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222367
        摘要：列车速度曲线的优化是轨道交通节省运营成本的重要途径之一，鲁棒优化方法有助于克服速度曲线节能优化中的不确定因素。针对常导高速磁浮列车节能速度曲线优化，首先将区间划分为若干区段，进而将列车运行控制的停车点步进机制、列车悬浮运行的阻力特性、区间限速、运行时分与乘坐舒适性要求以及列车总重的不确定性纳入鲁棒优化模型，并结合三项引理将其重构为带二次项和区间数的混合整数规划(MIP)问题。联合Gurobi求解器以及基于可接受目标函数值波动范围的鲁棒优化方法讨论求解算法。借助仿真算例检验模型与算法的有效性，分析列车总重、运行时分以及区段划分对运行能耗的影响。研究结果显示：列车总重取最大值时所得悲观速度曲线与列车总重取最小时所得乐观速度曲线存在差异，优化速度曲线时有必要考虑列车总重的不确定性；列车总重取最小与最大时，鲁棒速度曲线分别较悲观速度曲线和乐观速度曲线节能2.222%和7.087%；在大多数情况下，鲁棒速度曲线能够克服悲观速度曲线的保守特性；放松对运行时分的要求有助于降低列车运行能耗；选择合适的区段划分间隔有助于获取更优的节能速度曲线。所提出方法可为常导高速磁浮列车节能速度曲线的获取提供有效手段，对其他制式轨道交通列车速度曲线的优化也有参考价值。  
        关键词：轨道交通;高速磁浮;节能速度曲线;鲁棒优化;混合整数规划   
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        发布时间：2023-12-05

        智慧交通与物流

      • 田小鹏,牛惠民,柴和天,韩瑛,武硕
        2023, 20(11): 4074-4084. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20230005
        摘要：为了提高不同速度列车对轨道资源的占用效率，在高速铁路列车运行图编制过程中，同步优化了高低速列车的混行数量和停站方案。通过构建分层时空网络来刻画不同速度列车运行过程，选取最小高速列车开行数量和OD停站次数来保证旅客基本的出行要求，利用单列车最大停站次数限制列车停站均衡性，建立基于时空弧变量的线性整数规划模型，实现总列车运行成本最小。在拉格朗日松弛框架下，由于所建模型耦合了不同弧变量于一起，需要松弛大量的耦合约束才能实现模型分解，使得该方法难以产生高质量的下界和原问题可行解。为此，利用变量分离技术，引入列车类型和停站方案2类0-1变量，重构优化模型；运用拉格朗日松弛方法，重构模型能够分解为时空路径子问题、列车类型子问题和停站方案子问题；在子问题求解中，构造附加约束保证列车类型指派的可行性，构建替代停站子问题加速算法求解；基于下界对偶信息，设计了两阶段启发式方法用于求解原问题可行解。以京沪高铁为背景，设置多组不同规模算例，利用上述方法进行求解，结果表明所提方法可以在合理计算时间内有效求解大规模问题，能够获得较紧致下界和近似最优解，并在求解质量上优于传统松弛分解方法，展现出良好的求解性能。  
        关键词：列车运行图;列车混行;停站方案;变量分离;拉格朗日启发式   
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        发布时间：2023-12-05
      • 王卓,张翕然,陈绍宽,茧敏,陈哲轩
        2023, 20(11): 4085-4095. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222417
        摘要：城市轨道交通列车发生故障无法运行时需安排其他列车进行救援，制定合理的救援和运行调整方案对维持线路的服务水平具有重要意义。为应对救援过程造成停车线的长时间占用、运用车底数量减少和后序列车延误等问题，考虑采取小交路折返、车次取消和使用备车等运行调整措施并适时恢复救援列车的正常运营。以与原时刻表的偏差和列车取消停靠的车站数量最小为目标构建运行图调整的混合整数线性优化模型，采用滚动优化算法兼顾求解质量和效率。研究结果表明：详细刻画救援过程有助于提升列车救援场景下的运行图调整效果，救援列车重新投入运营能及时补充在线运营车底数量，减少加开备车数量和列车取消停靠车站的数量，目标函数优化6.8%以上。小交路折返措施有助于维持车底周转效率，避免延误列车提前下线退出运营，各断面总运力提高4.4%以上。综合优化方案的实际开行列次数量接近计划开行列次，线路的服务水平得到维持。当列车在线路中段发生故障时，后序列车正向救援方案中故障区段两侧列车调整策略选择更加灵活；当列车在靠近线路一端发生故障时，后序列车反向救援方案对非故障区段列车的正常运行影响较小。研究成果可为列车故障救援场景下救援方式和运行图调整方案的选择提供决策依据。  
        关键词：城市轨道交通;列车救援;运行图调整;策略优化;滚动优化   
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        发布时间：2023-12-05
      • 章宇翔,李先旺,贺德强,贺岁球,陈彦君,李琴
        2023, 20(11): 4096-4106. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20230047
        摘要：乘客的行为识别在保障乘客安全方面发挥着重要作用，它能提高地铁站对乘客安全的管理能力。然而，由于地铁车站内乘客人数众多，在出现照明变化和人员遮挡时会严重影响识别的准确率。为了解决准确率低的问题，在时空图卷积神经网络(STGCN)的基础上结合有效通道注意力网络(ECANet)，加强了不同节点的连接，提出一种STEGCN节点注意力算法。此外，为了进一步提高准确率，采用双流结构，更进一步提出一种2s-STEGCN算法。应用Alphapose框架，结合YOLOv5_m目标检测算法、SPPE单人姿态估计算法和2s-STEGCN算法，提出一种改进的多算法融合行为识别方法用于地铁站内乘客的行为识别。首先，利用YOLOv5_m对乘客进行框定；然后，通过SPPE对框定的乘客进行骨骼关键点提取；最后，将提取到的骨骼关键点以坐标的形式输入2s-STEGCN，完成乘客的行为识别。为了验证2s-STEGCN算法的有效性，使用南宁地铁1号线的客流数据集分别在单人场景与多人场景下开展实验。实验结果表明：在损失值方面，2s-STEGCN具有最低的损失值，它的损失值仅为0.244，比STGCN的损失值低约0.025，这表明了2s-STEGCN具有更强的模型构建能力。在准确率方面，单人场景下的2s-STEGCN拥有最高的准确率，它的准确率达到96.13%，比STGCN高3.69%。此外，2s-STEGCN的准确率在多人场景下也有明显提升。该实验结果可为地铁乘客行为识别提供参考和理论支持。  
        关键词：行为识别;时空图卷积;目标检测;姿态估计   
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        发布时间：2023-12-05

        轨道与基础

      • 郭涛,席振铢,王鹤,韦洪兰,刘威,杨晓敏,黄晓帝
        2023, 20(11): 4107-4116. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222282
