- 赵翔;武晋飞;单杏花;
列车开行方案与票额分配分别在列车层面和席位层面调整铁路运力资源，既有研究中二者在运输组织的不同阶段进行优化。“一日一图”运输模式下，基于不同时期的客流变化，综合优化列车开行方案和票额分配更有利于整体运力资源的合理配置。考虑我国列车运行图编制的实际背景，构建高速列车开行方案与票额分配协同优化模型，并针对模型特点设计一种遗传算法进行求解。对我国东北部真实路网进行案例分析，结果显示：综合优化列车开行方案和票额分配可以有效提高客运收益和资源利用率。对比开行方案给定下的票额分配方法，本文方法提高客票收益比例超过5.6%。本研究能够为“一日一图”模式下按流开车和按流分票提供理论和方法支撑。
2023年08期 v.45;No.310 10-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 2154K] [下载次数：728 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：5 ] - 赵翔;武晋飞;单杏花;
列车开行方案与票额分配分别在列车层面和席位层面调整铁路运力资源，既有研究中二者在运输组织的不同阶段进行优化。“一日一图”运输模式下，基于不同时期的客流变化，综合优化列车开行方案和票额分配更有利于整体运力资源的合理配置。考虑我国列车运行图编制的实际背景，构建高速列车开行方案与票额分配协同优化模型，并针对模型特点设计一种遗传算法进行求解。对我国东北部真实路网进行案例分析，结果显示：综合优化列车开行方案和票额分配可以有效提高客运收益和资源利用率。对比开行方案给定下的票额分配方法，本文方法提高客票收益比例超过5.6%。本研究能够为“一日一图”模式下按流开车和按流分票提供理论和方法支撑。
2023年08期 v.45;No.310 10-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 2154K] [下载次数：728 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：6 ] - 李海琳;聂磊;付慧伶;
周期化运行图列车开行模式指“相同种类的列车以固定周期间隔到达、出发或通过运行途中各车站”的模式，目前中国高速铁路除部分线路开行少量带有周期性质的整点大站停列车外，周期模式的应用尚处于起步阶段，缺乏针对周期模式优化设计的定量研究。旨在根据各线路运营条件和客流特点，研究合理设定周期长度和周期化水平的方法。建立整数线性规划模型求解基于不同周期长度的列车开行方案，以最少的列车方案线数量为最多的客流OD提供直达服务，提出周期化水平、客流直达率、换乘时间等周期模式评价指标的计算方法，对沪宁城际铁路及京沪高速铁路开展实例研究，验证模型的有效性。为有效解决周期模式特别是关键参数周期长度的定量优化提供了方法。
2023年08期 v.45;No.310 18-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 2160K] [下载次数：658 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：5 ] - 李海琳;聂磊;付慧伶;
周期化运行图列车开行模式指“相同种类的列车以固定周期间隔到达、出发或通过运行途中各车站”的模式，目前中国高速铁路除部分线路开行少量带有周期性质的整点大站停列车外，周期模式的应用尚处于起步阶段，缺乏针对周期模式优化设计的定量研究。旨在根据各线路运营条件和客流特点，研究合理设定周期长度和周期化水平的方法。建立整数线性规划模型求解基于不同周期长度的列车开行方案，以最少的列车方案线数量为最多的客流OD提供直达服务，提出周期化水平、客流直达率、换乘时间等周期模式评价指标的计算方法，对沪宁城际铁路及京沪高速铁路开展实例研究，验证模型的有效性。为有效解决周期模式特别是关键参数周期长度的定量优化提供了方法。
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为高效降低货物列车延误的影响，提出基于多智能体强化学习的大规模列车运行计划动态调整方法。与单智能体算法显著不同，该方法提出将上行列车和下行列车设计为两个独立的智能体，进行独立学习与竞争，从而大幅度降低运行计划动态调整的算法复杂度。实验结果表明：对于N列货物列车，算法复杂度以指数函数趋势从O(2~N)降低到O[2~((1+N/2))],计算效率以指数函数趋势提高了2~((N/2-1))倍。以包头—神木铁路万南场—东胜区段为场景(包含22列货物列车和9个车站),测试并统计不同延误扰动下动态调整优化结果：该多智能体方法将计算时间降低至但智能体方法的1%以下。尤其是针对大规模运行计划动态调整(22列车),该多智能体方法基于通用计算机仍可快速获得优化结果，而单智能体方法因计算时间过大(超过3 000 d)而无法完成任务。该多智能体强化学习方法对于大规模场景的高效和实时货物列车运行计划动态调整具有重要理论意义和应用价值。
2023年08期 v.45;No.310 27-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 3488K] [下载次数：442 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：15 ] |[阅读次数：3 ] - 蒋灵明;倪少权;
