铁路隧道内接触网预埋槽道环境适应性研究

我国中、西部铁路地形条件复杂,隧道占比大,复杂的环境给隧道内接触网接口设计带来诸多困难。隧道内接触网支持结构等设备底座与隧道壁的固定采用预埋槽道方式,受地震、地温、湿度等环境条件影响,受力预埋构件性能有不同程度的折减和削弱。隧道占比较高的铁路建设周期长、运营维护难度大,对设备的安全可靠性要求高,为确保接触网预埋接口的可靠性及耐久性,采用调查法、仿真模拟及BIM可视接口探查等方法,有针对性地开展接触网预埋槽道基础综合性能分析,确定各种因素对槽道性能的影响程度和设计应对措施。经研究,提出一种“采用Q355槽道材质、10 mm槽道锚杆,150 μm镀锌厚度、钢板焊接槽道接地、6根T形螺栓吊柱底板”的槽道选型和设计方案,为隧道内槽道预埋设计提供参考。     

地铁钢弹簧浮置板轨道振动特性和减振效果研究

为研究钢弹簧浮置板轨道的减振特性,测试了我国某城市地铁车辆在隧道内通过该轨道时的钢轨和隧道壁振动加速度,并对比分析了该轨道与一般非减振轨道、减振扣件轨道和橡胶隔振垫轨道的振动特性和减振效果差异。研究结果表明：车辆通过钢弹簧浮置板轨道时,相比一般非减振轨道,钢轨和隧道壁振动加速度有效值分别降低21%和89%。钢弹簧浮置板轨道、橡胶隔振垫轨道和一般非减振轨道的钢轨显著振动频带相似,均表现为400～550 Hz,650～780 Hz,减振扣件轨道为340～440 Hz,650～740 Hz。4种轨道的隧道壁分频振级均在50～63 Hz处达到最大,相比一般非减振轨道,钢弹簧浮置板轨道、橡胶隔振垫轨道和减振扣件轨道在4～200 Hz内的最大减振量依次为17.3,15.1 dB和6.1 dB,钢弹簧浮置板轨道减振效果最突出。     

低气压环境电气化铁路弓网电弧放电特性研究

随着列车运行速度的不断提升,弓网电弧发生频率增加,严重威胁列车安全稳定受流。某高原铁路沿线海拔高、气压低,空气分子自由程增大、电子动能增加、击穿电压降低,导致弓网电弧放电特性改变。为进一步研究低气压环境电气化铁路弓网电弧放电特性,基于磁流体动力学理论(MHD)建立低气压环境电气化铁路弓网电弧放电的仿真模型,研究了气压对弓网电弧电压、温度和电流密度的影响,并通过实验进行验证。研究发现：在铜棒作阳极、纯碳滑板作阴极的情况下,随着气压的降低,弓网电弧电压、温度逐渐降低,电流密度逐渐减小;弓网电弧最高温度位于弓网电弧的两极区域,且阳极区温度高于阴极区,弧柱区温度最低;弓网电弧维持能力随气压的降低而增强,即低气压环境弓网电弧拉断更困难,将造成更严重的危害,在高原铁路的建设和运营中应更加予以注意。     

开通脉宽对功率半导体器件双脉冲测试的影响

为更好地开展功率半导体器件的双脉冲测试,文章系统性地研究了开通脉宽对功率半导体器件双脉冲测试的影响.通过理论分析结合仿真验证的方式分别研究了 IGBT器件和MOSFET器件开关特性与开通脉宽之间的关系,研究发现,IGBT器件和MOSFET器件都会受到关断延时电流偏差和测量自热效应的影响:如果开通脉宽太小,关断延时电流偏差会影响双脉冲测试结果;如果开通脉宽太大,测量自热效应会显著影响双脉冲测试结果;同时,当开通脉宽太小时,IGBT器件的双脉冲测试结果还会额外受到非稳态开关效应影响,而非稳态开关效应会导致测试波形振荡严重,可能损坏器件,但MOSFET器件不会受到非稳态开关效应的影响.研究结果表明,IGBT器件和MOSFET器件都存在一个合理的开通脉宽(或负载电感电感值)范围,在该范围内器件的开关特性几乎不受开通脉宽的影响,而上限临界脉宽建议通过产品手册的热阻抗曲线进行估算,下限临界脉宽建议通过双脉冲实测的方式来确认.     

