铁道工程学报

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戴公连, 葛浩

铁道工程学报. 2020, 37(9): 1-6.

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研究目的：目前,关于纵连板式无砟轨道可靠度的研究均基于假设的经验分布模型。为了探究依据实测数据统计分析纵连板式无砟轨道结构性能和状态的随机分布特征,本文依托肖家河特大桥工程实例,对华中地区简支梁桥上的轨道板、底座板及宽窄接缝强度大小和开裂情况进行现场测量和统计。
研究结论：(1)现场无砟轨道结构强度大小近似呈高斯分布,其中,轨道板强度概率密度函数服从均值为54.56 MPa、方差为0.98的正态分布,底座板强度概率密度函数近似服从均值为36.58 MPa、方差为2.15的正态分布,相比现浇混凝土底座板,预制轨道板强度更接近于理论值,且离散性相对较小;(2)宽窄接缝强度概率密度函数近似服从均值为45.44 MPa、方差为1.52的正态分布,现场宽窄接缝的强度难以达到理论设计强度,为防止后期宽窄接缝开裂和破损,建议改进宽窄接缝施工技术或增加宽窄接缝混凝土标号;(3)曲线梁上,底座板超高侧裂缝宽度大小概率密度函数近似服从均值为0.11 mm、方差为0.07的正态分布,非超高侧裂缝宽度大小近似服从均值为0.07 mm、方差为0.04的正态分布,底座板超高侧裂缝数量及宽度大小均大于其非超高侧裂缝数量及宽度大小,桥上底座板早期裂缝数量及宽度大小均与距梁端距离无关;(4)本研究成果可为无砟轨道系统设计计算和可靠度安全分析提供参考。

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考虑轨道谱概率分布的不平顺样本模拟方法

曾志平, 刘付山, 王卫东, 朱志辉

铁道工程学报. 2020, 37(9): 7-11.

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研究目的：傅立叶逆变换法是一种简洁有效的轨道随机不平顺数值模拟方法。为精确反映轨道不平顺谱概率分布特征,在傅立叶逆变换法基础上,引入新的随机变量,本文提出一种考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法,并通过功率谱对比、频率点功率谱分布检验验证方法的准确性。
研究结论：(1)本文提出的考虑轨道谱概率分布的傅立叶逆变换法模拟生成的不平顺时域样本集的均值谱、百分位谱与原轨道谱均有较好一致性;(2)与傅立叶逆变换法、三角级数法相比,本文方法生成的不平顺样本集的各频率点功率谱分布规律能更好地满足原轨道谱概率分布;(3)相同样本数情况下,本文方法生成的不平顺样本集统计精度误差优于三角级数法;(4)本研究成果可为车辆-轨道耦合动力学中轨道随机不平顺样本模拟提供一种更加精确的数值模拟方法。

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高速铁路64 m主跨桥上无缝道岔检算与结构优化

蔡小培, 张乾, 万洪波, 高增增

铁道工程学报. 2020, 37(9): 12-17.

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研究目的：为研究高速铁路64 m主跨连续梁桥上铺设无砟轨道无缝道岔的可行性,本文以京雄城际铁路黄固特大桥为研究对象,基于道岔-桥梁相互作用原理、非线性有限元理论,建立无缝道岔-无砟轨道-桥梁空间耦合静力学模型,研究在温度作用、列车垂向荷载、列车制(启)动荷载以及断轨时的大跨桥上无缝道岔力学特性,提出一套适用于大跨桥梁无缝道岔的检算方法和轨道结构优化方案。
研究结论：(1)主跨64 m连续梁全桥采用常阻力扣件时,温度和列车荷载下钢轨附加力较大,钢轨最大拉、压应力分别为382.01 MPa和371.30 MPa,超过钢轨容许应力;(2)温度作用下的尖轨、心轨相对基本轨的位移大于挠曲和制(启)动两种工况,相对位移值远小于限值要求;(3)当连续梁两侧相邻一跨简支梁及一侧梁端20 m范围内采用小阻力扣件时,钢轨总应力相对比常阻力扣件方案可降低12.03%,强度、稳定性等指标均可满足规范要求;(4)本研究成果可为大跨桥梁无缝道岔的设计与铺设提供借鉴与参考。

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高速道岔尖轨断裂对道岔状态影响的试验研究

司道林, 赵振华, 杨东升, 王树国, 赵晨烯, 樊小平

铁道工程学报. 2020, 37(9): 18-22.