        摘要：随着深埋长大隧道洞身埋深的增加，目前常用的10～8 192 Hz频带音频大地电磁法满足不了隧道勘察中浅层高分辨率探测和深部数千米深度探测的需求。为了提高浅层分辨率和深埋洞身探测能力，将频率范围扩展至1 Hz～100 kHz进行研究。首先建立复杂地形深埋长大隧道与不良地质体的电性模型结构，利用非结构化网格剖分有限元二维正演计算频率1 Hz～100 kHz宽频天然电磁场的电阻率和相位响应。研究结果显示：TM极化模式对地形、断层及浅部异常体的横向分辨力更强，但受静态效应影响导致纵向分辨率较差；TE极化模式横向分辨力较TM极化模式稍差但不受静态效应影响拥有较高纵向分辨能力，理论上论证1 Hz～100 kHz的频带范围可满足0～2 000 m范围内复杂地形深埋长隧道探测需求。随后，基于MPMT-18系统，一次性完整采集了重庆市武隆区高速公路谭家隧道1 Hz～100 kHz的天然场电磁信号，计算了电阻率和相位响应并反演了谭家隧道的电性结构得到电阻率剖面图，以不同岩性电性特征为物性依据进行综合解释：精细划分了地表第四系覆盖层的厚度，推断了土石界面；分辨了洞身二叠系下统的灰岩、泥岩以及志留系页岩不同岩性围岩，为隧道施工提供了依据；根据电阻率特征在灰岩、泥灰岩地层中划分出3个异常区，经SZK02和SD 33钻孔揭示异常区存在3～4 m大小的岩溶，验证了资料解释的可靠性。  
        关键词：宽频大地电磁法;TE与TM极化;深埋长隧道;非结构化网格剖分;隧道勘察   
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        发布时间：2023-12-05
      • 王杰,符慧丹,孟存喜,蒲浩,李伟
        2023, 20(11): 4117-4127. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222224
        摘要：随着铁路客货运量需求大幅度增长，为增强铁路网的运输能力，除了新建铁路之外，大量等级较低的既有铁路急需进行改建。目前，既有铁路线路改建设计依赖于人工经验，因此急需对既有铁路线路智能化改建设计开展研究，以提高改建的质量与效率。但是，现有的线路优化研究大多集中于新建铁路线路，几乎没有考虑既有线路与改建线路之间的复杂耦合关系，而导致这些方法无法直接运用于既有铁路线路改建优化设计中。针对铁路线路改建设计优化模型与方法，首先需要构建既有铁路线路改建优化模型。在该优化模型中，以逐层检测智能化分段结果中的线形几何参数作为设计变量，以改建综合工程费用为目标函数，并考虑几何、结构物和禁区3种复杂约束。为求解上述模型，提出“两阶段”改建优化方法。在第1阶段中，构建一种逐层筛选自动分段机制，根据改建线路设计标准、工程师设计需求等限制因素，将既有铁路线路划分为若干个利用段和改建段。在第2阶段中，基于广义距离变换算法，考虑改建段与相邻利用段之间的复杂耦合关系，提出一种“多向扫描”策略，运用于搜索研究区域内最优的改建线路。将上述优化模型与方法运用于一个复杂的实际铁路案例，最终机选方案要比最优人工方案节省7.2%的改建综合工程费用。通过详细结果分析验证了本文方法的有效性。  
        关键词：铁路设计;既有铁路改建;线路优化;约束优化;距离变换算法   
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        发布时间：2023-12-05
      • 王鑫越,余雷,褚宇光,周波,黄俊杰,苏谦
        2023, 20(11): 4128-4139. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222209
        摘要：针对常规路基在平原地区和岩溶地区建设中面临占地大、合格填料缺乏、地基处理工程量大及费用高等问题，设计一种具有一定脱空高度的架空式桩板结构路基。为了研究架空式桩板结构路基静动力特性，依托贵南高铁某架空式桩板结构路基试验段工程，开展架空式桩板结构路基静动力特性室内模型试验。试验结果表明：竖向静载作用下，结构应力随荷载值增加呈线性增大，结构整体处于线弹性工作阶段，托梁能一定程度减少应力在承载板中的集中分布。水平静载作用下，结构最大变形量出现在断轨力加载工况，为0.159 mm，换算至原尺模型为1.113 mm，变形量较小，架空式桩板结构路基具有较大的纵横向结构刚度。在1～5 Hz变频动载作用下，结构最大动加速度和动位移响应均出现在2号跨加载工况，承载板及托梁最大动加速度分别为10.10 mm/s2和4.54 mm/s2。结构最大动位移值为0.189 mm，换算至原尺模型为1.323 mm，远小于我国现行高速铁路标准路基竖向动位移控制值3.5 mm。变频动载试验数据显示，架空式桩板结构路基整体未产生异常振动响应现象，反映架空式桩板结构路基在1～5 Hz加载频率范围内不会发生共振。静动力试验结果综合表明，架空式桩板结构路基具有良好的受力与变形协调特性和振动特性。研究成果可为架空式桩板结构路基的推广应用提供支撑。  
        关键词：铁路路基;架空式桩板结构路基;模型试验;静动力特性   
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      • 王天赐,孔纲强,刘汉龙,刘星,王成龙,朱鹏熹
        2023, 20(11): 4140-4150. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222284
        摘要：高原地区高海拔、大温差和低气压的特殊环境，会导致早龄期混凝土水化热问题区别于其他地区。目前，针对减小高原地区早龄期混凝土水化热温差、加快高原地区混凝土水化热消散机理尚不清楚。通过在桩基混凝土结构中埋设换热管，建立循环换热系统，开展高原地区桥梁桩基早龄期混凝土水化热消散现场试验。实测桩基混凝土的水化热温度和热致应变变化，获得埋管式循环系统对桩身水化热温度场和应力场的规律，并初步探讨与其他地区的差异性。研究结果表明：本文试验条件下，通过水泵、循环水管、水箱等设备组成的埋管式循环系统可以用于加快高原地区早龄期混凝土的水化热消散以及减小高原地区早龄期混凝土温差；与桩-土之间的热传导相比，埋管式循环系统能够加速混凝土的水化热消散进程，通过循环管中的换热介质将水化作用的热量传递到地面外部环境中，可降低水化热的峰值温度约2～4 ℃，相应龄期提前约37～58 h；埋管式循环系统能够明显降低桩底部的应变变化范围，能够减小桩基早龄期混凝土的桩身应力，桩身最大约束应力(0.7倍桩长处)降低约23.6%；埋管式循环系统还能够降低混凝土水化进程中的第二零应力温度，提高早龄期混凝土的温降裂缝能力。研究结果对高原地区桩基早龄期混凝土的水化热进程控制和抗裂性能分析有一定的参考价值。  
        关键词：高原地区;高寒地区;水化热;桩基;现场试验   
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      • 马迪,李双龙,魏丽敏,何群
        2023, 20(11): 4151-4162. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231062
        摘要：软土区大面积堆载极易引发桥梁桩基时效性横向变形，但其变形机理及预防措施目前仍缺乏深入研究。依托典型堆载致桥墩偏移工程案例，开展固结-蠕变试验阐明软土时效性变形特征，比选最佳描述模型。将一维KOPPEJAN模型扩展至三维形式，基于ABAQUS平台开发对应用户材料子程序，并将其应用至有限元模型中。基于已验证的有限元模型，研究桩基响应及桩侧横向附加荷载时效性变化规律，进一步考察微型隔离桩和应力释放孔对桩基偏移的主动防控效果，据此提出适用工程建议。研究结果表明：相比MESRI模型和TIME-HARDENING模型，一维KOPPEJAN模型更适合描述该场地软土时效性变形特征，改进的扩展KOPPEJAN模型可以较好地还原该工程桩基桥墩的时效性偏移过程；随着堆载时间的延长，软土侧向变形持续增大，桩侧横向附加荷载持续增加至趋于稳定，但其沿深度的分布基本不变，主要分布在软弱土层内(4.0～32.0 m)；深厚软土条件下，尽管微型隔离桩能够改善该桥梁桩基的受力行为，但很难将该承台偏移量控制在8.0 mm以内；采用孔深与软土厚度相同的应力释放孔可以减小承台偏移量60%以上，达到较好防治效果，但应注意应力释放和桩顶荷载联合作用引发的反向扰曲变形，建议钻孔施工完成后及时进行回填处理。研究成果可为主动防控堆载引发的墩台偏移等病害提供理论指导。  
