铁道工程学报

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李峰, 周关学, 冯涛

铁道工程学报. 2019, 36(10): 1-5.

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研究目的: 三叠系中统关岭组第一段(T₂g¹)泥岩全风化层富水后易发生软化,导致剪切力学性能降低。为研究泥岩全风化富水后的力学性能,本文以三叠系中统关岭组第一段(T₂g¹)泥岩全风化层为研究对象,通过室内试验建立天然含水率及天然孔隙比与力学指标之间的关系。
研究结论: (1)随天然含水率的增大,内摩擦角降低,且呈二次多项式关系;(2)天然孔隙比越小,随天然含水率增大,内摩擦角降低的幅度增大;(3)随天然含水率的增大,凝聚力呈线性降低;天然孔隙比越小,随天然含水率增大,凝聚力降低的幅度变大;(4)当天然含水率为40%～65%时,随天然含水率的增大,内摩擦角降低,且天然含水率越小,随天然孔隙比增大,凝聚力降低的幅度增大;(5)当天然含水率大于65%时,随天然孔隙比增大,内摩擦角呈先增大后减小二次多项式函数变化关系;(6)随天然孔隙比的增大,凝聚力呈线性降低;(7)当天然含水率为50%～55%时,随天然含水率增大,凝聚力降低的幅度较大;(8)本研究成果可为类似地层工程地质问题处理提供参考。

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岩石地区反应位移法关键参数确定方法研究

杜兴华

铁道工程学报. 2019, 36(10): 6-11.

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研究目的: 反应位移法是地下结构抗震计算的常用方法,但目前反应位移法的应用以及关键参数的选取主要适用土质条件地区,反应位移法在岩石地区的应用案例较少,导致反应位移法在岩石地区的关键参数如何取值的相关研究也较少。本文通过对岩石地区反应位移法关键参数的确定方法进行研究,从而得出相关有应用价值的结论。
研究结论: (1)在岩石地区,采用传统经验公式来确定反应位移法的关键参数存在问题,导致计算得出的地震作用显著偏大、失真;(2)在岩石地区,采用一维场地分析及静力有限元法确定的反应位移法关键参数较为合理,计算的地震作用也较合理;在岩石地区,建议采用一维场地分析方法来确定地层相对位移、剪切力,并结合静力有限元法计算基床系数;(3)本研究成果可为岩石地区地下结构的反应位移法计算提供借鉴和参考。

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玄武岩纤维改性碾压混凝土抗裂性能研究

张清峰, 张昌伟, 杨亮元, 沈明亮, 郭源浩, 陈德

铁道工程学报. 2019, 36(10): 12-16.

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研究目的: 碾压混凝土性能优越,但作为路面材料缺乏深入研究,并且我国碾压混凝土基层的工程应用少,缺少明确的施工规范。本文以道路沥青路面玄武岩纤维改性碾压混凝土基层为研究对象,采用正交试验,确定最优的碾压混凝土级配方案,最后基于最优级配研究玄武岩纤维的不同掺量、不同长度对碾压混凝土抗裂性能影响特性。
研究结论: (1)碾压混凝土设计级配建议选取为水泥用量240 kg/m³、用水量110~120 kg/m³、级配1、减水剂0.2%,此级配强度和压实度高、改进的VC值低;(2)适宜长度和掺量的玄武岩纤维可利于抗压强度、抗折强度、劈裂强度、拉压比的增长,弹性模量和弹强比的降低,使得抗裂性能提高,考虑到经济因素,建议选取26 mm玄武岩纤维、掺量为0.1%的改性碾压混凝土开展设计和施工推广;(3)本研究成果主要应用在道路路面基层工程领域,对今后碾压混凝土基层的设计和施工具有借鉴意义。

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高速铁路路基边坡防护形式优化研究

崔维孝

铁道工程学报. 2019, 36(10): 17-22.

