基于经验模态分解的轨道不平顺时频特征分析

高速铁路轨道不平顺测量值是由许多不同频率、不同幅值的单分量信号叠加而成的复杂随机过程.为分析轨道不平顺在空间域和频率域的分布特性,利用希尔伯特-黄变换方法提取轨道不平顺在时-频域的能量分布,为从幅值和波长两个方面综合评价轨道几何状态提供一种新的分析方法.首先,利用多元经验模态分解基于数据驱动的滤波特性,将轨道不平顺数据同时分解为不同尺度下的幅值-频率调制的多元本征模态函数;然后,通过希尔伯特变换计算各尺度下本征模态函数的瞬时频率,分析各层本征模态函数的频率和能量分布特征.通过对轨道检查车的实测轨道不平顺数据解算与分析表明:轨道不平顺的频率分布呈现出近似二进滤波特性,并且每个尺度下的频率带宽较窄;多元经验模态分解尺度图能确定轨道不平顺在各尺度下的能量分布及对应的波长特征;样本轨道不平顺数据中,轨距和水平不平顺的能量主要分布在中长波波段,轨向和高低的能量主要集中在空间波长4~36 m范围;扭曲的能量分布在波长为4.9 m和7.6 m的两个尺度内.      

基于高铁轨道不平顺的车轮不圆顺识别模型

为获取高速运行车辆的车轮不圆顺幅值，并进一步研究轨道谱，建立一种基于轨道不平顺的车轮不圆顺幅值快速测量模型. 首先分析了车轮不圆顺在轨道不平顺检测数据中的分布规律，提出车轮不圆顺的密集采样方法，进而建立基于稀疏轨道不平顺数据的车轮不圆顺动态识别模型. 通过数值仿真研究发现:车轮不圆顺对基于惯性基准法测得的离散轨道不平顺数据的幅值影响较小，对频域（轨道谱）影响较大；车轮不圆顺会干扰波长小于和等于轮长的轨道不平顺检测数据，且对前者影响更大；车轮不圆顺对波长大于轮长的轨道不平顺数据也有影响，最大影响波长仅与车轮周长和轨道不平顺的采样间距有关；识别模型能有效地从轨道不平顺检测数据中提取车轮不圆顺，误差可控制在0.02 mm以内.      

轨道不平顺概率模型

为了高效选取轨道不平顺随机样本, 以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求, 依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征, 提出了一种轨道不平顺概率模型; 采用离散概率积分和统计方法, 在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列, 对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布; 采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征, 视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性, 采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率; 采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱, 并反演随机不平顺序列; 实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发, 对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果, 以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明: 以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源, 获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%, 2种模型均能准确表达不平顺激扰特性; 为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致, 采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本, 概率模型具有更高的分析效率; 在给定计算工况下, 轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g~0.043g (g为重力加速度), 均未超过《高速铁路设计规范》 (TB 10621—2014) 中的限值(轮轨力为170kN, 车体加速度为0.25g), 表明此高速铁路轨道不平顺状态较优, 行车安全性和舒适性可以得到保证。      

基于马尔可夫决策过程的轨道不平顺维修策略研究

为有效判别轨道几何状态、适应高速铁路养护状态修，开展轨道不平顺维修策略优化研究。选取马尔可夫决策过程，设置轨道状态等级、维修动作空间和维修动作成本等模型参数，利用价值迭代算法进行求解，实现高速铁路线路维修计划的有效制定。以华东地区某有砟高速铁路线路为例，结合典型劣化速度的轨道单元区段特征，分析马尔可夫决策模型的维修决策优化过程并验证效果，同时探究轨道单元区段在每个决策时刻的最优维修决策，利用蒙特卡洛法模拟规划周期内的维修总成本并与实际维修成本进行对比。结果表明：基于马尔可夫决策过程的轨道不平顺维修决策，能够充分考虑轨道单元区段不平顺劣化的异质性，可以根据轨道单元区段的实际状态和劣化规律科学安排维修活动，提高维修作业的空间分辨率，规划周期内维修决策的优化效果显著，在保证线路高平顺性的同时减少维修成本，对铁路线路轨道养护维修具有指导作用。     