为高效降低货物列车延误的影响，提出基于多智能体强化学习的大规模列车运行计划动态调整方法。与单智能体算法显著不同，该方法提出将上行列车和下行列车设计为两个独立的智能体，进行独立学习与竞争，从而大幅度降低运行计划动态调整的算法复杂度。实验结果表明：对于N列货物列车，算法复杂度以指数函数趋势从O(2~N)降低到O[2~((1+N/2))],计算效率以指数函数趋势提高了2~((N/2-1))倍。以包头—神木铁路万南场—东胜区段为场景(包含22列货物列车和9个车站),测试并统计不同延误扰动下动态调整优化结果：该多智能体方法将计算时间降低至但智能体方法的1%以下。尤其是针对大规模运行计划动态调整(22列车),该多智能体方法基于通用计算机仍可快速获得优化结果，而单智能体方法因计算时间过大(超过3 000 d)而无法完成任务。该多智能体强化学习方法对于大规模场景的高效和实时货物列车运行计划动态调整具有重要理论意义和应用价值。
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- 杨能普;周苗;王文昆;黄全;韩梅;
我国现行重车重心高度管控规则已凸显限制铁路货运系统运输能力的矛盾。针对此问题，通过深度剖析货物-车体耦合机制，建立货-车-轨耦合动力学模型，并采用动态Nadal限度评估车辆运行脱轨风险，基于模型仿真分析我国铁路通用货车在正常速度运行时应限制的重车重心限制高度，以及重心高度超过该限值时的相应限速规定。研究结果表明：针对货物装载参数影响车辆动力学行为的研究，动态Nadal限度可有效减小脱轨误判率，相比于经典Nadal限度更适宜作为脱轨风险的评判依据；基于动态Nadal限度判定车辆脱轨风险，我国铁路通用货车的重车重心限制高度可提升至2 400 mm;在保证车辆运行安全的前提下，重心超高时的区间限速规定可以合理地适当放宽。
2023年08期 v.45;No.310 36-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 5359K] [下载次数：176 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：3 ] - 杨能普;周苗;王文昆;黄全;韩梅;
我国现行重车重心高度管控规则已凸显限制铁路货运系统运输能力的矛盾。针对此问题，通过深度剖析货物-车体耦合机制，建立货-车-轨耦合动力学模型，并采用动态Nadal限度评估车辆运行脱轨风险，基于模型仿真分析我国铁路通用货车在正常速度运行时应限制的重车重心限制高度，以及重心高度超过该限值时的相应限速规定。研究结果表明：针对货物装载参数影响车辆动力学行为的研究，动态Nadal限度可有效减小脱轨误判率，相比于经典Nadal限度更适宜作为脱轨风险的评判依据；基于动态Nadal限度判定车辆脱轨风险，我国铁路通用货车的重车重心限制高度可提升至2 400 mm;在保证车辆运行安全的前提下，重心超高时的区间限速规定可以合理地适当放宽。
2023年08期 v.45;No.310 36-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 5359K] [下载次数：176 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：3 ] - 何晓琼;荆蕾;韩鹏程;曾理;高仕斌;
针对贯通式牵引供电系统的核心装备级联型变换器，提出一种考虑变换器全运行状态的可靠性评估方法并进行可靠性优化研究，为新型牵引供电系统的应用及推广提供依据。基于故障树和Markov理论，分级建立级联型变换器可靠性模型，并提出一种考虑级联型变换器正常、存活和失效3种状态的状态转移概率的计算方法。为满足新系统工程应用所需的高可靠性设计需求，进一步研究变换器可靠性优化方法：基于所建立的可靠性模型，定量分析不同关键器件的重要度，辨识变换器可靠性组成的薄弱环节；从器件冗余和子模块冗余两级进行可靠性优化，对比后备冗余和工作冗余的优化效果，并对不同冗余数目下变换器可靠性的提升程度进行分析，同时验证所建立模型的准确性。设计综合冗余策略，通过算例分析验证了其有效性。
2023年08期 v.45;No.310 47-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2127K] [下载次数：384 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：5 ] - 何晓琼;荆蕾;韩鹏程;曾理;高仕斌;
针对贯通式牵引供电系统的核心装备级联型变换器，提出一种考虑变换器全运行状态的可靠性评估方法并进行可靠性优化研究，为新型牵引供电系统的应用及推广提供依据。基于故障树和Markov理论，分级建立级联型变换器可靠性模型，并提出一种考虑级联型变换器正常、存活和失效3种状态的状态转移概率的计算方法。为满足新系统工程应用所需的高可靠性设计需求，进一步研究变换器可靠性优化方法：基于所建立的可靠性模型，定量分析不同关键器件的重要度，辨识变换器可靠性组成的薄弱环节；从器件冗余和子模块冗余两级进行可靠性优化，对比后备冗余和工作冗余的优化效果，并对不同冗余数目下变换器可靠性的提升程度进行分析，同时验证所建立模型的准确性。设计综合冗余策略，通过算例分析验证了其有效性。
2023年08期 v.45;No.310 47-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2127K] [下载次数：384 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：3 ] - 高殿柱;彭军;王胜男;张晓勇;杨迎泽;黄志武;
制动机均衡风缸控制系统具有部件种类多、退化过程复杂、工况多样等特点，给系统的健康状态评估带来挑战。提出一种结合长期和短期混合特征的健康状态评估方法，通过对均衡风缸系统关键部件进行寿命预测进行健康状态评估。结合系统工作模式切换对部件退化过程的影响提取累积物理动态指标，使用循环神经网络实现部件的长期累积寿命预测；在时间滑窗内提取局部时域和频域特征，表征系统短期波动对老化的影响，利用改进的轻量梯度提升机进行短期寿命预测；通过分段模型平均法进行长期和短期寿命预测结果的融合，得到健康状态评估结果。通过搭建制动机均衡风缸控制系统实验平台，进行加速老化实验，获取全寿命周期老化数据，对提出的混合健康状态评估方法进行仿真，验证所提方法的有效性。