        关键词：桥梁桩基;大面积堆载;变形机理;微型隔离桩;应力释放孔   
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      • 李晓龙,陈灿,贾赫扬,马鹏,桂云祥,张蓓,钟燕辉
        2023, 20(11): 4163-4173. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222272
        摘要：目前，高聚物浆液膨胀力计算多采用高聚物密度-最终膨胀力经验关系表达式近似确定，不能反映高聚物反应过程中膨胀力的时程变化，制约计算分析的准确性。针对上述问题，基于浆液聚合反应机理，采用龙格库塔方法求解浆液化学反应动力学方程，并结合理想气体状态方程，构建一种能够描述不同约束条件下高聚物密度、膨胀力随时间变化规律的计算模型。进行了固定浆液体积条件下高聚物膨胀力试验和固定围压条件下高聚物密度测试，数值模拟结果与实测值吻合良好，证明了计算模型的适用性。在此基础上分析不同浆液密度和围压下高聚物浆液膨胀机理，结果表明：固定体积条件下，高聚物浆液膨胀力随时间逐渐增大，其增长速度先慢后快，于32～33 s达到峰值，随后逐渐降低，约90 s时趋于0；浆液膨胀力及其时程变化速率、单位密度变化引起的膨胀力变化量均与浆液密度呈正相关。固定围压条件下，高聚物浆液密度随时间逐渐减小，变化速度初始较快，随后逐渐减缓并趋近于0；围压越大，浆液密度越大，其时程变化速率越低，单位围压变化引起的密度改变量越小。利用该模型可实时求解高聚物浆液膨胀力随时间变化过程，为深入研究不同条件下高聚物膨胀扩散机理、浆液-地层相互作用机制奠定基础。  
        关键词：高聚物浆液;膨胀力;化学反应;试验;计算模型   
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        发布时间：2023-12-05
      • 元强,陈若楠,左胜浩,陈乃武,黄志斌
        2023, 20(11): 4174-4184. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222285
        摘要：将自密实混凝土(SCC)与普通混凝土(OC)组合应用于连续梁桥0号块，可以解决底腹板混凝土振捣困难问题，还可以节约施工成本。为探究SCC与OC分层浇筑时2种混凝土界面的黏结力学性能及耐久服役性能，厘清SCC与OC组合应用于连续梁桥0号块的可行性。确定了力学性能与收缩性能相近的SCC的配合比，在此基础上，研究了界面含水率对SCC-OC分层浇筑试件的界面劈裂拉伸强度、直接剪切强度及氯离子渗透性的影响，模拟了冷热循环、干湿循环和冻融循环3种服役环境对界面黏结力学性能的影响。结合MIP及SEM多手段分析SCC-OC黏结界面处的孔隙结构特征及界面微观形貌，揭示了界面含水率对SCC-OC组合构件黏结力学及耐久性能的影响机理。结果表明：SCC与OC分层浇筑时需要确保界面含水率不能过低，界面含水率的降低会引起SCC-OC组合试件的孔隙率提高、微裂缝增大，导致黏结力学性能与抗氯离子渗透能力的降低。且界面含水率越低，SCC-OC组合试件在不同的环境下服役后产生的损伤越大。不同的服役环境对SCC-OC黏结界面的损伤程度不同，冻融循环对SCC-OC试样的黏结最不利，冷热循环引起的损伤最小。SCC中掺加减缩剂可以减少SCC内部水分的蒸发，对SCC-OC的黏结耐久性能具有一定的益处。  
        关键词：自密实混凝土;普通混凝土;黏结性能;现浇混凝土;分层浇筑   
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        发布时间：2023-12-05
      • 康佳敏,刘赞群,朱嘉慧,周鑫,刘竞
        2023, 20(11): 4185-4194. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222270
        摘要：混凝土是世界上用量最大的工程材料，其主要原材料水泥生产排放大量CO2，但混凝土又能固化大量CO2。本文提出CO2碳化混凝土搅拌站洗浊液，其目的是一方面可进一步提高混凝土的碳汇能力，另一方面可以科学解决搅拌站洗浊液的回收利用，避免对环境的污染和水资源浪费。为此，研究分别从市政和铁路建设2个搅拌站选取的40组洗浊液样品，自制碳化装置，评价了洗浊液的固碳效应；并通过XRD，TG，SEM和溶液ICP等微观分析手段，研究了洗浊液碳化后固液相组成的变化规律，碳化洗浊液对水泥净浆工作性能和力学性能的影响。研究发现：洗浊液固碳量与其固含量成正比，不受其存放时间的影响，40组洗浊液样品平均固碳量为其固含量的0.58%。洗浊液碳化后，高碱度的洗浊液pH值降至6.3±0.2，洗浊液液相中的Ca浓度显著降低，Si，S，Mg含量显著提高；固相中的硅酸三钙、羟钙石和钙矾石基本消失，沉淀生成大量颗粒粒径小于30 μm的碳酸钙颗粒。将碳化洗浊液以固含量等量取代水泥后发现：对比未碳化洗浊液和自来水拌制浆体，碳化洗浊液拌制的水泥净浆流动度损失消失，水泥净浆干燥收缩降低，水泥净浆抗压强度增大。因此，本文提出的碳化处理洗浊液技术，既可以成为一种有效的固碳手段，碳化后的洗浊液可以直接应用于混凝土生产，解决其回收利用的难题。  
        关键词：混凝土洗浊液;固碳能力;工作性能;抗压强度;固废处理   
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        发布时间：2023-12-05

        桥梁隧道与结构

      • 何建梅,侯文崎,张玉果,杨家军,国巍
        2023, 20(11): 4195-4209. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222149
        摘要：节段有效连接是保证预制装配桥墩正常使用的关键。锥套锁紧连接是一种新型钢筋连接形式，操作简便，连接高效，但尚无应用于预制装配桥墩的详细研究资料。以某拟建轨道交通高架桥梁预制装配桥墩为工程背景，考虑现浇连接(CIP)，锥套锁紧连接(TS)和套筒灌浆连接(GS)3种方式，设计制作了3个1︰3的桥墩缩尺试验模型，完成了拟静力试验和数值仿真分析，对比了不同连接方式桥墩的破坏形式、承载能力、刚度退化和自恢复能力。研究结果表明：锥套锁紧连接应用于预制装配桥墩，其等同现浇程度显著优于套筒灌浆连接。3种连接方式的试件最终破坏形态均为典型弯曲破坏，表现为墩身与承台接缝处的裂缝贯通以及柱角区域混凝土压溃，但现浇连接和锥套锁紧连接试件的裂缝沿墩身基本呈环向均匀分布，套筒灌浆连接试件的裂缝较为集中于套筒连接区段接缝处。锥套锁紧连接试件承载能力、塑性转动能力基本等同现浇，残余位移和自恢复能力次之，耗能能力最差；套筒灌浆连接试件的承载能力和耗能能力较前二者都高，其中承载能力较锥套锁紧连接提升了34.3%，但延性系数降低了23.8%。相比于增大恒载轴压比，增大墩身纵筋配筋率可有效提升锥套锁紧连接试件耗能能力和承载能力，同时较小程度损失试件的延性和自恢复能力。研究成果为锥套锁紧连接预制装配桥墩的设计和应用提供了详细技术参考。  
        关键词：预制装配桥墩;锥套锁;抗震性能;拟静力试验;参数分析   
