铁路预应力路堤加固技术数值研究

研究目的:铁路预应力路堤在国内外尚属一种新型路基加固法,其受力变形特性暂未得到系统化研究,相关加固设计理论仍处于探索性阶段。因此,有必要通过数值手段了解预应力路堤的工作状态,以掌握其加固性能。鉴于此,借助ABAQUS软件平台构建预应力路堤仿真系统,分析差异化预应力加固参数对路堤变形和承载能力的影响以及预应力加固构件的受力特征。研究结论:(1)路堤本体段坡面较优加固位置为距本体顶面以下0.3倍本体高度处;(2)坡率1∶1的预应力路堤在第1、2排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa预压荷载时,其变形与承载力均可达传统路堤(坡率1∶1.5)水平,并可通过提升加固标准进一步强化路堤承载性能;(3)当对第1、2、3排侧压板分别施加50 k Pa、100 k Pa、100 k Pa预压荷载时,路堤内部附加围压S11>13.5 k Pa区域大致呈"x"形分布并形成横贯路堤的"预压加固区";(4)侧压板锚固区受力集中且复杂,应注意保障锚固区板体强度;(5)力筋在路堤加载前后的应力变化量与坡面侧向变形特征相关;(6)本研究成果可为铁路预应力路堤的加固设计提供技术指导。     

悬索桥钢箱梁吊装阶段主缆索力计算方法

基于分段悬链线理论,使用分段叠加的方法对悬索桥钢箱梁吊装阶段主缆索力的计算公式进行推导,得到吊装阶段主缆索力与两塔间跨度和高差的关系式.以长寿长江二桥为例,建立了单跨简支钢箱梁悬索桥的Midas模型进行验证,并对顶推工况主索鞍底部摩擦系数进行了计算,间接验证推导公式的正确性.研究结果表明:一般润滑条件下,摩擦系数可达0.07,通过在主索鞍与滑板的接触面上补充润滑剂,可以使摩擦系数降低到0.05左右.为了减少顶推次数,可以使用该计算方法对顶推数值进行放大修正,可为同类型悬索桥吊装过程的主索鞍顶推数值的确定提供依据.     

钢芯铝绞线的拉扭耦合力学性能

导线扭转参数属于导线基本力学性能之一，尤其是拉扭耦合效应会极大地影响覆冰输电线舞动分析的准确性. 为此，对典型7股钢芯铝绞线LGJ/JL/G1A-70/10进行了扭转试验，并结合有限元仿真软件ANSYS对相应构件进行建模与数值分析，与基于钢丝绳拉扭耦合理论的4种理论进行了对比. 数值分析结果与扭转试验结果吻合较好，且对比分析表明:拧绕系数的取值浮动较大，会导致不容忽视的误差；在正常运行应力状态下，导线拉伸会产生较大的扭转效应，导线的截面扭转也会产生轻微张力变化；导线的拉扭耦合和扭拉耦合系数不相等；基于钢丝绳的理论均未考虑子股导线的滑移变形及坐标更新，会在一定程度上高估轴向刚度以及拉扭耦合效应.      

基于非线性超声的CL60车轮和U75V钢轨磨损检测方法

针对早期轮轨滚动磨损变化过程难以通过无损手段进行表征的问题，提出了非线性超声技术对不同磨损程度的CL60车轮与U75V钢轨试样进行检测评估；建立了基于轮轨试样表面磨损特征的Murnaghan模型，并利用非线性超声有限元仿真，通过塑性变形层厚度变化情况模拟不同程度的摩擦损伤，分析了其相对非线性系数变化规律及其产生原因。试验结果表明:轮轨的早期磨损会导致材料表面产生塑性变形层，随着塑性变形的加剧，材料损伤将以微裂纹为主，车轮角加速度越大，轮轨间相对滑动作用时间越短，塑性变形层越薄，且CL60车轮较U75V钢轨磨损程度更为严重；CL60车轮试样在车轮角加速度分别为10、250、1 500 r·min-2时，对应的相对非线性系数分别为12.19、8.43、5.68，U75V钢轨试样在车轮角加速度分别为10、250、1 500 r·min-2时，对应的相对非线性系数分别为7.57、6.09、5.04，与CL60车轮试样相比，U75V钢轨试样的相对非线性系数变化缓慢。可知，相对非线性系数与塑性变形层厚度呈正相关，微裂纹产生的非线性效应比塑性变形层更强，相对非线性系数增幅更大，因此，可通过材料的相对非线性系数变化判断材料的磨损阶段。      