2023年08期 v.45;No.310 57-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2324K] [下载次数：133 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：5 ] - 高殿柱;彭军;王胜男;张晓勇;杨迎泽;黄志武;
制动机均衡风缸控制系统具有部件种类多、退化过程复杂、工况多样等特点，给系统的健康状态评估带来挑战。提出一种结合长期和短期混合特征的健康状态评估方法，通过对均衡风缸系统关键部件进行寿命预测进行健康状态评估。结合系统工作模式切换对部件退化过程的影响提取累积物理动态指标，使用循环神经网络实现部件的长期累积寿命预测；在时间滑窗内提取局部时域和频域特征，表征系统短期波动对老化的影响，利用改进的轻量梯度提升机进行短期寿命预测；通过分段模型平均法进行长期和短期寿命预测结果的融合，得到健康状态评估结果。通过搭建制动机均衡风缸控制系统实验平台，进行加速老化实验，获取全寿命周期老化数据，对提出的混合健康状态评估方法进行仿真，验证所提方法的有效性。
2023年08期 v.45;No.310 57-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2324K] [下载次数：133 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：4 ]
- 罗啸林;唐涛;林炳跃;刘宏杰;
作为当前轨道交通的研究热点，虚拟编组列车由多个单元列车借助于车车通信和主动控制构成。虚拟编组列车按照与物理编组列车一致的方式提供运输服务，所有单元列车应整体被视为一列车进行管理和控制。因此，要求单元列车像物理连挂一样保持很小的追踪间距。但由于缺少了车钩进行物理连挂，运行过程中受到的不确定干扰使得实现虚拟编组单元列车小间距安全追踪非常困难。针对该问题，首先提出一种基于分布式鲁棒模型预测控制(RMPC)的虚拟编组列车追踪控制方法，保证虚拟编组列车安全运行以及单元列车追踪间距有界。在此基础上，设计一种基于线性矩阵不等式的优化算法，通过减小RMPC控制误差，达到进一步缩短单元列车的追踪间距的目的。为证明该方法的有效性，仿真了由3辆单元列车构成的虚拟编组列车在一个站间的完整运行过程，并与既有文献中的方法进行了对比。仿真结果显示，单元列车追踪间距可由普通MPC方法下的10 m减小至本方法下的5.05 m,其缩短幅度达到49.5%。实验结果表明，所提出的RMPC方法及其优化算法能够在保证安全运行的前提下缩短虚拟编组单元列车追踪间距。
2023年08期 v.45;No.310 68-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1607K] [下载次数：1029 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：40 ] |[阅读次数：6 ] - 罗啸林;唐涛;林炳跃;刘宏杰;
作为当前轨道交通的研究热点，虚拟编组列车由多个单元列车借助于车车通信和主动控制构成。虚拟编组列车按照与物理编组列车一致的方式提供运输服务，所有单元列车应整体被视为一列车进行管理和控制。因此，要求单元列车像物理连挂一样保持很小的追踪间距。但由于缺少了车钩进行物理连挂，运行过程中受到的不确定干扰使得实现虚拟编组单元列车小间距安全追踪非常困难。针对该问题，首先提出一种基于分布式鲁棒模型预测控制(RMPC)的虚拟编组列车追踪控制方法，保证虚拟编组列车安全运行以及单元列车追踪间距有界。在此基础上，设计一种基于线性矩阵不等式的优化算法，通过减小RMPC控制误差，达到进一步缩短单元列车的追踪间距的目的。为证明该方法的有效性，仿真了由3辆单元列车构成的虚拟编组列车在一个站间的完整运行过程，并与既有文献中的方法进行了对比。仿真结果显示，单元列车追踪间距可由普通MPC方法下的10 m减小至本方法下的5.05 m,其缩短幅度达到49.5%。实验结果表明，所提出的RMPC方法及其优化算法能够在保证安全运行的前提下缩短虚拟编组单元列车追踪间距。
2023年08期 v.45;No.310 68-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1607K] [下载次数：1029 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：40 ] |[阅读次数：6 ] - 王思琦;刘江;蔡伯根;王剑;
基于全球导航卫星系统的列车定位是下一代列车控制系统的重要技术方向之一，卫星定位驱动的虚拟应答器技术是实现卫星定位与既有列控系统兼容的有效途径。重点关注虚拟应答器的选址布局优化设计问题，结合虚拟应答器捕获与报文触发对卫星定位性能的需求，从候选虚拟应答器布设位置的局域卫星定位观测性能特征出发，运用动态时间规划和具有噪声的基于密度的聚类方法，提出一种铁路沿线局域定位场景聚类策略，基于聚类结果，重点针对卫星信号观测受限区段，构建一种基于麻雀搜索改进遗传算法的虚拟应答器布局优化方法。采用实际线路数据及现场试验数据，对所提出的局域定位场景聚类策略进行了验证，并通过与传统优化算法的对比，验证所提布局优化方法的能力。所得结果对于辅助实际线路虚拟应答器布设方案设计与实施具有参考意义。