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        发布时间：2023-12-05
      • 周智辉,肖舒晴,何旭辉,菅振华,蔡陈之
        2023, 20(11): 4210-4220. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222166
        摘要：由于跨座式单轨轨面不平顺激励具有随机特性，所以跨座式单轨列车-桥梁系统动力响应的随机性值得探讨。通过建立跨座式单轨列车-桥梁系统随机振动分析模型，分析在大量不平顺样本组作用下跨座式单轨列车-桥梁系统动力响应的离散性。研究基于虚拟激励法的跨座式单轨列车-桥梁系统的随机振动分析方法的计算精度和效率，对比分析跨座式单轨列车-桥梁系统基于虚拟激励法的随机分析方法和基于单样本组的确定性分析方法所得的动力响应随车速的变化规律。研究结果表明：跨座式单轨列车-桥梁系统的大多数响应具有很大的离散性，开展跨座式单轨列车-桥梁系统随机振动分析是必要的；验证了基于虚拟激励法的跨座式单轨列车-桥梁系统随机分析方法具有很高的精度，在同等精度条件下，虚拟激励法的计算效率明显高于Monte Carlo法；论证了仅作单个确定性样本的速度影响分析并不能确切反映跨座式单轨列车-桥梁系统响应随车速变化规律，进一步论证了开展跨座式单轨列车-桥梁系统随机振动分析的必要性；从概率统计的角度分析了跨座式单轨车辆及轨道梁的位移与加速度响应随车速的总体变化规律。研究成果可为跨座式单轨列车-桥梁系统随机振动进一步的研究提供依据和参考。  
        关键词：跨座式单轨;列车-桥梁系统;随机振动;虚拟激励法   
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        发布时间：2023-12-05
      • 杨孟刚,李滨宏,孟栋梁
        2023, 20(11): 4221-4232. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222218
        摘要：为研究墩顶水平冲击作用下承插式预制桥墩的动力行为，对一承插式构件进行冲击试验。基于ANSYS/LS-DYNA对冲击试验进行有限元模拟，并通过试验结果验证了有限元模型的精确性。在此基础上，通过数值模拟的方法分析冲击作用下承插式桥墩的内力(剪力和弯矩)变化规律和损伤机理，并探讨了冲击质量、冲击速度、承插深度以及接缝强度对桥墩动力响应的影响。结果表明：在初始接触阶段，桥墩的截面剪力和弯矩时程曲线出现明显振荡；相较于墩身顶部，墩身底部截面剪力和弯矩响应峰值出现具有滞后性。在墩顶位移峰值时刻，构件内力分布规律与在静载作用下的结果类似，即剪力沿墩身(不包含桥墩承插部分)呈矩形分布，弯矩近似呈三角形分布；在冲击荷载作用下，承插式桥墩的最大弯矩出现于墩身底部，而最大剪力截面位于桥墩承插段，构件的损伤主要表现为墩身底部的弯曲损伤和承插段的弯剪损伤。随冲击质量和冲击速度的增加，冲击力、构件的剪力、弯矩和塑性变形响应均有所增大；相比冲击质量而言，冲击速度对冲击力峰值的影响更为显著。增加承插深度以及接缝强度可提高构件刚度，从而减小桥墩的水平位移，但会增大构件弯矩响应。研究成果可为承插式桥墩的抗冲击设计提供参考。  
        关键词：承插式桥墩;墩顶水平冲击作用;试验研究;有限元模拟;动力响应   
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        发布时间：2023-12-05
      • 郭向荣,岳道阔
        2023, 20(11): 4233-4242. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222339
        摘要：为合理确定基于列车运行安全性与乘坐舒适性的斜拉桥竖弯涡激振动幅值限值，以渝黔高铁某主跨为300 m的双塔斜拉桥为工程背景，通过刚性悬挂节段模型测力试验获取其主梁与列车气动三分力系数，采用弹性悬挂节段模型测振试验测试成桥状态下主梁的涡振性能，获取桥梁的竖向涡振起振风速。将桥梁与列车视为一个整体系统，以风荷载为外部激励，以轨道不平顺为自激力，其中桥梁的涡振响应以动态轨道不平顺的形式加入，依据弹性系统动力学总势能不变值原理以及形成矩阵的“对号入座”法则建立风-车-桥耦合系统振动方程，研究桥梁发生不同振幅及初始相位竖向涡振情况下，列车以不同行车速度通过桥梁时的桥梁动力响应指标和列车脱轨系数、轮重减载率、车体振动加速度、Sperling舒适性指标等，确定在考虑列车运行安全性和乘坐舒适性情况下的斜拉桥竖弯涡振振幅限值。研究结果表明：列车运行速度分别为250，275，300，325和350 km/h时，该斜拉桥竖弯涡振振幅限值分别为3.5，3.0，2.5，2.3和1.8 cm。基于列车走行性计算确定的桥梁竖弯涡振振幅限值较《公路桥梁抗风设计规范》中对桥梁竖弯涡振振幅限值的规定更具参考价值，较基于车体加速度峰值及其变化率确定的桥梁竖弯涡振振幅限值更加合理。  
        关键词：桥梁工程;斜拉桥;涡振振幅限值;风-车-桥耦合振动;风洞试验;列车走行性   
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        发布时间：2023-12-05
      • 于向东,张贺,敬海泉
        2023, 20(11): 4243-4255. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222351
        摘要：为研究列车制动下大跨度悬索桥无缝线路纵向力的分布规律，基于ANSYS软件和梁轨相互作用理论，建立大跨度悬索桥梁轨一体化动力分析模型，根据CRH动车组列车的制动力时程，分别研究制动停车位置、制动初速度、列车种类、列车挠曲力和制动力等因素对钢轨附加应力和梁轨相对位移的动力、静力影响。结果表明：由于动力计算考虑到前一荷载步对后一荷载步的影响以及线路纵向阻力滞回特性的影响，动力、静力计算结果差别显著，传统静力计算低估了列车荷载作用下钢轨的受力，在实际工程应用时有必要按动力方法计算列车荷载作用下大跨度悬索桥梁轨相互作用问题；制动停车位置对钢轨附加拉应力和梁轨相对位移增量影响显著，列车制动停止于主跨跨中位置为本文研究大跨度悬索桥梁轨相互作用所选4种典型工况中的最不利工况；列车制动力对梁端位置钢轨附加拉应力和梁轨相对位移影响显著，列车挠曲力对主桥范围内钢轨附加应力和梁轨纵向位移的分布规律影响显著，并与钢轨附加压应力峰值大小表现出较强的相关性；CRH5和CRH2型动车组列车为研究CRH型动车组制动下大跨度悬索桥梁轨相互作用的不利车型，其中CRH5型动车组最不利制动方式为最大常规制动；由于CRH动车组列车制动初速度不影响列车制动力峰值大小，大跨度悬索桥梁轨相互作用对制动初速度因素变化并不敏感。研究成果可为完善列车制动下桥上无缝线路设计和计算提供参考和借鉴。  
        关键词：梁轨相互作用;悬索桥;动力分析;列车制动力时程;CRH动车组列车   
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        发布时间：2023-12-05
      • 郑纬奇,陈奏捷,盛兴旺,徐弘毅,杨鹰
        2023, 20(11): 4256-4265. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222376
