高速铁路路堑段地面振动试验研究及数值分析

为研究高速铁路路堑在高速列车荷载下的地面垂向振动随距离传播规律,对宝兰高铁路堑段地面垂向振动进行现场试验,对现场试验的数据从时域和频域两个方面进行分析揭示地面垂向振动加速度响应特征。结果表明,路堑垂向振动加速度在距离线路中心线12.5～40 m总体呈衰减趋势,靠近线路中心线处12.5～20 m处垂向振动加速度衰减较快,较远处20～40 m处衰减速度较慢。地面垂向振动加速度在各测点处由60 Hz及100 Hz附近的频率成分主导,随着距离的增大,110 Hz左右的高频成分衰减很快,到了距线路中心线20～40 m,振动加速度在60 Hz左右的频率成分占优。依据现场工况,建立了列车-轨道-路堑-地基数值分析模型,并通过数值试验的方法,设置不同的场地速度特性,分析不同场地条件对路堑振动响应的影响。数值分析表明,场地速度特性(覆盖层与下卧层模量比、覆盖层厚度)是影响地面振动剧烈程度的重要因素,地基覆盖层与下卧层模量比越大,地面振动越强烈,模量比一定,覆盖层厚度越小,地面振动越大。     

地铁隧道列车运行诱发环境二次振动初探

建立了车-线-隧道耦合动力学模型,输入实际的列车、轨道、隧道承力结构参数,获得地铁列车运行时的隧道承力结构动态激励。在此基础上,综合运用有限单元法和无限边界元法,建立了隧道-土体-建筑动力耦合模型,分析隧道周围土体及沿线建筑物的受振特性,探析地铁列车振动对环境的影响规律。结果表明:地铁列车运行引起周围环境的二次振动为低频振动,且主要为竖向振动和横向振动;列车通过时,地面竖向振动最大值出现在距离隧道中心线10 m处,竖向振动加速度除了在距离隧道中心线45 m点出现反弹外,其他各点的振动加速度幅值基本上都是随着距离的增加而逐渐减小;随着传播距离的增加,较高频率的振动成分幅值衰减较快。     

基于2.5维有限元法和虚拟激励法的地铁交通场地随机振动分析

基于2.5维有限元法和虚拟激励法进行地铁交通场地随机振动特征分析。基于虚拟激励法由轨道不平顺功率谱得到动态轮轨力功率谱,将其作为轨道—隧道—地基土系统2.5维有限元模型的外部激励,计算得到地面随机振动响应,分析车速和轨道不平顺等级对地面随机振动特征的影响。结果表明:地面振动位移受车辆轴重控制,受轨道不平顺随机激励影响较小;地面振动速度和加速度主频随地铁车速的增加显著增大,轨道不平顺等级不改变地面振动响应的频谱分布;轨道不平顺等级降低和地铁车速增大造成地面随机振动响应的离散度和Z振级最大值显著增加;轨道不平顺随机激励下,地面振动速度和加速度上限值以及Z振级最大值在垂直于地铁运行方向的衰减出现明显波动,距轨道中心线60 m外衰减趋势变缓。     

运行列车对附近建筑物振动影响的试验研究和数值分析

通过对京广铁路沿线附近1幢6层砖混结构住宅楼进行现场测试,研究运行列车对附近建筑物振动的影响规律.测试分析表明:运行列车引起附近建筑物楼板的振动有随层高增加而增大的趋势,建筑物顶层的竖向振级比底层大1～2 dB;同一楼层楼板的振动随其距轨道的距离增大而减小;在相同车速下,货车比客车引起的速度振级大5～6 dB;此外,建筑物室外散水处的振动大于临近1层楼面的振动.建立考虑地基土一建筑物基础间为协调变形的列车-轨道-路基-周围地层-建筑物系统空间动力分析模型,计算运行列车作用下的建筑物动力响应规律,并与实测结果进行比较,结果表明,给出的模型能够较好地预测运行列车所引起附近建筑物的振动.     