2023年08期 v.45;No.310 77-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 3362K] [下载次数：151 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：4 ] - 王思琦;刘江;蔡伯根;王剑;
基于全球导航卫星系统的列车定位是下一代列车控制系统的重要技术方向之一，卫星定位驱动的虚拟应答器技术是实现卫星定位与既有列控系统兼容的有效途径。重点关注虚拟应答器的选址布局优化设计问题，结合虚拟应答器捕获与报文触发对卫星定位性能的需求，从候选虚拟应答器布设位置的局域卫星定位观测性能特征出发，运用动态时间规划和具有噪声的基于密度的聚类方法，提出一种铁路沿线局域定位场景聚类策略，基于聚类结果，重点针对卫星信号观测受限区段，构建一种基于麻雀搜索改进遗传算法的虚拟应答器布局优化方法。采用实际线路数据及现场试验数据，对所提出的局域定位场景聚类策略进行了验证，并通过与传统优化算法的对比，验证所提布局优化方法的能力。所得结果对于辅助实际线路虚拟应答器布设方案设计与实施具有参考意义。
2023年08期 v.45;No.310 77-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 3362K] [下载次数：151 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：3 ] - 王宗耀;上官伟;彭聪;师泽斌;
基于通信的列车控制系统(CBTC)是城市轨道交通信号系统的重要组成部分，其中，CBTC车载系统更是CBTC的核心，针对其高精度、精细化的可靠性评估是保证列车安全高效运行的理论基础。提出一种基于CODAS的CBTC车载系统子系统故障风险评估与维修优先级决策方法，首先对运行采集的故障间隔时间进行拟合，通过K-S检验法选择最优的分布模型，以最优分布模型为基础求解CBTC车载系统及其子系统的可靠度函数曲线，并采用基于弗雷歇距离的曲线相似度表征各类子系统的可靠性影响度；其次，以可靠性影响度、逆平均利用率、故障发生度与故障发生紧急程度构建故障风险评估指标体系，基于熵权法-CODAS(Combinative Distance-based Assessment)对各子系统的故障风险进行评估与排序；同时，以平均维修时间为基础，结合故障风险评估求解过程中获取的各子系统的欧式距离与出租车距离，建立维修优先级决策指标体系，利用熵权法-CODAS确定子系统最优维修顺序；最后，利用北京地铁某线路CBTC车载系统的历史运维数据进行实例分析。该方法能够为实际工作中的维护方案的制定提供理论依据，对于指导CBTC车载系统的可靠性维护具有积极意义。
2023年08期 v.45;No.310 87-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1857K] [下载次数：361 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：4 ] - 王宗耀;上官伟;彭聪;师泽斌;
基于通信的列车控制系统(CBTC)是城市轨道交通信号系统的重要组成部分，其中，CBTC车载系统更是CBTC的核心，针对其高精度、精细化的可靠性评估是保证列车安全高效运行的理论基础。提出一种基于CODAS的CBTC车载系统子系统故障风险评估与维修优先级决策方法，首先对运行采集的故障间隔时间进行拟合，通过K-S检验法选择最优的分布模型，以最优分布模型为基础求解CBTC车载系统及其子系统的可靠度函数曲线，并采用基于弗雷歇距离的曲线相似度表征各类子系统的可靠性影响度；其次，以可靠性影响度、逆平均利用率、故障发生度与故障发生紧急程度构建故障风险评估指标体系，基于熵权法-CODAS(Combinative Distance-based Assessment)对各子系统的故障风险进行评估与排序；同时，以平均维修时间为基础，结合故障风险评估求解过程中获取的各子系统的欧式距离与出租车距离，建立维修优先级决策指标体系，利用熵权法-CODAS确定子系统最优维修顺序；最后，利用北京地铁某线路CBTC车载系统的历史运维数据进行实例分析。该方法能够为实际工作中的维护方案的制定提供理论依据，对于指导CBTC车载系统的可靠性维护具有积极意义。
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为提升高速铁路运输效率，降低列车运行能耗，减少延误及其传播影响，提出基于群体合作演化的列车运行优化方法。首先，在分析编队高速列车群体追踪运行过程的基础上，构建列车群体运行多目标优化模型；其次，构建编队列车追踪速度控制合作演化策略与延误场景下运行调整策略；然后，应用人群搜索算法与改进布谷鸟搜索算法，分别解决编队列车群体控制多目标优化与延误场景运行调整问题；最后，基于列车实际运行数据进行仿真验证。结果表明：编队列车群体合作运行相比传统运行模式，线路占用时间减少189 s,节能率达5.29%;编队列车运行延误经调整优化，延误列车减少2列，总延误时间减少377 s,消解列车运行较小延误，缓解后续列车延误传播。
2023年08期 v.45;No.310 99-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 2541K] [下载次数：373 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：3 ] - 上官伟;敦旖晨;蔡伯根;刘俊囡;宋鸿宇;
为提升高速铁路运输效率，降低列车运行能耗，减少延误及其传播影响，提出基于群体合作演化的列车运行优化方法。首先，在分析编队高速列车群体追踪运行过程的基础上，构建列车群体运行多目标优化模型；其次，构建编队列车追踪速度控制合作演化策略与延误场景下运行调整策略；然后，应用人群搜索算法与改进布谷鸟搜索算法，分别解决编队列车群体控制多目标优化与延误场景运行调整问题；最后，基于列车实际运行数据进行仿真验证。结果表明：编队列车群体合作运行相比传统运行模式，线路占用时间减少189 s,节能率达5.29%;编队列车运行延误经调整优化，延误列车减少2列，总延误时间减少377 s,消解列车运行较小延误，缓解后续列车延误传播。