        摘要：为保证高速铁路大跨度桥上无砟轨道服役寿命，提高行车安全性，需对服役环境中高速铁路桥上无砟轨道隔离层变形协调性能进行研究。以高速铁路拱塔斜拉桥为工程背景，考虑桥上无砟轨道隔离层力学特性，建立拱塔斜拉桥-无砟轨道体系精细化分析模型，研究温度以及列车荷载组合作用，设置橡胶和土工布2种不同类型隔离层的拱塔斜拉桥-无砟轨道层间变形协调性能。结果表明：整体升温与索梁温差对桥上无砟轨道层间变形的影响不大，日照温度效应是引起桥上无砟轨道层间离缝的主要原因；采用土工布隔离层无砟轨道变形跟随性差，而橡胶隔离层能够有效改善桥上无砟轨道各结构层之间的变形协调性能，且体刚度较小的橡胶隔离层能有效减少层间离缝程度；温度效应以及列车荷载组合作用下，拱塔斜拉桥主梁各支承处、主梁非拉索区的无砟轨道隔离层层间变形协调性较差，均出现了轨道层间离缝现象。层间离缝最大值出现在塔梁固结区域。建议背景工程主梁拉索区CRTS-III型板式无砟轨道选用体刚度0.1 N/mm3的橡胶隔离层，主梁各支承和非拉索区CRTS-III型板式无砟轨道选用体刚度0.05 N/mm3的橡胶隔离层，以改善拱塔斜拉桥上无砟轨道的适用性。本文研究结论可为大跨度桥上无砟轨道的推广应用提供技术参考。  
        关键词：拱塔斜拉桥;无砟轨道;橡胶隔离层;土工布隔离层;变形协调;层间离缝   
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        发布时间：2023-12-05
      • 孟繁增
        2023, 20(11): 4266-4276. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222384
        摘要：针对密索体系斜拉桥整体线形优化问题，提出一种基于索长迭代的实用算法。该算法以无应力索长作为施调量，以主梁和主塔的位移值作为受调量，以锚点位移误差在斜拉索方向上的投影值作为修正值，代入索长-位移等代矩阵进行逐步逼近的正向迭代计算。首先，采用单索结构阐述算法原理，进行理论验证，并推广至密索结构；然后，进一步给出算法的具体实现方法并编制程序；最后，采用某无砟轨道斜拉桥进行应用验证。研究结果表明：算法收敛于理论解，收敛速度与梁索刚度比有关，当梁索刚度比k2/k1≤1.01时，迭代3～5次其误差降低至5%以内。随着迭代次数的增加，位移残差单调递减并逐渐稳定，索长调整量逐渐逼近于零位移法最小二乘解，证明了本文算法的收敛稳定性。当由混合梁、辅助墩等引起主梁刚度差异或局部变化时，本文解的均匀性优于零位移法最小二乘解。迭代18次，用时1.99 s即可得到一组合理的索长调整量，主梁及主塔线形偏差小于5.0 mm，线形平顺，索力均匀合理。本文算法可快速提供一系列接近零位移(或目标线形)的索长调整解，几何关系清晰，线形与索力均匀，实用性强，可应用于密索体系斜拉桥设计和施工控制中的线形优化调索。  
        关键词：索长迭代;斜拉桥;线形优化;实用算法   
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        发布时间：2023-12-05
      • 张晏铭,刘庭金,朱超,肖俊贤
        2023, 20(11): 4277-4287. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222174
        摘要：地面突发堆载诱发运营期内地铁隧道病害的案例屡见不鲜，广州地区地铁隧道建设中常遇洞身上部为软土、砂层，下部为硬岩的土岩复合地层。目前对于局部超载作用下，土岩复合地层中盾构隧道变形与破坏特征并不明确，现行加固标准对于该种特殊地层的适用性也亟待验证。通过1︰5的土箱模型试验，探究不同硬岩比的土岩复合地层中隧道在正上方局部超载作用下的变形规律和破坏模式。试验结果表明：地层硬岩比对局部超载下盾构隧道的位移发展及其分布影响显著，结构的临界失稳荷载等级随着硬岩比增大而提高，结构破坏椭圆度随之减小，硬岩比的增大加强了结构外部围岩的约束作用，显著地控制了隧道椭变，但约束的加强也使结构呈现脆性性状，位移发展速率出现明显突变点；硬岩限制了其范围内管片的内力发展，且土岩交界面上部邻域管片产生应力集中现象，结构首先在此区域发生破坏，且常以贯穿式裂缝形式发展，随着硬岩比增大，结构呈崩角、劈裂等脆性破坏形式；隧道拱顶附加土压力会随结构失稳进入下降阶段，且随着硬岩比增大，软土压缩对地表超载的分散效应减弱，进而导致隧道拱顶附加土压力对地表超载更加敏感；将试验数据与现行加固标准对比分析，发现现行加固标准不适用于高硬岩比土岩复合地层中盾构隧道。研究成果可为加固标准结合地层因素优化提供理论支撑。  
        关键词：局部超载;土岩复合地层;盾构隧道;硬岩比;模型试验;失稳   
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        发布时间：2023-12-05
      • 范涛镛,张学民,武朝光,王永林,李现宾,牛公却尚,高祥
        2023, 20(11): 4288-4298. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222261
        摘要：为明确铁路隧道机制砂混凝土衬砌结构边墙环向开裂原因，开展了模筑混凝土短柱承载特性试验，利用基于损伤力学的有限元方法，结合模筑混凝土收缩形变试验，分析了机制砂混凝土的收缩变形特征和偏心短柱的承载特性。借助DIANA10.4程序进一步建立机制砂混凝土隧道衬砌结构的三维数值仿真模型，综合考虑围岩荷载、机制砂混凝土收缩效应以及隧道衬砌结构整体受力状态，探讨了机制砂混凝土隧道衬砌结构裂损机理。研究结果表明：随着混凝土强度等级的提高，机制砂混凝土构件与河砂混凝土构件承载能力与抗裂能力均逐步增强，但延性呈逐渐下降趋势；在模筑混凝土短柱承载特性试验中，混凝土强度等级较低构件(C20、C25、C30)破坏特征呈延性，混凝土强度等级较高构件(C35、C40)破坏特征呈脆性；混凝土强度等级相同的情况下，机制砂混凝土构件抗裂与承载能力较河砂混凝土构件虽有所提高，但由收缩效应产生的收缩应力较大，易导致结构裂损；收缩效应是导致机制砂混凝土隧道衬砌结构边墙处出现环向裂缝的主要原因；在保证结构安全的条件下，应适当减小混凝土强度等级、加强养护，降低机制砂混凝土收缩率，以减少衬砌结构裂损现象的出现。研究结果为解决机制砂混凝土隧道衬砌环向开裂问题提供了参考。  
        关键词：隧道工程;衬砌结构;机制砂混凝土;收缩开裂;力学性能   
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        发布时间：2023-12-05
      • 毛伟琦,李小珍,王翔,赵萌
        2023, 20(11): 4299-4310. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231026
        摘要：为解决桥岸边坡位移反演中采用传统粒子群算法收敛速度过慢、容易陷入局部最优解的问题，通过引入最差粒子改进策略和最优粒子扰动策略，提出结合灰狼算法改进优化目标方程特性的粒子群优化算法(GWOPSO)。使用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立岩土体参数与监测点位移之间的映射关系，根据Flac3D数值模型计算得到训练与检验样本，设置参数初值与粒子个体极值并代入LSSVM进行训练，应用改进的GWOPSO算法搜索LSSVM最优向量机核函数，提高LSSVM的预测精度和适用性。然后，将反分析的目标函数值作为各个粒子的适应度值，利用改进的GWOPSO算法搜索岩土体力学参数的最优组合，进而提出LSSVM和GWOPSO相结合的边坡位移反演方法(LSSVM-GWOPSO算法)，并讨论其可行性。研究结果表明：在标定函数测试下，改进的粒子群优化算法较传统的粒子群优化算法在收敛速度与精度上有大幅度提高，在处理对于单模态和实时性要求较高的多模态优化问题的大型工程项目中能迅速进入局部搜索，并跳出得到全局最优解。与传统的SOPSO算法和SAPPSO算法相比，LSSVM-GWOPSO算法反演精度和反演速度均有较大幅度提高。将研究结果与算法应用到某艰险山区特大桥梁桥岸边坡岩土体参数反演分析，并对边坡后续的位移以及破坏模式进行预测分析，取得较好效果。  