跨座式单轨钢-混凝土组合梁群钉连接件力学性能研究

跨座式单轨钢-混凝土组合梁是一种新型轨道梁体形式,自重较轻且安装便捷。群钉连接件的力学性能与布置形式是决定跨座式单轨组合梁力学性能的关键设计参数。为得到群钉连接件的力学性能,针对跨座式单轨组合梁的群钉连接件展开试验研究,共设计了4组推出试验,包括3组足尺试件和1组1：3缩尺试件,研究变量包括连接件个数、布置形式以及试件尺寸,得到了各试件的破坏类型、荷载与位移关系图和主要力学性能参数。根据试验结果,4组试件的破坏模式均为栓钉剪断的延性破坏,与极限变形分析的结果保持一致。同一试件槽口不同位置处栓钉应变不同,呈现“两边大,中间小”的分布模式,且随着荷载不断增加,这种分布模式依然保持。根据规范值对比,群钉效应导致足尺试件的抗剪承载力下降约23.4%～27.2%,且承载力下降幅度与栓钉布置的密集程度成正比。群钉效应导致缩尺试件的抗剪承载力下降约16.5%,明显小于足尺试件。尺寸效应对群钉承载力的影响并不明显。总体来看,通过试验综合研究群钉连接件的力学性能,并结合现有设计规范和理论方法给出群钉连接件承载力的计算方法,为相应工程应用提供设计建议。     

UHPC预应力锚固齿块承压性能及尺寸效应研究

预应力锚固齿块作为连续刚构桥的重要传力构件,其力学性能与桥梁结构安全息息相关。为提高预应力锚固齿块力学性能,以某连续刚构桥预应力锚固齿块为研究对象,提出超高性能混凝土(UHPC)新型齿块。开展常规混凝土(RC)预应力锚固齿块与UHPC预应力锚固齿块局部承压性能试验,对比研究局部压力作用下UHPC锚固齿块的抗裂性能、极限承载力、破坏特征;同时,由于混凝土结构存在尺寸效应,在前期试验的基础上,通过有限元模型探究UHPC预应力锚固齿块承压性能的尺寸效应。研究结果表明：局部压力作用下,UHPC预应力锚固齿块的荷载-位移曲线具有明显屈服平台,属于延性破坏,最终的破坏是由于底板混凝土开裂所致;而RC预应力锚固齿块在局压荷载下呈脆性破坏,最终的破坏是由于齿块锚固区混凝土劈裂所致。由于钢纤维的桥接作用,UHPC预应力锚固齿块具有较好的抗裂性能与承压性能,其开裂荷载为RC预应力齿块试件的1.74倍,极限荷载为2.19倍;最后通过数值分析得出,在底板混凝土强度足够的情况下,UHPC预应力锚固齿块的极限强度尺寸效应不明显,但随着尺寸加大,由于底板强度的尺寸效应明显,降低了齿块整体强度,因此,对于尺寸较大的UHPC预应力锚固齿块,建议同步提升底板强度,以充分发挥预应力锚固齿块的承载能力。     

直接电养护水泥浆体温升的影响因素及机理

直接电养护(DEC)是一种潜在的绿色、高效能混凝土加速养护方法。通过试验研究DEC电压、试件尺寸和水灰比等因素对水泥浆体温升的影响规律,并运用电学和水泥化学知识,从电场欧姆热效应和水泥水化热效应2方面阐释水泥基材料温升的发生机制。研究结果表明：DEC水泥浆体的峰值温度随着DEC电压的升高而增加,并随着试件长度的增加而降低。并且DEC电压越高,长度对试件温升的影响越显著。而试件到达峰值温度所需时间的变化规律与峰值温度负相关。水灰比对DEC水泥浆体温度变化的影响与DEC电压的大小有关,当电压较高时,欧姆热占主导,适当提高浆体的水灰比有利于获得更高的温升;而电压较低时,水化热占主导,采用较低水灰比可使得浆体的温升更高。此外水灰比越低,水泥浆体到达峰值温度的时间则越短。DEC水泥浆体的温升取决于欧姆热和水泥的水化放热,结合DEC产生的单位水泥质量电功率和基于Arrhenius方程推导的等效龄期函数计算得到的水泥的水化放热分析,发现两者共同作用的总放热功率与温度变化率规律相一致。研究成果可为DEC水泥浆体温度演变规律的有效预测和混凝土预制构件DEC制度的合理实施提供重要参考。     