地铁运行列车引起建筑物低频振动的数值分析

采用施加在轨道上的一系列移动轴荷载模拟列车作用,利用轨道结构连续弹性双层梁模型,计算出某城市地铁列车运行产生的轨枕与隧道之间的作用力。在此基础上,建立隧道-土层-建筑物有限元模型分析了不同车速下不同距离建筑物中不同楼层的振动规律。分析结果表明:移动列车轴荷载引起建筑物低频振动;车速越高,建筑物的竖向振动水平越高;随着到轨道中心线距离的增加,建筑物竖向振动水平逐渐减小;不同楼层竖向振动水平基本接近。     

沪宁城际铁路振动对周围环境及邻近铁路地基沉降的影响研究

本文对沪宁城际高速铁路列车运行引起的周围环境振动特性和振动传播规律,以及振动对京沪铁路地基沉降的影响进行研究。通过建立数值模型,分析桩网结构地基加固方式和土质条件对振动的影响,并对振动引起的京沪铁路地基土体累积变形进行了预测。结果表明:采用桩网结构进行地基加固后,地面振动减弱,且距离地基加固区越近,减振效果越明显,距线路中心线10m处地面振动加速度峰值下降约33.8%;土质条件对振动传播有较明显的影响,软土条件下,振动衰减较快,近场地面处的振动较大,应重点关注振动对行车安全的影响;较硬土质条件下,振动衰减较慢,应重点关注振动对周围环境的影响;当地基表层和底层土体硬度较大,且中间夹有软土层时,振动衰减速度缓慢,应注意振动的影响范围。两线路基坡脚间距为20m时,在沪宁城际铁路当前轨道平顺性和平顺性恶化条件下,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量分别增加3.44%和7.07%;坡脚间距为5m时,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量增加18.36%,这反映出轨道平顺性和线间距(沪宁城际与京沪铁路间距离)对列车荷载循环作用下的地基土体累积变形影响较小。     

高速列车诱发桥隧段线路振动特性试验研究

以广深港(广州—深圳—香港)高速铁路光明城高架段以及武广(武汉—广州)高速铁路金沙洲隧道段为工程背景,开展高速铁路振源及环境振动现场测试,研究其振源特点和环境振动衰减规律。试验结果表明:高速列车诱发高架曲线段振源振动强度明显高于直线段,桥面Z振级远高于隧道壁Z振级;高架段断面环境振动Z振级高于隧道段断面最大达33 dB;环境振动Z振级随距轨道中心线距离增加而逐渐减小,但距离15 m以后,高架段和隧道段衰减规律略有不同;环境振动主频集中在20～80 Hz,随着距轨道中心线距离增加,环境振动高频成分衰减速度大于低频成分;对于隧道而言,其埋深越大,环境振动主频越低。研究成果对高速铁路、市域快速轨道交通设计具有参考价值。     

地铁列车运行引起的环境振动三维数值分析

采用移动荷载模拟地铁列车运行,利用ANSYS建立轨下基础-隧道-大地三维有限元模型进行分析.分析表明,大地振动最强的区域在离振源最近的轨道下方处;隧道越深,地面振动越小;随着列车速度的增大,地面振动随之增大;荷载频率越高,地面振动加速度衰减越快.应重点考虑低频段荷载对地面的影响.     

冲压机械振动对高铁桥梁及行车动力影响分析

高速铁路桥梁的平顺性和稳定性对运营列车的平稳性和安全性有很大影响。为研究冲压机械产生的外部振动激励对高铁桥梁的影响,首先通过对此机械引起的地面振动进行实测,并结合有限元分析软件,确定最大冲击荷载作用下产生的地面振动及传播至桥墩处的振动;然后通过建立列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,将桥墩处的地面振动作为激励输入,分析列车以不同速度通过时车辆、桥梁动力学响应。结果表明:地面冲击振动有限元模型计算结果与实测结果基本相符,验证了模型的可靠性;地面振动对桥梁响应会产生一定的影响,距振源50 m处地面振动对桥梁所产生的影响较距振源80 m处(桥墩处)的大,但对运行车辆的影响很小;随着车速由250 km/h至350 km/h,车辆及桥梁各结构的动态响应均有所增大,但都未超出安全限值。因此,冲压机械冲击作用导致的地面振动对列车-轨道-桥梁系统动态服役性能影响非常有限。     