        关键词：桥岸边坡;改进PSO算法;LSSVM;反演分析;岩土体参数   
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        发布时间：2023-12-05

        智能制造与装备

      • 张东旭,李永华,白肖宁,王裕沣
        2023, 20(11): 4311-4320. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20230030
        摘要：转向架构架是高速动车组的重要承载部件，对其关键结构精确分析及优化能保障列车安全平稳运行。为提高转向架构架设计优化的精度和效率，提出一种子模型技术与径向基函数-改进快速非支配排序遗传算法(RBF-CLNSGA-II)相结合的多目标优化方法。首先，通过分析转向架构架的结构强度，确定等效应力最大的位置，利用子模型技术对该区域构建子模型并进行相对灵敏度分析，然后构建其RBF神经网络，提高计算和拟合效率。其次，提出CLNSGA-II算法，通过引入Circle混沌映射、自适应交叉变异概率、Levy飞行策略及动态更新拥挤度比较算子，提高NSGA-II算法Pareto解集分布的均匀性和稳定性，同时增强全局搜索以及局部开发能力。最后，构建以结构相关参数为设计变量、最大等效应力和质量最小为目标、变量区间及材料屈服极限为约束的多目标优化模型，利用CLNSGA-II算法对基于子模型技术的RBF神经网络进行多目标优化，得到Pareto最优解。研究结果表明：子模型技术和RBF-CLNSGA-II算法相结合，不仅能够解决大型复杂结构拟合困难、运算周期长的问题，而且研究过程相比传统方法，针对性更强，求解精度更高，结果稳定性更好。优化后的构架子模型最大等效应力降低了4.603%，质量减少了2.922%，该方法对大型复杂部件的设计优化具有重要工程实用价值。  
        关键词：转向架构架;子模型技术;径向基神经网络;改进快速非支配排序遗传算法;多目标优化   
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        发布时间：2023-12-05
      • 梁士民,张泽群,田忠浩,赵维豪,肖健,胡松涛,石宝山,李斌
        2023, 20(11): 4321-4332. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222432
        摘要：列车驾驶员视野能见度直接关乎行驶安全，国际标准规范CEN-TR 16251中要求列车需进行覆雪实验，但目前规范中并未明确飘雪实验参数设置。为明确列车人工气候室飘雪实验参数，并满足均匀覆雪要求，以某列车人工气候室为研究对象，综合考虑冰雪粒径、初始风速和人工气候室风速等参数，依据列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性预测模型，设计9个实验工况，并进行数值模拟及优化。研究结果表明：当列车头模型加入后，会引起气候室内气流组织产生变化，影响冰雪粒子的运动特性，降低预测模型的准确性，进而导致依据预测模型设计的9个实验工况中，仅有5个工况的列车头冰雪粒子捕捉率达到了85%～96.7%，列车头冰雪粒子覆盖率达到80%～85.7%，能满足列车头玻璃均匀覆雪要求，另外4个设计工况未能满足列车头玻璃均匀覆雪要求。进一步地，采用正交实验法优化不满足要求工况中的设计参数，结果显示，优化后列车头冰雪粒子捕捉率最大可达64%～98.1%，列车头冰雪粒子覆盖率可达80.1%～92.2%。本文以“均匀覆雪，兼顾节能”为原则，设计、优化并最终确定了能满足列车头玻璃均匀覆雪要求的9个实验室测试工况，结果可为列车人工气候室飘雪实验提供指导。  
        关键词：飘雪实验;列车人工气候室;飘雪预测模型;数值模拟;均匀系数   
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        发布时间：2023-12-05
      • 秦耀,杨杰,江聚松,高涛
        2023, 20(11): 4333-4343. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222428
        摘要：永磁电磁混合悬浮(PEMS)系统在降低能耗和增大悬浮气隙方面优势明显，但其非线性特征和控制难度也相对增加。针对PEMS系统中未知干扰和输入信号噪声引起的控制性能下降问题，提出一种基于改进型Levent微分器(ILevent)的自抗扰控制(ADRC)方法。首先，结合电磁悬浮(EMS)型磁浮球系统的控制结构，搭建PEMS型磁浮球控制系统试验台，并对PEMS型磁浮球系统进行动力学建模，判断系统的稳定性和能观能控特性；其次，采用双曲正切函数对Levent微分器进行改进，降低输出信号抖振，分析改进前后Levent微分器以及ADRC中TD微分器的输出性能，充分融合Levent微分器对信号噪声的鲁棒性和ADRC对干扰的估计与补偿优势，设计了ILevent-ADRC控制器；并利用带约束因子的模拟退火-粒子群(SA-CFPSO)优化算法有效的解决了ILevent-ADRC参数多、关联性强等制约问题；最后，分别对传统ADRC、PID控制和ILevent-ADRC方法在PEMS型磁浮球控制试验台上进行对比实验，验证所提方法的有效性和优越性。实验结果表明：相比于传统ADRC和PID控制方法，所提ILevent-ADRC方法有效提升了PEMS型磁浮球系统的控制性能，不仅能够有效地抑制测量信号噪声对系统的影响，而且还对系统悬浮气隙大范围变化和运行过程中受到的未知扰动具有更强的适应性和鲁棒性。研究成果为磁悬浮智能控制技术的实际应用提供了理论参考，同时对于永磁电磁混合悬浮这一类复杂的非线性系统的控制，也具有较好的参考价值。  
        关键词：PEMS型磁浮球控制系统;ILevent-ADRC方法;SA-CFPSO优化算法;控制性能   
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        发布时间：2023-12-05

        工程经济•工程管理•规划设计

      • 王青娥,成雅婷,唐娟娟,王孟钧
        2023, 20(11): 4344-4355. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222075
        摘要：通过文献回顾，梳理绿色铁路工程领域的研究现状和不足，指出绿色铁路工程发展的关键问题，并提出绿色铁路建造能力提升的研究框架。以中国知网(CNKI)和Web of Science作为数据来源，采用文献计量分析方法，利用知识图谱软件CiteSpace进行发文量和关键词分析。研究发现：在绿色铁路工程方面，国内研究主题呈现阶段集中性，工程实践成果丰富，且基于相关法规政策形成部分评价指标体系；国外研究主题相对分散，环保措施可操作性强，但评价标准缺乏针对性。总体上国内外都有较好的认识基础，但系统性认识不足；有较好的实践基础和共性的政策基础，但尚未形成系统化的评价体系，且评价指标缺乏铁路工程特征。在绿色建造能力方面，国内外现有绿色建造技术不断成熟，但未形成系统体系，尤其在铁路领域最为明显；现有绿色建造能力研究更多针对制造业企业和建筑企业，对铁路工程企业的指导性弱，绿色铁路建造能力存在研究空白。提炼出绿色铁路工程发展的关键问题：绿色铁路工程评价标准研发与推广问题、绿色铁路建造技术统筹与创新问题、绿色铁路建造能力识别与建设问题，并论述其相互关系，探索性提出绿色铁路建造能力提升的研究框架。研究成果可为未来深化研究提供思路和指明方向，最终以达到推动绿色铁路工程可持续发展的目的。  