半浸式螺旋桨强度计算分析

针对半浸式螺旋桨受到交替式变化冲击载荷后引发的强度问题,以MSD 200半浸式螺旋桨推进装置为研究对象,提出了用有限元法来计算半浸式螺旋桨叶片强度的方案.首先,对半浸式螺旋桨在实际工作中所产生的不同方向的力进行分析;其次,利用PropCad软件建模后导入到Solidworks软件中进行螺旋桨强度的静力学分析,实现对半浸式螺旋桨强度的校核.航行试验结果表明:有限元方法是一种可靠的校核半浸式螺旋桨叶片强度的分析方法.     

典型地铁站台射频天线电磁暴露安全评估

为有效评估典型地铁站台射频天线对乘客电磁暴露的安全性,设计地铁站台无线通信系统吸顶天线和乘客人体模型,利用基于有限元的电磁仿真软件,构建吸顶天线辐射下的地铁站台乘客候车电磁环境模型,研究候车乘客的公众电磁暴露问题。结果表明:天线分别工作在900和2 440 MHz时,人体组织的平均比吸收率最大值分别为4.441×10-7和1.165×10^-6W·kg^-1,电场强度最大值分别为0.139和0.148V·m^-1,平均比吸收率在人体组织内的衰减均大于电场强度的衰减;2 440MHz时的射频电磁能量在颅内的穿透能力小于900MHz时;所有计算值均低于国际非电离辐射委员会制定的公众电磁暴露限值,说明地铁站台射频天线对乘客的电磁暴露不会构成健康威胁。     

城市轨道交通桥梁-声屏障系统结构噪声特性与预测

针对列车通过城市轨道交通高架时引起的桥梁-声屏障系统结构噪声问题，在某市域铁路箱梁段分别选取无声屏障和直立式声屏障地段，开展噪声现场测试；通过对比无声屏障和直立式声屏障地段的测试结果，分析了箱梁-声屏障系统结构噪声的频谱特性；基于有限元-边界元法，建立了箱梁-声屏障系统振动声辐射数值计算模型，研究了箱梁-声屏障系统结构噪声的空间分布规律，探讨了车速和声屏障高度对箱梁-声屏障系统结构噪声的影响。研究结果表明:当列车以约93 km·h-1的速度通过时，直立式声屏障对高频轮轨噪声起到了很好的降噪作用，但会使低频结构噪声增大；声屏障结构噪声的影响主要集中于160 Hz以下的低频段，箱梁-声屏障系统结构噪声的峰值出现在63 Hz左右；箱梁-声屏障系统结构噪声呈现出近场随距离衰减较快，远场随距离衰减越来越慢的趋势，箱梁正上方和正下方的结构噪声均超过96 dB，距离桥梁中心线120 m处的结构噪声衰减至72 dB；声屏障结构噪声对于梁侧声场的影响较大，与无声屏障地段相比，设置了高度为3.15 m的直立式声屏障之后，梁侧结构噪声增大了2~5 dB；当车速由93 km·h-1增大到120 km·h-1时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加7 dB以上；当声屏障高度由3.15 m增大至6.3 m时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加3 dB以上。      

基坑开挖对高铁桥墩位移影响的有限元分析

基坑开挖对临近高铁桥墩的位移扰动将直接影响铁路运营的安全性和舒适性。以实际工程为背景,利用MIDAS GTS有限元软件,模拟了基坑开挖的施工过程,对比分析了同一基坑开挖对不同距离的既有高铁桥墩位移的影响,总结了影响规律,可为临近高铁桥墩的基坑开挖设计及施工提供借鉴和参考。     

基于KENTRACK的铁路沥青混凝土底砟层疲劳特性评价

重复动载疲劳损伤是沥青混凝土底砟层的破坏形式之一。本文建立了沥青混凝土底砟层的三维有限元分析模型,分析其在列车荷载作用下的受力变形特性。采用KENTRACK设计方法分析了沥青混凝土底砟层的疲劳寿命。结果表明:沥青混凝土底砟层等厚度替代基床表层的路基结构形式在列车荷载作用下基床表层的竖向动变形和振动加速度明显减小;沥青混凝土底砟层的层底拉应变在10×10^-6~90×10^-6,处于较低水平;沥青混凝土底砟层具有良好的疲劳耐久性,可用于工程实践。