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研究目的: 基于稳定可靠的前提,研究确定植物防护面积更大、投资更省的高速铁路路基边坡防护解决方案,对于提高我国高速铁路建设品质具有重要意义。本文通过分析我国高速铁路通常采用的路基防护形式的相关参数及经济性,结合植物防护临界高度的研究成果及工程实践,针对稳定边坡提出优化方案,以大幅度增加植物防护面积,显著减少路基防护工程投资。
研究结论: (1)路基防护的镶边及基础具有较大的优化空间,混凝土镶边优化后的截面积为0.10 m²,基础优化后截面积为0.12~0.32 m²;(2)混凝土骨架厚度可优化至0.3 m,宽度可优化至0.3~0.4 m,骨架间距可优化至5 m;(3)基础、镶边、骨架尺寸及间距优化后,坡面植物防护面积可提高21.4%~38.7%,防护工程投资可节省55.0%~58.8%;(4)降低边坡分级高度的优化方案,可扩大植物防护的适用范围,进一步提高植物防护面积,降低工程投资;(5)本研究成果可用于指导我国高速铁路路基防护设计,并可作为防护标准修改的参考。

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高速铁路堤堑防风过渡段气动分析与工程优化

李鲲

铁道工程学报. 2019, 36(10): 23-26.

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研究目的: 兰新高铁在联调联试及大风专项试验期间,高速列车通过不同防风工程过渡段时,工程边界的变化引发列车气动性能产生急剧变化,进而导致车体晃动。本文对兰新高铁路堤到路堑的防风工程过渡段的气动特性进行研究,探明突变边界引发的风切变机制及演化规律,针对过渡段风流场的突变环节提出完善的、可实施的工程优化方案,并对工程效果进行对比分析,为优化工程的实施提供依据。
研究结论: (1)列车通过不同防风工程过渡段时,头车、中车、尾车侧向力与倾覆力矩增幅明显,遮蔽区内流场结构及风速、风向的变化导致列车气动性能发生较大变化,进而影响列车的稳定舒适性;(2)以过渡段风场变化规律研究为基础,对于典型的路堤到路堑的防风工程过渡段,提出了加高过渡段挡风墙的工程优化措施,列车通过时侧向力与倾覆力矩幅值明显降低且变化缓和,优化效果明显;(3)对于其他更为复杂的防风工程过渡段,需重视不同结构过渡边界引发的风切变机制及演化规律的研究,重点从改善突变流场结构入手,结合地形地貌及工程条件因地制宜地采取工程优化措施;(4)本研究结论可为高速铁路防风工程过渡段的计算、设计及工程优化提供参考。

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路基冻胀对CRTSⅢ型板式轨道变形的影响研究

徐浩, 蔡文锋, 王平

铁道工程学报. 2019, 36(10): 27-32.

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研究目的: 严寒地区高速铁路路基冻胀变形时常出现,局部冻胀变形不仅影响无砟轨道的平顺性,还可能导致层间离缝发生。为此,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统有限元模型,以分析不同路基冻胀波长和路基冻胀幅值下轨道结构的变形特征。
研究结论: (1)路基冻胀作用下轨道结构各层的上拱变形与路基冻胀波形基本一致,轨道结构各层的变形受路基冻胀位置影响较大;(2)轨道结构各层的变形、轨道结构层间离缝以及轨道结构各层的上拱波长均随路基冻胀幅值的增大而增大,且底座板与路基表层的离缝远大于自密实混凝土与底座板间的离缝;(3)随着冻胀波长的增加,轨道结构各层的位移、轨道结构层间离缝随之减小,但轨道结构各层的上拱波长逐渐增大;(4)冻胀波长增大对轨道结构变形和减小层间离缝有利,路基冻胀幅值限值应根据冻胀波长来确定;(5)本研究成果可为路基冻胀变形控制提供参考。

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双块式无砟轨道道床板早期温度场特性研究

苏成光

铁道工程学报. 2019, 36(10): 33-40.