        关键词：绿色铁路工程;绿色铁路建造能力;文献综述;关键问题辨析;研究框架   
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        发布时间：2023-12-05
      • 熊坚,彭一鸣,蔡晶
        2023, 20(11): 4356-4366. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222190
        摘要：为了预防和减少安全生产事故的发生，提出一种动态风险分析方法，在有效辨识建筑施工风险关键因素的基础上，定量刻画风险的动态演化趋势，并制定针对性干预策略，为改善建筑企业安全环境提供防控手段。首先，基于文献研究与事故致因理论，从人员、环境、设备、管理4个方面，拓展并建立了包含20个条目的施工风险因素分析框架。其次，结合灰色关联分析(GRA)与解释结构模型(ISM)确定可达矩阵，运用交叉影响矩阵相乘法(MICMAC)筛选施工风险关键因素。最后，基于模糊认知图(FCMs)理论对风险节点权重进行动态推导，通过设置不同单目标的干预场景进行模拟仿真，比较了不同方案对于施工风险的影响程度。研究结果表明：影响施工风险的关键因素包括防护用具使用c11，操作行为c12，隐患辨识c13，安全检查c43，安全反馈机制c44，现场监管c46；项目前期，风险因素权重排序为c11>c43>c13>c44>c12>c46；项目推进阶段，c12，c44，c46的权重有所增加，变化速率大小为c46>c12>c44，而c11，c13，c43的权重均在减小，变化速率大小为c11>c43>c13；项目后期，风险因素权重排序为c46>c12>c44>c13>c43>c11；干预效果方面，针对c11的干预能在较大程度上影响施工风险水平，以c46为对象的干预方案获得的安全收益较差。研究成果揭示了建筑施工风险的动态变化过程，可为企业风险防控策略提供一定的理论依据及决策参考。  
        关键词：安全工程;风险分析;集成方法;趋势预测;情景模拟   
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        发布时间：2023-12-05
      • 鲍学英,肖岚月,万炳彤,李亚娟,郭海东
        2023, 20(11): 4367-4376. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222290
        摘要：建筑材料作为山区铁路工程建设的必要资源之一，对山区铁路建设存在支持与约束的双重作用。为了节约山区铁路工程建设材料，促进山区铁路工程与材料资源协调发展，基于耦合协调模型与障碍诊断模型量化分析山区铁路工程与材料资源之间的协调关系并识别其主要障碍因子。首先，基于隧道、桥梁、路基和站场4个节材关键专业，分析山区铁路工程与材料资源之间的交互影响关系。其次，依据交互影响关系，构建山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标体系。再次，引进相对熵进行组合赋权，通过耦合协调度模型量化分析山区铁路工程与材料资源之间的协调程度，并通过障碍诊断模型识别影响山区铁路工程与材料资源协调发展的主要障碍因子。最后，以某山区铁路工程某标段为例进行实例验证。结果表明，该标段山区铁路工程与材料资源处于“初级协调发展”状态，耦合协调度存在较大优化空间，可以重点从喷射混凝土类型、喷射混凝土喷射方式、围岩变形预留、隧道断面超挖、土石方挖填平衡、弃渣资源化利用、废弃混凝土资源化利用、天然砂石料开采以及机制砂使用等9个方面着手，改善山区铁路工程与材料资源的协调状态。研究成果为山区铁路工程与材料资源协调发展评价提供了评判依据，也为提升山区铁路工程与材料资源协调状态明确了改进重点。  
        关键词：山区铁路;材料资源;耦合协调;障碍度   
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        发布时间：2023-12-05
      • 莫俊文,崔利兵
        2023, 20(11): 4377-4388. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222311
        摘要：为提高高海拔地区铁路施工人员安全行为水平，探讨心理弹性对安全行为的影响机理。基于社会认知理论和人—环境交互作用理论，引入安全自我效能和高海拔环境风险感知作为心理弹性和安全行为间关系的中介变量和调节变量，构建心理弹性和安全行为关系的假设模型。首先，采用一种分阶段收集数据的方法，使用有关心理弹性和安全行为的成熟量表，以甘肃、青海和西藏在建的高海拔铁路施工区域8个项目部的一线施工人员为研究对象进行问卷调查。其次，在验证性因子分析和相关性分析的基础上运用AMOS 24.0建立结构方程模型验证假设并计算路径系数。最后，构建安全行为的因果关系图和流图，将路径系数和常量作为系统动力学(SD)模拟仿真参数，在安全自我效能和高海拔环境风险感知的干预下，运用Vensim模拟心理弹性和安全行为的变化过程。研究结果表明，心理弹性显著正向影响安全行为(安全遵守和安全参与)；安全自我效能在心理弹性和安全行为(安全遵守和安全参与)影响关系中起中介作用；高海拔环境风险感知显著调节心理弹性对安全行为(安全遵守和安全参与)的影响。仿真结果表明，在安全自我效能和高海拔环境风险感知的干预作用下，心理弹性和安全行为呈现为先下降再上升的抛物线。研究成果丰富了心理学在工程实践中的应用，为安全行为研究提供了新思路，对提高企业安全管理水平提供了切实可行的建议。  
        关键词：心理弹性;高海拔铁路施工;安全行为;结构方程模型;系统动力学   
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        发布时间：2023-12-05
      • 周光权,程婷,刘勇,何正亚,蔡梦雅
        2023, 20(11): 4389-4399. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20230717
        摘要：装配式建筑作为建筑工业化和信息化深度融合的产物，近年来发展势头迅猛。为满足日益增长的装配式混凝土(PC)构件的市场需求，需要科学布局PC构件厂使其形成规模化效应，为此提出一种PC构件厂的选址优化方法。首先，基于市场供求理论，通过灰色预测模型和二次指数平滑法构建PC构件需求量综合预测模型，以江西省为例，对未来6 a构件需求量进行预测，避免造成PC构件产能过剩，预测结果显示江西省未来3 a内对PC构件的需求量将会急剧上升，亟需增设新的PC构件厂。其次，调研现阶段PC构件厂布局等情况，并利用Python获取城市建设用地、交通网络、水网、学校、医院、旅游景点、政府机关、高密度居民区等地理信息数据，在PC构件厂选址原则的约束下，通过地理信息系统(GIS)平台对所获取的空间信息数据等进行叠置分析和擦除分析，得到初步选址点。最后，建立最优运输成本模型，基于模型假设和约束条件进行求解，确定PC构件厂的选址位置。结果表明：采用选址优化模型，能够将624个初步选址点优化为80个最佳选址点，验证了选址优化模型的有效性，形成了PC构件厂的优化布局方案。研究结果可为PC构件厂选址提供一定的参考，有助于装配式建筑产业的进一步发展。  
        关键词：装配式建筑;灰色系统理论;综合预测模型;GIS;优化选址   