动静态轨道不平顺评价差异及动态弦测法特性

中点弦测法能够有效控制影响行车安全性和舒适性的指定波段轨道不平顺,主要用于测量轨道静态不平顺,但其较低的测量效率制约着轨道“状态修”的发展. 针对上述问题,将轨道动态不平顺按中点弦测输出,分析动静态弦测值差异与弦长和不平顺波长的关联关系,提出能够评价轨道动态平顺性的动态弦测法,研究动态不平顺与静态不平顺间的映射关系. 研究结果表明:42 m和70 m动态高通滤波幅值分别与10 m弦和20 m弦测值变化规律相当;当不平顺波长大于70 m时,120 m动态高通滤波幅值与40 m弦测值变化规律基本对应;截止波长为42、70、120 m的轨道动态不平顺,分别与弦长为20、30 ~ 40、30 ~ 60 m的动态弦测波形相关性最优,对应的动态弦测法最大合理弦长分别为20、30、40 m,通过路基和简支梁区段实测数据验证了动态弦测法的适应性;在路基沉降区段,弦长为60 m时,静态弦测值明显朝负方向偏离动态弦测值的处所为沉降点,相邻两侧朝正方向偏离动态弦测值的处所为沉降区段起终点.      

时滞多维轨道不平顺激励的一致白噪声模型

为获得各轮轴处轨道不平顺，用于列车．桥梁振动控制和随机振动分析，研究了轨道不平顺的模拟方法．采用白噪声滤波法生成单轮轴的轨道不平顺；为实现不平顺波长选择，提出了成型滤波器参数的宽频带识别法．为考虑各轮轴间的时延，利用相邻轮轴间的短时滞，构造了基于高阶Pade近似的累次时滞系统．将成型滤波器与时滞系统相结合，得到了以白噪声为输入、列车各轮轴处轨道不平顺为输出的状态方程．算例表明，模拟样本与轨道不平顺目标谱密度相符，且满足各轮轴处轨道不平顺之间的时滞关系．     

合武客专无砟轨道曲线段不平顺谱分析

以合武客运专线动检车实测轨道不平顺数据为统计样本,采用轨道不平顺变化率和线性插值方法以及经验模态分解法对轨道不平顺异常值和趋势项进行处理,并运用经典周期图法对统计样本进行空间谱估计,同时采用最小二乘法对轨道不平顺功率谱进行拟合。研究结果表明,不平顺功率谱谱线普遍低于美国6级谱,在长波波段能量较低,但存在周期性成分,同时温度力对无缝线路影响显著。缓和曲线与圆曲线的分析结果都表明内轨平顺状况优于外轨。     

高架桥梯形轨枕轨道不平顺测量

北京地铁5号线天通苑站至天通苑北站之间铺设了一段长为171 m的梯形轨枕轨道试验段.为了得出符合城市轨道交通实际情况的轨道不平顺谱,对梯形轨枕轨道试验段进行了轨道不平顺测量,并对轨道不平顺功率谱进行了拟合,得出了拟合曲线的特征参数.通过对测量结果进行幅值分析和功率谱分析可知,北京地铁5号线梯形轨枕轨道试验段的轨道平顺状态较好.     

线路不平顺波长对提速列车横向舒适性影响

为提高列车在提速区段的乘坐舒适性,借助于现场试验测试数据,运用车辆-轨道耦合动力学理论,通过轨道随机不平顺功率谱变换得到不同波长的不平顺,研究了线路不平顺波长对列车运行平稳性及乘坐舒适性的影响及规律。分析结果表明:提速机车以150km.h-1速度在直线轨道上运行时,如果线路不平顺波长为1～20m,则车体振动主频主要集中在2.20～4.00Hz,避开了人体正常敏感频率,平稳性指标属优级;如果线路不平顺波长为20～30m,则车体振动主频降低至1.50Hz左右,正好处于人体敏感频率范围,乘坐舒适性大大降低,平稳性指标值增加了20%多;更长的波长(大于30m)对机车运行平稳性影响较小,指标与1～20m波长的相应值处于相同等级。可见,对于既有提速线路,必须严格控制不平顺的20～30m波长,虽然该波段的不平顺幅值很小,但对列车在提速区段车体横向振动影响甚大。     

铁路轨道不平顺随机过程的数值模拟

分析了目前广泛应用的几种轨道不平顺模拟方法,构造了基于频域功率谱等效的一种新的算法,分别求出频谱的幅值和随机相位,再通过傅立叶逆变换是到轨道平顺时域模拟样本。数值模拟试验表明,这种模拟方法较其它模拟方法更为简洁有效。     