2023年08期 v.45;No.310 99-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 2541K] [下载次数：373 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：3 ]
- 刘永乾;任尊松;吴潇;王军平;
为研究钢轨打磨对小半径曲线钢轨滚动接触疲劳的影响，基于国内某重载铁路小半径曲线和运行车辆建立实参数轨道-车辆多体动力学仿真模型，对钢轨打磨前后轮轨接触几何关系、轮轨接触应力和轮轨蠕滑力进行分析，现场测试打磨前后车辆通过该曲线的轮轨力，结合Burstow钢轨损伤函数模型对该曲线轨面裂纹萌生寿命进行分析。结果表明：钢轨打磨后，轮轨接触点集中问题得到缓解，轮轨接触应力、轮轨蠕滑力减小和轨面裂纹法向分力减小，实测轮轨力减小，相同载荷下对应的载荷循环数增大。各项指标较打磨前更有利于抑制钢轨滚动接触疲劳的萌生及扩展，轨面裂纹萌生寿命明显延长。打磨后3.5个月轨面裂纹未见明显发展，仿真计算结果与实际情况吻合良好。
2023年08期 v.45;No.310 110-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 4380K] [下载次数：442 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：20 ] |[阅读次数：3 ] - 刘永乾;任尊松;吴潇;王军平;
为研究钢轨打磨对小半径曲线钢轨滚动接触疲劳的影响，基于国内某重载铁路小半径曲线和运行车辆建立实参数轨道-车辆多体动力学仿真模型，对钢轨打磨前后轮轨接触几何关系、轮轨接触应力和轮轨蠕滑力进行分析，现场测试打磨前后车辆通过该曲线的轮轨力，结合Burstow钢轨损伤函数模型对该曲线轨面裂纹萌生寿命进行分析。结果表明：钢轨打磨后，轮轨接触点集中问题得到缓解，轮轨接触应力、轮轨蠕滑力减小和轨面裂纹法向分力减小，实测轮轨力减小，相同载荷下对应的载荷循环数增大。各项指标较打磨前更有利于抑制钢轨滚动接触疲劳的萌生及扩展，轨面裂纹萌生寿命明显延长。打磨后3.5个月轨面裂纹未见明显发展，仿真计算结果与实际情况吻合良好。
2023年08期 v.45;No.310 110-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 4380K] [下载次数：442 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：20 ] |[阅读次数：3 ] - 刘钰;蒋典佑;孙晓丹;赵国堂;
无砟道床温度场是无砟道床温度效应的控制因素。基于传热学原理和实时阴影技术，构建CRTSⅡ型板式无砟轨道单元结构温度场计算模型，研究持续高温环境下温度场的时、空分布特征及在短时气温骤变作用下的演变规律。研究表明：无砟道床的温度和温度梯度以天为单位周期性变化。三天持续高温环境下，无砟道床温度逐步上升，温度梯度逐步下降。短时气温骤变引起温度梯度快速变化，但其影响会在次日清晨消失。短时气温骤升使温度梯度明显升高，但在骤变次日之后温度梯度反而低于原气温情况；短时气温骤降的影响趋势恰好相反。任意时刻，温度场沿水平和深度方向均呈强烈非均匀性。水平方向，正温度梯度时，太阳辐射起主导，阳面温度显著高于阴面，板端高于板中，板角最高；负温度梯度时，对流换热起主导，温度双向对称分布，板中高于板端，板角最低。深度方向，温度非线性变化，轨道板内尤为显著；同一深度，板中心点对气温骤变最不敏感，板角敏感性大于板端。
2023年08期 v.45;No.310 118-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 3020K] [下载次数：377 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：3 ] - 刘钰;蒋典佑;孙晓丹;赵国堂;
无砟道床温度场是无砟道床温度效应的控制因素。基于传热学原理和实时阴影技术，构建CRTSⅡ型板式无砟轨道单元结构温度场计算模型，研究持续高温环境下温度场的时、空分布特征及在短时气温骤变作用下的演变规律。研究表明：无砟道床的温度和温度梯度以天为单位周期性变化。三天持续高温环境下，无砟道床温度逐步上升，温度梯度逐步下降。短时气温骤变引起温度梯度快速变化，但其影响会在次日清晨消失。短时气温骤升使温度梯度明显升高，但在骤变次日之后温度梯度反而低于原气温情况；短时气温骤降的影响趋势恰好相反。任意时刻，温度场沿水平和深度方向均呈强烈非均匀性。水平方向，正温度梯度时，太阳辐射起主导，阳面温度显著高于阴面，板端高于板中，板角最高；负温度梯度时，对流换热起主导，温度双向对称分布，板中高于板端，板角最低。深度方向，温度非线性变化，轨道板内尤为显著；同一深度，板中心点对气温骤变最不敏感，板角敏感性大于板端。
2023年08期 v.45;No.310 118-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 3020K] [下载次数：377 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：3 ] - 江来伟;岑敏仪;张同刚;李阳腾龙;