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        发布时间：2023-12-05

        工程诊所•工匠之家

      • 任娟娟,张亦弛,刘伟,章恺尧,杜威
        2023, 20(11): 4400-4411. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222451
        摘要：为了探究实时、准确的路基不均匀沉降识别方法，以CRTS Ⅰ双块式无砟轨道路基沉降病害为研究对象，建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型，讨论不同路基沉降状态下的车辆-轨道系统振动规律，选取路基沉降识别敏感特征，并基于粒子群优化支持向量机算法实现对无砟轨道路基沉降病害的有效识别。研究结果表明：钢轨及道床的垂向位移对路基沉降变化较为敏感，随沉降幅值的增大而增大，随沉降波长的增大而减小，而路基沉降对钢轨及道床垂向振动加速度影响较小，利用轨道结构振动响应判断路基沉降状态可行性较低。车体、转向架及轮对垂向振动加速度随着路基沉降幅值增大而增大，其中车体、转向架对路基沉降幅值变化相对敏感，而轮对相对不敏感。随着沉降波长增加，车体与转向架垂向振动加速度先增大后减小，车体对沉降波长的敏感程度远高于转向架，故可将车体垂向振动加速度作为识别敏感特征。车体垂向加速度振动信号对无砟轨道路基沉降波长的识别准确率高于对沉降幅值的识别准确率，其中沉降幅值为20 mm时的识别准确率为84.78%，表明算法在该工况下的识别性能相对较低，但仍能保证一定的准确率，而对于无沉降和不同沉降波长工况，算法识别准确率接近100%。研究成果证明了粒子群优化支持向量机算法可实现对无砟轨道路基沉降的有效识别。  
        关键词：无砟轨道;路基沉降;动力响应;粒子群优化算法;支持向量机   
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        发布时间：2023-12-05
      • 杨果林,李亚龙,赵天雨,段瑞凯,李海峰
        2023, 20(11): 4412-4425. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222308
        摘要：降雨条件下的雨水入渗是膨胀土边坡浅层溜坍的重要因素之一。为研究采用2种常见护坡植物条件下边坡雨水入渗湿润锋的迁移规律，利用工程边坡原位监测试验采集的实时数据，对降雨入渗边坡时空响应变化规律进行分析。同时，通过室内试验测定根土复合体的物理力学参数，采用有限元软件对原型生态防护膨胀土边坡进行降雨入渗条件下的流固耦合计算，重点分析在经历真实降雨后的4种生态防护工况下膨胀土边坡滑动面位置和安全系数变化；然后在模型边坡内设立监测断面监测不同深度的根土复合体饱和度随时间的变化规律，再引入相同位置的实时监测数据进行对比，综合确定夹竹桃生态边坡的固土影响范围。研究结果表明：能使3种类型边坡体积含水率发生变化的降雨为中到大雨(10～＜50 mm/d)，小雨(＜10 mm/d)无法使边坡浅层含水率发生改变。生态边坡在长期降雨条件下含水率变化量小于素土边坡，而短时降雨(≤24 h)的变化量又大于素土边坡；小叶女贞护坡的含水率变化量小于夹竹桃护坡，护坡效果更好。实际降雨条件下，生态边坡的安全系数大于素土边坡，说明植物根系对边坡稳定具有提高作用。模型边坡的饱和度动态变化规律与监测数据吻合，根系深度0.2 m所代表的根系密集生长范围与实际边坡饱和度沿深度的分布规律相同，能够在模拟中反映夹竹桃根系的固土影响范围。研究结论可为降雨条件下膨胀土路堑边坡生态防治措施的研究提供参考和分析依据。  
        关键词：降雨入渗;生态防护;原位监测;边坡稳定性;根系固土机理   
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        发布时间：2023-12-05
      • 徐凯,郑浩,涂永超,吴仕勋
        2023, 20(11): 4426-4437. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222268
        摘要：无绝缘轨道电路的故障具有复杂性与随机性，采用单一的模型进行故障诊断，其性能评价指标难以提高。而采用集成学习方式，则存在各基学习器结构、参数设计盲目，集成模型中各基学习器组合权重难以分配的问题。针对以上问题，提出一种改进麻雀算法和Q-Learning优化集成学习的轨道电路故障诊断新方法，该方法有机地将集成学习与计算智能和强化学习相结合，充分挖掘轨道电路故障特征，提高性能评价指标。首先，使用卷积神经网络、长短期记忆网络和多层感知器深度学习模型，以及支持向量机和随机森林传统机器学习模型，共同构成集成学习基学习器，解决单一学习模型的不足，不同基学习器的使用保证集成学习的多样性。从自动化机器学习角度出发，采用改进麻雀算法优化该集成学习模型的结构和参数，克服其结构和参数难以确定的问题。在此之上，引入强化学习Q-learning对集成模型中各基学习器组合权重进行优化，智能地确定集成学习各基学习器的组合权重。最后，将集成学习模型的预测结果与真实结果比较后得到误差，再采用BP神经网络对预测结果进行补偿修正，进一步提高轨道电路的故障诊断性能评价指标。仿真结果表明，利用所提方法进一步改善了轨道电路故障诊断的准确度、精确度、召回率和F1值等性能评价指标。  
        关键词：无绝缘轨道电路;故障诊断;集成学习;改进麻雀算法;Q-learning;误差修正   
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        发布时间：2023-12-05
      • 邢展,易彩,林建辉
        2023, 20(11): 4438-4450. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20222445
        摘要：高速列车在行驶过程中，其滚动轴承的工况往往会发生变化，如转向架的轴箱轴承转速变化等，在此情况下，传统的基于非平稳信号分析的滚动轴承故障诊断技术很难对故障进行有效检测。为了在变化的工况下实现故障类型的自适应识别，基于深度迁移学习的滚动轴承智能故障诊断技术逐渐被应用于轴承故障诊断领域中。然而，深度迁移学习智能故障诊断技术在工程应用中仍存在模型复杂度高的问题。此外，传统领域适配方法在进行迁移诊断时主要进行整体领域差异的对齐，忽略了不同域下同一故障状态的子域特征分布，导致模型的泛化能力差。同时，领域适配在滚动轴承智能故障诊断中的应用主要集中在单源领域，当源领域和目标领域数据分布差异过大时，单个源领域学习到的数据特征有限，可能无法达到较高的可迁移性。为改善上述问题，提出一种稀疏性多源完全领域适配迁移诊断方法，为验证所提算法的有效性，采用不同的故障数据建立不同的故障诊断场景并进行分析。结果表明，该方法中提出的周期循环稀疏设计模式使得卷积层和全连接层的权重矩阵包含大量规则排列的零权重参数，能够有效降低模型的复杂度。同时，该方法在进行数据特征的迁移时，考虑了全局和局部差异的对齐，能够一定程度改善模型的泛化能力。此外，通过不同数目源领域的试验验证分析，表明多源领域适配方法具有较好的迁移诊断效果，对于迁移诊断技术的实际应用具有一定的指导意义。  
        关键词：高速列车;滚动轴承;周期循环稀疏;多源领域适配   
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        发布时间：2023-12-05
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