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研究目的: 为探究道床板早期温度场变化特性,确定温度应力的起点温度,本文建立无砟轨道温度场计算模型且用试验验证模型的准确性,并考虑道床板混凝土水化热效应及养生方式的影响,计算分析浇筑初期道床板零应力温度等指标。
研究结论: (1)在道床板混凝土浇筑前3天水化热对早期温度场影响显著,道床板在不同浇筑时刻的零应力温度差别显著,T₁最大值一般出现在4:00~8:00时间段内浇筑的混凝土中,最小值一般出现在20:00左右浇筑的混凝土中,上午浇筑的混凝土比下午浇筑的T₁值高;(2)塑料薄膜养生下道床板的早期温度T₁、T_max最大,自然养生和绝热养生次之,土工布养生最小,土工布和塑料薄膜养生下的板中T₁、T_max均高于浇筑温度20 ℃左右;(3)浇筑温度对道床板零应力影响较大,取浇筑温度为初始温度的方法会大大低估降温幅度值;(4)本研究成果可为双块式无砟轨道的设计、施工及养护维修工作提供一定的理论依据。

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济青客运专线铁路连续槽形梁拱桥设计研究

孙大斌

铁道工程学报. 2019, 36(10): 41-46.

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研究目的: 高速铁路跨越城市立交道路及高速公路时,为不影响下方道路正常通行,减小线路路堤建设高度,降低工程成本,同时满足设计要求,可采用建筑高度较低的下承式连续槽形梁拱结构形式。本文以新建济南至青岛客运专线工程跨越改移青兰高速公路的(66.5+142+66.5)m连续槽形梁拱桥为背景,从结构尺寸、梁拱刚度等主要参数设计以及纵横向受力、剪力滞等方面展开研究,从而掌握该类结构的主要技术特点。
研究结论: (1)桥面布置上比较灵活,通过人行道、电缆槽的最优布置,可以使桥面宽度最小,适当增加边主梁宽度、设置“马蹄”形构造、拱肋预埋段局部穿孔,可以有效解决拱脚构造带来的钢束布置空间不足问题;(2)拱轴线、拱肋截面形式、吊杆布置与常规箱形截面预应力混凝土连续梁拱相差不大,设计时可参考取值;梁拱刚度比主要影响拱肋及主梁的内力、残余徐变、短吊杆的吊杆力,将梁拱刚度比确定为36.0,主梁、拱肋各指标在合理水平;(3)剪力滞分析表明,边支点、边跨跨中、中支点、中跨跨中典型截面剪力滞系数分别为1.29、1.19、1.30、1.14,均大于常规箱形截面的规范计算值,为保证结构安全,槽形梁拱在设计中应采用基于实体模型计算的剪力滞系数;(4)目前连续槽形梁拱桥在高速铁路工程中应用较少,缺乏一定的设计理论与经验,本研究成果可为类似桥梁的设计提供参考。

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贵广高铁尖山营特大桥墩台沉浮与成因分析

付开隆, 蔡家鹏, 赵景锋, 毛建保

铁道工程学报. 2019, 36(10): 47-53.

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研究目的: 贵广高铁尖山营特大桥各墩台建成架梁至全线开通运营前的2～3年内,0号台～4号墩高程稳定,5号墩～22号台存在明显旱季下沉、雨季上浮的现象,沉浮现象最明显的16号墩最大下沉量与上浮量累加值达38.58 mm。为采取合理的抑制沉浮措施,服务于运营管理,需要对墩台沉浮与地质条件的相关性进行对比,进而分析沉浮原因。
研究结论: (1)覆土+基岩风化层厚度与各墩台沉浮值具有高度对应性:覆土+基岩风化层较薄的地段,墩台沉浮值较小;覆土+基岩风化层较厚的地段,墩台沉浮值较大;(2)地下水位的升降与桥梁墩台沉浮具有较好的时间对应性,当地下水位上升时,墩台也相应上浮;当地下水位下降时,墩台也相应下沉;(3)因多年地下水大幅波动造成的加荷-减荷往复循环过程,使得桥址厚层覆盖土在相应地下水波动幅度范围内的变形均为可完全恢复的弹性变形;地下水位下降时,土层有效应力增加,土层加荷,整体下沉;地下水上升时,土层有效应力减少,土层卸荷,整体上浮;(4)本研究成果可为类似墩台的抗浮设计提供参考。