地铁列车引起的地面振动响应测试分析

在深圳地铁1号线附近一振动敏感区进行了地面垂向振动测试,分析了南北列车单独通过和双线列车同时通过三种工况下地面振动响应规律。结果表明：地铁列车单线通过时地面垂向振动响应总体上随距隧道中线水平距离增加呈波动性下降趋势,地面振动垂向分频最大振级在距隧道中线水平距离4.5 m处最大;南线列车单独通过引起的振动经过北线隧道时,隧道结构对其振动响应有一定影响;在距北线隧道中线水平距离10 m处,双线列车同时通过时地面振动垂向分频最大振级比北线列车单独通过时增大7.8%。评估地铁对邻近敏感建筑物的影响时,建议考虑双线列车同时通过时振动叠加所造成的影响。     

平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性仿真分析

兰新高铁接触网平腕臂绝缘子在大风沙尘环境中面临"沙闪"问题,研究不同因素下平腕臂绝缘子表面的沙尘沉积特性,可为此环境下绝缘子选型及设计提供理论依据。以FQBJ-25型棒式瓷芯复合绝缘子为研究对象,建立风洞积污仿真模型,采用多场耦合的数值计算方法分析风速、颗粒物粒径及质量浓度3种因素对绝缘子表面积污量的影响。仿真结果表明:随着风速的增大,绝缘子和各个伞裙表面的积污量均增加;当颗粒粒径大于13μm时,各个伞裙表面沉积的颗粒个数随粒径的增大而减少,但绝缘子表面的积污量随粒径的增大而增大;颗粒物质量浓度对绝缘子表面积污量的影响呈线性关系。各个伞裙表面积污量的变化与伞裙结构、风速、粒径及质量浓度有关,当曵力大于重力(大风速小粒径)时,伞裙结构的变化与各个伞裙表面积污量的变化具有一致性,反之,伞裙结构对积污量的变化影响很小。当曵力与重力作用相当时,颗粒物质量浓度越高,伞裙结构对各个伞裙表面积污量的影响越明显。     

一种快速获取输电线路 复合绝缘子临界污闪电压方法

针对获取输电线路复合绝缘子临界污闪电压而进行的复杂、耗时和投资较高的人工污秽试验以及用于表示绝缘子自身参数存在不足的问题,依据现场常用复合绝缘子的人工污秽试验,在基本伞形参数基础上引入4个伞形参数完善复合绝缘子的形状表示,提出一种基于生物地理学算法优化的BP神经网络模型,将8个伞形参数与盐密值ESDD和灰密值NSDD作为模型输入量,临界污闪电压作为输出量。研究结果表明:该方法与传统方法相比,能够更加准确地获取复合绝缘子临界污闪电压,模型输出值作为污闪试验的参考,可以降低污闪试验工作量,同时为输电线路绝缘子的结构优化和选型提供一种新的思路与方法。     

基于着色Petri网的铁路时间同步协议建模及安全性分析

针对Autokey模型的铁路时间同步协议安全性问题,提出利用着色Petri网对协议进行安全性分析。剖析Autokey模型的铁路时间同步协议序列及其执行流程;重点针对其认证阶段,分别构建正常认证和加入中间人入侵的着色Petri网模型,分析中间人入侵时协议认证过程的不安全状态,建立模型状态方程;应用逆向状态分析法对铁路时间同步协议认证过程的安全性进行分析,得到中间人在认证阶段攻击协议的实施序列。研究结果表明:基于Autokey模型的铁路时间同步协议的认证过程是不安全的。     

动车组辅助供电系统健康状态评估

以CRH3型动车组辅助供电系统为例,采用一种基于合作博弈和云模型理论的健康状态评估方法,建立辅助供电系统健康状态评估指标体系,获取各元件指标及元件层的组合权重,确定各元件指标对动车组辅助供电系统各状态等级的隶属度,采用分层评估方法得到评估结果。研究结果表明:本文所采用的方法能够结合辅助供电系统的分层分析模型,直观地给出各指标、各元件以及辅助供电系统整体的健康状态信息,有效完成CRH3型动车组辅助供电系统的健康状态评估。     