行波激励下高烈度区特大铁路悬索桥减震技术研究

为研究行波激励下高烈度区大跨度铁路悬索桥的地震响应特性及减震技术,以我国某千米级跨径铁路悬索桥为对象,建立数值模型开展多点激励时程计算,分析行波效应对结构响应的影响及不同装置的减震效果。研究结果表明：各构件响应随视波速的增大及行波方向的改变未呈规则分布;特定视波速(750,1 000,2 000 m/s)下,行波共振现象会放大响应的变化幅度,由此对结构抗震设计造成的不利影响需格外关注。较一致激励,行波效应可使梁端位移、东塔塔底弯矩下降64.20%和41.24%,使塔顶位移、西塔塔底弯矩增大116.06%和46.51%。主梁跨中布置耗能型中央扣可避免柔性中央扣因应力过大而破坏;“耗能型中央扣+E型钢阻尼器”措施可大幅降低梁端位移,但会增大桥塔轴力;“耗能型中央扣+黏滞阻尼器”的组合减震方案可同时降低结构的位移及内力响应,更适用于高烈度区大跨度铁路悬索桥的减震控制。     

混凝土预制构件养护窑温湿度分布特性及优化研究

针对预制构件养护窑温湿度分布不均的问题,基于传热传质理论和混合流体N-S方程,采用计算流体力学数值模拟的方法,在保证预制构件养护质量的前提下,建立描述养护工艺全过程的养护窑温湿度分布模型,并研究了喷孔位置、喷射角度、风扇数量和送风位置对养护窑内温湿度分布的影响。研究结果表明：所建模型的仿真预测值与工程实际值误差少于5%,满足养护质量要求,验证了模型的有效性。通过工程实际中混凝土预制构件养护工艺全过程的温湿度模拟实验分析,养护窑内相对湿度在蒸汽喷孔和风扇开启20 min后基本满足均匀性要求;养护窑内预制构件层间流体流动缓慢,换热效率低,整体预制构件平均温度57.02 ℃,局部预制构件中心点各层平均温度54.89 ℃,温度场分布均匀性不好,局部温差大。通过养护窑风扇送风位置对比模拟实验,采用单列竖直、沿水平方向送风的风扇布置方式,养护窑内温湿度分布更均匀。通过养护窑喷孔位置和喷射角度对比模拟实验,采用高度在养护单元总高度的65%,喷射角度倾斜向下45°的蒸汽喷孔布置方式,将混凝土预制构件恒温工况平均温度控制精度提高了63%,缩短了满足养护窑内相对湿度均匀性要求所需时间。该研究对提高预制构件养护质量及节能降耗具有理论参考意义。     

中厚板高强钢冷热多丝复合埋弧焊热循环参数测量

为解决中厚板高强钢埋弧焊(Submerged Arc Welding, SAW)焊缝热影响区(Heat Affected Zone, HAZ)热循环参数准确测量难题,自主研制多通道热电偶测温软/硬件系统,测量并比较不同焊丝组合(单丝和冷热多丝复合)对应的焊缝HAZ热循环主要参数。试验结果表明：与单丝SAW工艺相比,冷热多丝复合SAW工艺可解决SAW较大热输入产生的焊缝HAZ脆化问题,提高焊缝组织性能和焊接质量;在中厚板高强钢焊接过程中,冷热多丝复合SAW工艺可为温度场数值模拟计算分析提供实测数据,为各种工艺参数的确定与优化、焊缝HAZ的组织性能改善提供必要的理论基础。