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基于弦测法的上承式拱桥长波不平顺限值研究

郑晓龙, 徐昕宇, 陈克坚, 游励晖

铁道工程学报. 2019, 36(10): 54-58.

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研究目的: 温度和收缩徐变引起的拱桥桥面竖向变形导致长波不平顺,对车辆运行走行性产生影响。本文以某上承式铁路拱桥为研究对象,运用MIDAS/Civil软件计算得到桥面温度变形和收缩徐变变形,采用有限元软件MSC.PATRAN和多体动力学软件ADAMS/RAIL联合仿真技术,开展车桥系统耦合振动分析,研究桥面变形(温度和收缩徐变作用)产生的长波不平顺对列车动力响应的影响,并采用40 m弦分别对桥面变形和等效不平顺限值进行分析。
研究结论: (1)收缩徐变倍数为1.6时,CRH3以350 km/h速度通过大跨拱桥时,车辆竖向加速度指标接近限值1.30 m/s²;(2)当收缩徐变倍数为1.6时,CRH2以各计算车速通过桥梁时,动力响应指标均满足要求;(3)基于40 m弦的桥面变形的弦测矢量限值可采用5.5 mm;(4)本研究成果可为同类桥梁的限值要求提供参考。

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基于动力吸振原理的高墩桥梁抗震特性研究

杨吉忠, 翟婉明

铁道工程学报. 2019, 36(10): 59-65.

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研究目的: 为提高高墩桥梁的抗震性能,利用梁体具有大质量的属性,提出一种动力吸振型高墩桥梁结构,基于扩展定点理论、有限单元法和列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,对3种墩高的高墩桥梁在4条实测汶川地震波作用下的抗震特性及列车过桥安全性进行分析。
研究结论: (1)相对于常规型桥梁,动力吸振型桥梁不仅可以有效抑制地震作用下不同高度桥梁在设计固有频率处的墩顶横向位移和加速度,对梁体的横向振动也有一定程度的抑制作用;(2)动力吸振型桥梁墩体应力最大值较常规型桥梁有很大幅度的降低,即便是计算工况中最小的减震率,也达到了43.57%;(3)由于抑制了作为列车运行基础的梁体横向振动,列车通过动力吸振型桥梁时的脱轨系数和轮重减载率均低于通过常规型桥梁时的指标,过桥安全性也得到提高;(4)本研究成果可为高墩简支梁桥抗震设计提供理论支撑。

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新型减隔震装置在高速铁路桥梁中的应用研究

白全安

铁道工程学报. 2019, 36(10): 66-71.

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研究目的: 针对铁路简支梁桥的抗震设计特点,提出一种适用于高速铁路简支箱梁的新型软钢阻尼器——弹塑性限位减隔震装置,该装置可与常规桥梁支座共同作用,组成一种新的减隔震体系。以某高速铁路双线32 m简支箱梁为计算实例,结合试验研究成果,采用滑移三折线恢复力模型输入弹塑性限位减隔震装置的力学特性,利用非线性时程分析方法,对弹塑性限位减隔震装置的减隔震性能进行分析。
研究结论: (1)采用滑移三折线模型,可以很好地模拟弹塑性限位减隔震装置的非线性特征,装置计算输出的滞回曲线与试验研究结果可以很好地吻合;(2)弹塑性限位减隔震装置可显著延长桥梁的自振周期,并通过装置的塑性变形耗能能力可以大幅降低桥墩的地震力,对于不同墩高的32 m简支箱梁桥,弹塑性限位减隔震装置均可以发挥良好的减隔震效果,罕遇地震下的减震率在55%以上,减震效果优良;(3)新型弹塑性限位减隔震装置,构造简单、施工方便、性能可靠,在工程造价有限增加的情况下,能以较小的代价将高速铁路常规简支梁桥的抗震设防等级由多遇地震提高到罕遇地震,社会与经济效应显著;(4)弹塑性限位减隔震装置可以有效地降低结构关键部位在地震作用下的位移,减小结构构件的地震力,确保结构在地震下的安全,在高速铁路桥梁抗震领域中将会有广阔的前景。