预应力管桩在高速公路拼接工程中的应用

针对预应力管桩在高速公路软土地基拼接工程中的应用,介绍了刚性桩复合地基沉降量的计算方法,并将计算数据与现场观测数据进行对比,结果表明采用预应力管桩复合地基,具有处理效果明显、质量可靠等优点,可为相关工程提供参考。     

桥梁常见桩基础形式的ANSYS仿真分析

桥梁桩基础设计和计算通常按相关规范给定的方法进行,规范算法不仅将空间的群桩基础完全简化成了平面问题,而且对于很多计算中的难点,规范还采用了大量的合理或者不合理的近似。在与规范方法假定一致的条件下或在规范的框架下,如何利用有限元方法实现大型桩基础的计算分析是很有必要解决的问题。通过一个典型的群桩算例,对各种桩基础形式进行了计算和理论分析。分析结果表明以ANSYS为计算手段的有限元仿真算法可以使桩基础的计算更加快捷,结果更加合理,也能在一定程度上解决一些桩基础的计算难点,具有一定的理论意义和工程实践应用价值。     

压力注浆在高速公路路基塌陷治理中的应用

详细介绍了采用压力注浆法对采空区引起的公路路基塌陷进行治理的施工情况.治理后的地基承载力达到了规范要求,说明该种方法在治理采空区引起的公路路基塌陷是可行的.在采用压力注浆法治理公路路基塌陷时,需要通过注浆试验确定合理的设计参数、选择性能良好的施工设备、制定切实可行的施工工艺以及一套完整的质量保证体系.     

文克尔地基上基础梁内力简化分析方法

介绍了文克尔地基上基础梁内力计算的三种方法,即“有限长梁的叠加原理法”和通过查表求解的“设计简化法”及“有限元法”。通过实例计算对比,分析了“设计简化法”在基础梁内力计算中存在的误差和不足。随着计算机的应用普及,文克尔地基上基础梁内力计算应优先采用“有限长梁的叠加原理法”和“有限元法”。     

某工程强夯法地基处理的设计思路

本文以珠海某地基处理工程为例,围绕强夯法地基处理设计思路中的关键问题进行了探讨.系统归纳了强夯法动力密实、动力固结、动力置换3种主要方法的机理特点和适用性.基于工程实例,详细分析了地基处理场区的地质情况,并以软土分布规律为依据进行了合理性区域划分,针对不同分区确定了相应的强夯地基处理方法,采用应力面积法和有限元方法对地基沉降计算进行了对比分析,阐述了地基加固效果检测在信息化施工及优化设计中的重要性.     

高压旋喷法处理高速公路软土地基

结合实际工程,介绍了高压旋喷注浆法加固高速公路软土地基,叙述了其在处理公路软弱地基工程中的设计计算过程、施工工艺并分析了加固效果,,证明这种加固方法可以应用于高速公路的软土路基加固工程中.     

丹海高速岩溶地质的桩基设计

本文通过对桩基的正常计算和设计,确定桩端与溶洞顶的距离,再对桩基进行冲切验算,阐述了岩溶地质的桩设计应考虑的问题。     

横向变刚度复合地基在高速公路软基处理中的应用

依托某高速公路桥头段工程,建立变刚度复合地基有限元模型,在验证模型正确性的基础上,针对变桩距方案进行横向沉降、水平位移、剪应力计算和分析;对变桩长、变模量与变桩距方案进行综合比选,建议采用变桩距方案来实现复合地基调平设计,该方案可有效控制路堤横向差异沉降,同时文章对横向变刚度复合地基在拓宽工程中的应用问题进行了探讨.     

桩基承载能力的有限元分析

针对工程实例,利用ABAQUS有限元软件建立单桩承载力的有限元计算模型,研究桩基承载特性,并与桩基静载试验所得实测数据比较。结果表明,模拟计算结果与工程实际基本吻合,说明采用的计算方法和模型是合理可行的。同时研究了在不同桩土界面摩擦系数条件下桩的沉降和轴向力变化情况,为不同工程地质条件的桩基设计提供参考。     

垫层法在软土地基处理中的应用

在软土地基上修建基础通常无法达到要求的地基承载力,因此需对软土地基进行处理.结合工程实例,对其采取垫层法处理软基,总结了换填垫层法设计及其具体的施工要点和施工实践等.工程实施效果表明,垫层法在软土地基处理中应用的可行性,为同类工程提供参考借鉴.