有砟轨道不平顺通常由大型养路机械捣固车拨道与起道抄平作业控制。高速铁路和普速铁路桥梁有砟轨道在捣固车精捣作业后，梁上轨道普遍存在难以消除的上拱现象，造成轨道垂向不平顺，影响列车安全平稳行驶。根据起道抄平原理，深入分析梁上轨道上拱成因，推演捣固车在简支梁桥有砟轨道作业的起道抄平误差模型(Lifting and Levelling Error Model, LLEM)。对轨道静态检测垂向偏差做带通滤波处理，构建32 m简支梁有砟轨道上拱的静态修正函数。运用动态检测里程误差修正及高通滤波处理方法，确定梁上轨道动、静态检测垂向不平顺互差，得出32 m简支梁桥有砟轨道预拱模型(Ballasted Track Pre-Camber Setting Model, BTPCM)。最后，通过某新建有砟轨道桥梁段精测精捣工程实践检验，采用动静态修正对比分析，从静态检测3种弦长指标、动态检测轨道不平顺谱以及车体垂向加速度三方面，验证LLEM和BTPCM的有效性。研究表明，轨道上拱是捣固作业点纵向矢距发生变化引入起道抄平误差所致，是作业中梁体受捣固车动荷载影响的结果。精测精捣中顾及起道抄平误差和有砟轨道预拱，能切实有效地控制多跨32 m简支梁桥有砟轨道动态垂向不平顺，使列车高速行驶更加平稳舒适。
2023年08期 v.45;No.310 129-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 2777K] [下载次数：204 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：4 ] - 江来伟;岑敏仪;张同刚;李阳腾龙;
有砟轨道不平顺通常由大型养路机械捣固车拨道与起道抄平作业控制。高速铁路和普速铁路桥梁有砟轨道在捣固车精捣作业后，梁上轨道普遍存在难以消除的上拱现象，造成轨道垂向不平顺，影响列车安全平稳行驶。根据起道抄平原理，深入分析梁上轨道上拱成因，推演捣固车在简支梁桥有砟轨道作业的起道抄平误差模型(Lifting and Levelling Error Model, LLEM)。对轨道静态检测垂向偏差做带通滤波处理，构建32 m简支梁有砟轨道上拱的静态修正函数。运用动态检测里程误差修正及高通滤波处理方法，确定梁上轨道动、静态检测垂向不平顺互差，得出32 m简支梁桥有砟轨道预拱模型(Ballasted Track Pre-Camber Setting Model, BTPCM)。最后，通过某新建有砟轨道桥梁段精测精捣工程实践检验，采用动静态修正对比分析，从静态检测3种弦长指标、动态检测轨道不平顺谱以及车体垂向加速度三方面，验证LLEM和BTPCM的有效性。研究表明，轨道上拱是捣固作业点纵向矢距发生变化引入起道抄平误差所致，是作业中梁体受捣固车动荷载影响的结果。精测精捣中顾及起道抄平误差和有砟轨道预拱，能切实有效地控制多跨32 m简支梁桥有砟轨道动态垂向不平顺，使列车高速行驶更加平稳舒适。
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基于非饱和土的实用波动方程，利用双重Fourier变换和Galerkin法，推导u_b-p_l-p_g格式的非饱和土频域-波数域内的2.5维有限元表达式。引入坐标拉伸函数构建完美匹配层单元，提出非饱和地基-结构动力响应的2.5维有限元-完美匹配层法，并验证该算法的可靠性。以某工程地铁隧道并行高铁路基段为研究背景，利用该方法分析隔离桩对地铁减振效果的影响。结果表明：隔离桩能够显著减小地基表面土体的振动响应，且桩径和隔离桩与隧道距离越大，隔离桩的减振效果越好，双排桩的隔振效果要优于单排桩。隔离桩的存在会使得隧道右侧(无隔离桩侧)的土体响应增强，在隔离桩减振设计时应考虑振动放大现象的影响。
2023年08期 v.45;No.310 138-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K] [下载次数：644 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：3 ] - 狄宏规;苏光北;郭慧吉;周顺华;于佳永;
基于非饱和土的实用波动方程，利用双重Fourier变换和Galerkin法，推导u_b-p_l-p_g格式的非饱和土频域-波数域内的2.5维有限元表达式。引入坐标拉伸函数构建完美匹配层单元，提出非饱和地基-结构动力响应的2.5维有限元-完美匹配层法，并验证该算法的可靠性。以某工程地铁隧道并行高铁路基段为研究背景，利用该方法分析隔离桩对地铁减振效果的影响。结果表明：隔离桩能够显著减小地基表面土体的振动响应，且桩径和隔离桩与隧道距离越大，隔离桩的减振效果越好，双排桩的隔振效果要优于单排桩。隔离桩的存在会使得隧道右侧(无隔离桩侧)的土体响应增强，在隔离桩减振设计时应考虑振动放大现象的影响。
2023年08期 v.45;No.310 138-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K] [下载次数：644 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：3 ] - 陕耀;陈平;周顺华;叶伟涛;代宁;
路基填料的力学性质在车致振动下会发生显著变化，既有车速为350 km/h的高速铁路路基动力异常现象正逐步显现。当车速接近400 km/h甚至更高时，高速铁路路基振动响应的高频成分更为显著，探究高频振动下散体材料强度的变化规律有助于揭示路基潜在的动力隐患。为研究高频振动作用下散体材料的强度变化规律，选用材料参数变异性小的平潭标准砂进行一系列三轴试验，将试样通过静力加载至近临界状态后附加高频循环荷载，研究高频循环荷载作用下砂土残余抗剪强度特性，及振动强度、有效围压、初始相对密实度、含水率、振动频率等因素对残余抗剪强度损失的影响。试验结果表明：附加高频循环荷载会引起砂土试样残余抗剪强度的损失，即静态与振动稳定后残余抗剪强度之差。