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基于转角及振型参量的桥梁挠度监测方法

邸昊

铁道工程学报. 2019, 36(10): 72-76.

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研究目的: 作为桥梁安全性评价的重要指标,挠度能够反映高速铁路大跨桥梁刚度性能,特别是在桥梁运营期健康监测中,挠度测量是必不可少的组成部分。本文依据振型叠加原理,得出以振型向量作为中间变量的结构倾角与挠度转换算法,基于该算法提出一种桥梁挠度测试的新方法,该方法能够克服以往桥梁挠度测量方法在监测精度低、实施操作性差、长期监测性能差等方面的不足,并在高铁桥梁健康监测系统中对其进行试验验证。
研究结论: (1)通过原理推导和数值模拟验证,本文提出的基于振型叠加原理的转角与挠度转换算法科学合理,具有较小的预测误差;(2)通过在石济客专济南黄河公铁两用桥静载试验中应用,采用本文方法测算的桥梁关键断面的竖向位移与实测挠度数据吻合程度较高,测算精度满足工程要求,验证了其有效性和可靠性,可为桥梁健康监测的长期挠度测量提供有效手段。

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基于变形潜势的挤压性围岩隧道控制技术研究

李国良, 熊春庚, 李宁

铁道工程学报. 2019, 36(10): 77-81.

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研究目的: 随着铁路、公路交通网络建设的推进,挤压性隧道大变形现象十分突出,常常伴随着大规模的变形破坏,变形控制难度极大。挤压性围岩隧道变形控制的主要难点是如何划分变形潜势等级、确定支护体系和施作时机。本文结合以往挤压性大变形隧道建设经验,对挤压性围岩隧道上述基本问题进行深入的分析探讨,达到控制变形的目的。
研究结论: (1)基于应力场分布特点,将挤压性围岩隧道变形分为“应力型”、“构造型”、“复合型”三种类型;(2)变形潜势是指围岩内部潜在应变能的强弱,可根据变形总量将变形潜势分为“常规、轻微、中等、强烈”;(3)变形潜势随变形速率的增大而增强,可根据支护初期变形速率评价变形潜势强弱、围岩与支护体系适应性;(4)揭示了挤压性围岩隧道长、中、短锚杆的作用机理,提出了锚固体系施作时机,确定了合理的钢架的形式、预留变形量;(5)提出挤压性围岩二次衬砌施作时机可按2~4 mm/d控制;(6)本研究能够为挤压性围岩隧道的设计及变形治理提供参考。

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铁路隧道GSM-R漏缆挂设高度研究

田川, 刘鑫, 刘立海, 桂良启

铁道工程学报. 2019, 36(10): 82-87.