基于性能的高速铁路钢管混凝土 拱桥地震经济风险分析

在基于性能的地震风险评价理论基础上,以一座高速铁路钢管混凝土系杆拱桥为例,采用有限元分析软件建立全桥模型,运用增量动力分析(IDA)方法对该桥拱肋进行地震易损性分析,建立关键截面的易损性曲线,结合地震危险性和损失比,选取年预期损失作为地震经济风险指标,定量分析该桥的地震经济风险。研究结果表明:IDA方法用于钢管混凝土拱桥的地震经济风险分析是可行的,该桥主要经济风险来源于超越概率较高的中小级别地震,占桥梁整体经济风险损失的77.3%,通过对易损区域的局部加固设计,在提高桥梁鲁棒性的同时可减小结构的地震经济风险。     

一种具有故障处理能力的电容箝位子模块拓扑分析

通过介绍T型子模块、电容箝位子模块和二极管箝位子模块拓扑,提出一种基于T型子模块的改进电容箝位子模块拓扑。分析系统在故障时子模块各器件的电参数变化,从理论上确定其器件耐压特性和故障阻断能力。在MATLAB/Simulink平台上建立基于MMC的整流电路进行仿真,并与二极管箝位子模块和T型子模块进行了比较。研究结果表明:该子模块具有较强的故障处理能力。     

基于混合系统建模预测控制的列车自动驾驶优化运行

针对现有列车自动驾驶速度追踪精度不高的问题,提出一种基于混合系统神经网络反馈补偿控制的模型预测控制算法。根据混合系统建模的特点与优势,引入辅助变量,建立混合系统列车运行动力学模型。为了便于求解包含约束的预测控制律,采用二次规划方法求出满足列车各项性能指标的控制作用序列。神经网络反馈控制器用于对系统目标速度与实际速度之间的误差进行在线学习并求出一个补偿控制量,并将补偿后的控制力作用于列车系统模型。研究结果表明:该控制结构包含补偿控制策略,可以较大程度减小系统跟踪误差,保留模型预测控制的优势,同时提高系统的控制精度。     

高速铁路泥岩地基膨胀特性试验研究

以兰新高铁一处典型膨胀泥岩路段为研究对象,在此现场取样,室内自制试验箱进行厚度分别为20,40和60cm的泥岩地基膨胀模型试验研究。研究结果表明:随着注水量和时间的增加,地基膨胀量整体呈外凸弧线增长;含水率小的地基膨胀潜势大,地基易膨胀,含水率大的地基反之;不同深度处的泥岩膨胀量不同,随着深度的增加,膨胀量逐渐减小;不同厚度地基含水率与膨胀量均呈良好指数关系;对地基膨胀量与含水率及地基厚度耦合作用下的计算模型进行探讨,计算模型所得膨胀量与实际室内试验量测数据拟合良好。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

基于BEMD-IPSO-SVM的 扣件完损状态检测

扣件的完损状态关乎铁路系统的安危,而传统检测算法运算复杂且精度不足,为进一步提升检测性能,提出基于BEMD-IPSO-SVM的扣件完损状态检测算法。该算法首先对初始化的扣件图像进行二维经验模态分解,提取固有模态函数的频谱特征,通过改进粒子群算法优化支持向量机来实现检测分类,达到了简化运算,增强泛化性,提升识别准确度的目的。通过实验仿真得出平均检测准确率可达95.15%,证明该算法在扣件检测方面切实可行。     

基于SA-CPSO优化HSMM的转辙机故障预测模型研究

针对目前铁路现场转辙机PHM中故障发生的模糊性与随机性等不确定问题,提出一种基于自适应混沌粒子群(SA-CPSO)优化隐半马尔科夫(HSMM)的设备退化过程故障预测模型。根据转辙机全生命周期机械部件状态退化过程对其进行退化状态划分;建立SA-CPSO优化HSMM的设备状态评估和故障预测模型,再结合前向-后向算法对优化后的模型进行参数估计;通过实例分析验证该方法的有效性和可行性,实现传统信号维修策略的方法改进。