2023年08期 v.45;No.310 147-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 2537K] [下载次数：715 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：4 ] - 陕耀;陈平;周顺华;叶伟涛;代宁;
路基填料的力学性质在车致振动下会发生显著变化，既有车速为350 km/h的高速铁路路基动力异常现象正逐步显现。当车速接近400 km/h甚至更高时，高速铁路路基振动响应的高频成分更为显著，探究高频振动下散体材料强度的变化规律有助于揭示路基潜在的动力隐患。为研究高频振动作用下散体材料的强度变化规律，选用材料参数变异性小的平潭标准砂进行一系列三轴试验，将试样通过静力加载至近临界状态后附加高频循环荷载，研究高频循环荷载作用下砂土残余抗剪强度特性，及振动强度、有效围压、初始相对密实度、含水率、振动频率等因素对残余抗剪强度损失的影响。试验结果表明：附加高频循环荷载会引起砂土试样残余抗剪强度的损失，即静态与振动稳定后残余抗剪强度之差。
2023年08期 v.45;No.310 147-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 2537K] [下载次数：715 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：4 ] - 马俊军;蔺鹏臻;
氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构发生耐久性失效的主要原因之一，研究氯离子在混凝土中的扩散机理具有重大意义。以组成混凝土的三相复合特点，采用细观尺度模拟和元胞自动机相结合的方法，提出用于描述混凝土氯离子时变扩散效应的MCA模型，并对影响模型计算效率和应用限制的元胞尺寸进行讨论。根据已有的氯离子浓度实测结果对所提出的模型进行验证。利用MCA模型对影响氯离子扩散效应的各细观结构参数进行分析。理论和试验结果表明：推荐采用的元胞尺寸为最小骨料粒径的0.707倍；MCA模型模拟的氯离子浓度平均值与试验值偏差不超过10%,且随时间和深度的变化规律与试验结果一致；模型具有描述材料变异性的能力，能够准确描述氯离子在截面内的浓度分布；界面扩散特性对氯离子扩散效应影响最为显著，骨料含量次之，氯离子扩散效应随界面扩散特性的增加而增加，随骨料含量的增加而减小，而骨料分布形式基本不会对氯离子扩散效应产生影响。
2023年08期 v.45;No.310 156-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 4436K] [下载次数：309 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：3 ] - 马俊军;蔺鹏臻;
氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构发生耐久性失效的主要原因之一，研究氯离子在混凝土中的扩散机理具有重大意义。以组成混凝土的三相复合特点，采用细观尺度模拟和元胞自动机相结合的方法，提出用于描述混凝土氯离子时变扩散效应的MCA模型，并对影响模型计算效率和应用限制的元胞尺寸进行讨论。根据已有的氯离子浓度实测结果对所提出的模型进行验证。利用MCA模型对影响氯离子扩散效应的各细观结构参数进行分析。理论和试验结果表明：推荐采用的元胞尺寸为最小骨料粒径的0.707倍；MCA模型模拟的氯离子浓度平均值与试验值偏差不超过10%,且随时间和深度的变化规律与试验结果一致；模型具有描述材料变异性的能力，能够准确描述氯离子在截面内的浓度分布；界面扩散特性对氯离子扩散效应影响最为显著，骨料含量次之，氯离子扩散效应随界面扩散特性的增加而增加，随骨料含量的增加而减小，而骨料分布形式基本不会对氯离子扩散效应产生影响。
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既有铁路桥梁中，预应力钢绞线有效预应力识别关系铁路桥梁工作安全状态的评判，建立一种直接通过应力释放法来识别有效预应力的方法。首先，通过有限元仿真模拟分析，对钢绞线钻孔后孔边应力释放规律以及钻孔参数对应力释放过程的影响进行探究，结果表明，钢绞线钻孔后孔边应力释放量随孔边距的增加从最大值逐渐减小，且减小速度由快到慢趋于平缓；孔边应力释放量随钻孔半径和钻孔深度的增加而增加，当钻孔深度与钻孔半径比值在2.0～3.0之间时，孔边应力释放量接近收敛。然后，通过钢绞线钻孔试验，对以上规律进行验证和分析。同时，基于不同等级张拉力下钻孔半径0.5 mm、钻孔深度2.5 mm的应变片实测应变释放量数据，拟合盲孔法识别钢绞线有效预应力的经验公式，经误差分析得出，有效预应力拟合计算值与真实值之间的相对误差最大值为8.82%,超过85%的数据相对误差在7%以内，证明盲孔法识别钢绞线有效预应力具有可行性。
2023年08期 v.45;No.310 166-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 2742K] [下载次数：273 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：4 ] - 张志国;吴冀桥;张彩亮;许琪;陈叶鑫;王泽远;