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研究目的: 目前,中、长铁路隧道主要采用漏泄同轴电缆(漏缆)作为载体进行无线信号覆盖。本文针对现有GSM-R漏缆挂设高度对线缆维护和检修的不便,建立隧道环境下的漏缆信号覆盖模型并进行仿真计算,分析隧道中漏缆挂设高度对无线信号覆盖效果的影响;并通过不同场景下的信号覆盖测试验证仿真计算的正确性,确定合适的漏缆挂设高度。
研究结论: (1)在双线隧道中,当机车天线位于同侧靠近或异侧远离漏缆时,随着漏缆挂设高度降低,等效耦合损耗逐渐增大,但异侧变化幅度相较于同侧情况小;(2)综合考虑隧道内通信质量和漏缆维护两方面,对于非列控需求线路,可以将漏缆挂设高度降低至2.5 m;(3)对于列控线路,将漏缆挂设高度降低至2.5 m应谨慎;(4)增大设备发射功率或减小直放站间距能够弥补降低漏缆挂高后对信号覆盖的影响;(5)本研究成果可为相关铁路规范修编和工程设计提供参考。

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城市钻探盲区的地质勘探方法研究与应用

刘铁华

铁道工程学报. 2019, 36(10): 88-93.

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研究目的: 在城市轨道交通建设中,存在因某些原因无法开展钻探工作但可以进行物探作业的钻探盲区,其通常位于房屋密集区内,常规物探方法没有足够空间开展工作,导致市政工程勘察设计工作中存在资料缺失的问题。
研究结论: (1)针对城市地质勘探中存在钻探盲区的现象,本文提出了一种基于标准区钻探物探统计特征的综合勘探方案,首先在标准区开展多种勘探方法试验的基础上,系统分析了各种物探方法的成果指标,再将标准区的指标参数推广应用于与其有相同特征的钻探盲区中,进而实现钻探盲区的地质勘探工作;(2)微动H/V谱比法和微动台阵法可应用于钻探盲区的地质勘探中,两者具有近似的勘探准确率;(3)本文提出的综合勘探方案在给出覆盖层起伏和不良地质发育情况时也给出了相关成果的准确率,满足轨道设计在钻探盲区的技术要求。

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基于新理念的湛江枢纽客运系统布局研究

陈阳, 蔡胜全, 闫昊旻

铁道工程学报. 2019, 36(10): 94-101.

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研究目的: 湛江市地处粤西地区,铁路建设较为滞后,目前境内既有铁路除江湛铁路(时速200 km)技术标准略高之外,其他均为普速铁路,而高铁引入线路尚处于拟建或规划阶段,这就为湛江枢纽总图规划提供了机遇,使我们得以更新设计理念。本文结合地方城市总体规划,对湛江枢纽客运系统布局进行调整,与相关部委的最新政策导向保持一致。
研究结论: (1)规划湛江铁路枢纽为“客内货外、客货分线”的运输格局,客运系统形成“一主两辅”的布局形式;(2)在中心城区新建主要客运站,便利广大旅客出行,同时采取工程措施下穿主城区,减少对城市规划干扰;(3)本轮总图规划更新了设计理念,以吸引客流、方便出行为立足点,可为今后枢纽客运系统布局规划提供借鉴。

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铁路旅客站房综合管线设计研究

龚雯

铁道工程学报. 2019, 36(10): 102-106.

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研究目的: 铁路旅客站房管线布置存在空间布局不合理、利用率不高、检修条件不好等问题,影响站房的稳定和美观,且造成工程建设时有反复,投资增加。为了适应新时期下铁路站房建设及发展需要,开展铁路旅客站房综合管线研究设计,提出铁路旅客站房综合管线设计的原则,对设计流程和综合管线图纸内容作出规定,为铁路旅客站房综合管线设计提供借鉴及参考。
研究结论: (1)分析铁路旅客站房管线设计中存在的问题,得出设计研究的意义;(2)铁路旅客站房综合管线设计是一个综合性、系统性工程,需要综合考虑管线接口、空间效果、综合布置、维护保养等条件;(3)建筑与装修、结构、各设备专业要密切配合,通过平、剖面及节点等各类图纸绘制,统筹管线布置,达到空间效果及工艺要求;(4)总结不同类型的站房布局特点及其管线综合设计的重难点,对铁路旅客站房综合管线设计具有参考价值。

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2019年, 第36卷, 第10期　
刊出日期：2019-10-15

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