既有铁路桥梁中，预应力钢绞线有效预应力识别关系铁路桥梁工作安全状态的评判，建立一种直接通过应力释放法来识别有效预应力的方法。首先，通过有限元仿真模拟分析，对钢绞线钻孔后孔边应力释放规律以及钻孔参数对应力释放过程的影响进行探究，结果表明，钢绞线钻孔后孔边应力释放量随孔边距的增加从最大值逐渐减小，且减小速度由快到慢趋于平缓；孔边应力释放量随钻孔半径和钻孔深度的增加而增加，当钻孔深度与钻孔半径比值在2.0～3.0之间时，孔边应力释放量接近收敛。然后，通过钢绞线钻孔试验，对以上规律进行验证和分析。同时，基于不同等级张拉力下钻孔半径0.5 mm、钻孔深度2.5 mm的应变片实测应变释放量数据，拟合盲孔法识别钢绞线有效预应力的经验公式，经误差分析得出，有效预应力拟合计算值与真实值之间的相对误差最大值为8.82%,超过85%的数据相对误差在7%以内，证明盲孔法识别钢绞线有效预应力具有可行性。
2023年08期 v.45;No.310 166-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 2742K] [下载次数：273 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：5 ] - 姚毅;来弘鹏;张秦;刘禹阳;
为体现围岩塑性区扩展与隧道掘进之间的动态关系，基于空间约束效应等效模型对Mohr-Coulomb准则和广义Hoek-Brown准则下塑性区半径公式进行修正。讨论空间约束效应合理等效函数的选取，给出约束范围的定量求解方法，并结合文献中3种代表性岩体进行算例验证，进一步总结空间约束效应与围岩属性、隧道支护力之间的关系，最终揭示了空间约束效应的本质属性。对比考虑约束效应影响下，2个修正后的塑性区半径公式间的关联性与适用性。研究结果表明，空间约束效应决定了塑性区的发展路径，但不会影响塑性区上限值，不同围岩条件下约束范围各异，而非固定的5倍洞径。为准确预测塑性区扩展规律，应根据围岩情况选取适宜的强度准则，在岩体参数c、φ等效基础上，硬岩条件下，可任意选用Mohr-Coulomb准则或广义Hoek-Brown准则；软岩条件下，采用广义Hoek-Brown准则比Mohr-Coulomb准则计算的塑性区范围大。
2023年08期 v.45;No.310 176-183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1289K] [下载次数：336 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：3 ] - 姚毅;来弘鹏;张秦;刘禹阳;
为体现围岩塑性区扩展与隧道掘进之间的动态关系，基于空间约束效应等效模型对Mohr-Coulomb准则和广义Hoek-Brown准则下塑性区半径公式进行修正。讨论空间约束效应合理等效函数的选取，给出约束范围的定量求解方法，并结合文献中3种代表性岩体进行算例验证，进一步总结空间约束效应与围岩属性、隧道支护力之间的关系，最终揭示了空间约束效应的本质属性。对比考虑约束效应影响下，2个修正后的塑性区半径公式间的关联性与适用性。研究结果表明，空间约束效应决定了塑性区的发展路径，但不会影响塑性区上限值，不同围岩条件下约束范围各异，而非固定的5倍洞径。为准确预测塑性区扩展规律，应根据围岩情况选取适宜的强度准则，在岩体参数c、φ等效基础上，硬岩条件下，可任意选用Mohr-Coulomb准则或广义Hoek-Brown准则；软岩条件下，采用广义Hoek-Brown准则比Mohr-Coulomb准则计算的塑性区范围大。
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针对隧道衬砌结构渗漏水形态复杂，光照与背景干扰强，样本不平衡导致的误识别与漏识别问题，为提高渗漏水自动识别准确率和效率，提出基于全景图像的渗漏水病害快速检测方法。首先，依据自主研发的隧道检测车采集结构表观全景图像，构建专属的渗漏水定位检测及分割样本库；然后，针对渗漏水这类形态非刚性目标，改进了DeepLab V3+分割网络，引入可变形卷积以提高感受野尺度变化自适应能力，同时融合逐像素交叉熵损失函数与Focal Loss损失函数；最后，提出方向区域搜索算法，解决因窗口滑动预测方式而造成分割断裂的问题。研究结果表明：与UNet、DeepLab V3+相比，提出的改进算法分割精度平均交并比为91.02%,提高了3.3%;同时平均每张2 560×2 048像素图片识别耗时0.30 s,降低了23%。方法已集成于同济曙光病害自动识别软件，并已用于隧道检测工程作业中，取得良好的应用效果。
2023年08期 v.45;No.310 184-192页 [查看摘要][在线阅读][下载 2067K] [下载次数：500 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：16 ] |[阅读次数：3 ] - 许敏娟;陈莹莹;刘浩;
针对隧道衬砌结构渗漏水形态复杂，光照与背景干扰强，样本不平衡导致的误识别与漏识别问题，为提高渗漏水自动识别准确率和效率，提出基于全景图像的渗漏水病害快速检测方法。首先，依据自主研发的隧道检测车采集结构表观全景图像，构建专属的渗漏水定位检测及分割样本库；然后，针对渗漏水这类形态非刚性目标，改进了DeepLab V3+分割网络，引入可变形卷积以提高感受野尺度变化自适应能力，同时融合逐像素交叉熵损失函数与Focal Loss损失函数；最后，提出方向区域搜索算法，解决因窗口滑动预测方式而造成分割断裂的问题。研究结果表明：与UNet、DeepLab V3+相比，提出的改进算法分割精度平均交并比为91.02%,提高了3.3%;同时平均每张2 560×2 048像素图片识别耗时0.30 s,降低了23%。方法已集成于同济曙光病害自动识别软件，并已用于隧道检测工程作业中，取得良好的应用效果。
2023年08期 v.45;No.310 184-192页 [查看摘要][在线阅读][下载 2067K] [下载次数：500 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：16 ] |[阅读次数：6 ] 下载本期数据