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研究目的：尖轨是高速道岔结构中的核心部件,运营过程中尖轨需承担复杂荷载,且无扣件系统扣压,其可靠性备受关注,一旦发生断裂对行车安全的影响尚不清晰。本文提出一种模拟尖轨断裂的试验方法,以用量最多的18号道岔的直尖轨为试验对象,获得尖轨不同位置断裂对道岔区几何状态的影响规律。
研究结论：(1)尖轨在第一、二牵引点间断裂时尖轨始终与基本轨密贴,断缝处无明显错动,扳至反位时断缝前端尖轨(尖轨尖端一侧)仍与基本轨密贴,未形成轮缘槽,侧股无法正常开通;(2)尖轨在第二、三牵引点断裂时断缝处错动量为1.3 mm,扳至反位时断缝处轮缘槽宽度满足要求,侧股可正常开通;(3)尖轨在第三牵引点后端2 m位置断裂时断缝处错动量为1 mm,扳至反位时断缝后端尖轨(尖轨跟端一侧)无牵引力,轮缘槽宽度不足,侧股不能开通;(4)尖轨在第三牵引点后端6 m位置断裂时断缝处错动量为2.3 mm,扳至反位时侧股可正常开通;(5)尖轨断裂后内部应力释放、支承条件发生变化,断缝前后尖轨转换位移不协调,使得转换阻力变化无明显规律可循,难以由转辙机阻力信息判断尖轨是否发生断裂及其位置;(6)本研究可为进一步尖轨断裂理论分析及判断方法研究奠定基础,也可为道岔运营安全评估提供参考。

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池黄高铁三塔矮塔斜拉桥设计关键技术研究

张欣欣

铁道工程学报. 2020, 37(9): 23-28.

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研究目的：矮塔斜拉桥具有结构刚度大、施工方便、经济性好、造型美观等优点,近年来在铁路桥梁中得到广泛使用。本文以池黄高铁大跨度三塔矮塔斜拉桥为背景,针对高速铁路桥梁特点,就结构体系、合理结构参数、斜拉索张拉方案等关键技术进行分析研究。
研究结论：(1)高速铁路多塔矮塔斜拉桥结构体系选择的关键是既保证变形控制,同时减少温度力以及混凝土收缩徐变产生次内力的不利影响,采用刚构连续梁体系,辅以外伸跨,可以有效减小下部结构受力,同时满足刚度要求,结构经济合理;(2)边跨跨度和外伸跨跨度对主梁变形影响较小,塔高和无索区长度对主梁残余徐变变形影响较大;(3)斜拉索采用悬臂阶段和合龙后两次张拉,且二次张拉拉索在施工二恒之前,可有效控制主梁残余徐变变形;(4)本研究结论可为今后同类型桥梁设计提供参考。

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高速铁路桥梁装配式桥面系力学性能试验研究

杨斌, 尹京, 李运生, 于广志, 荣学亮

铁道工程学报. 2020, 37(9): 29-34.

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研究目的：京雄城际固霸特大桥是我国智能铁路桥梁建设的示范性工程,首次采用整体装配式桥面系设计方案。为掌握这种新型装配式桥面系的力学性能,本文通过脱轨荷载试验、边墙承载力试验、构件纵向连接性能试验和破坏试验,系统地检验主要构件的受力性能和破坏形态。
研究结论：(1)预制试件与桥梁结构间连接构造的安全性和可靠性满足设计要求;(2)在脱轨荷载作用下,砂浆层开裂失效,防护墙受拉区出现分布式裂缝,但仍处于弹性状态,防护墙承载力满足设计要求;(3)在设计荷载作用下,边墙表面无可见裂纹,底部砂浆层无可见缝隙,边墙承载力满足设计要求;(4)本研究成果可为高速铁路桥梁装配式桥面附属应用提供技术支撑。

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一种悬吊桥面系拱桥减振加固方法及模型试

谭岩斌, 张哲, 杨宗林, 檀永刚, 王会利

铁道工程学报. 2020, 37(9): 35-40.

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研究目的：悬吊桥面系拱桥整体性差,在车辆作用下振动较大,需要进行加固。传统增设钢纵梁的加固方法,存在刚度提高有限、连接构造复杂、施工难度大等缺点。本文提出钢箱混凝土组合梁加固方法,即采用钢箱混凝土组合梁作为纵梁连接悬吊桥面系拱桥的混凝土横梁,并通过1/10的模型试验验证此方法的有效性。测试模型加固前后各9种工况,得到1/4、1/2、3/4桥跨处的加速度数据,并采用加权加速度均方值(RMS)作为舒适度指标进行评价。
研究结论：(1)钢箱混凝土组合梁加固悬吊桥面系拱桥的方法是可行的,桥梁振动峰值加速度至少降低20%,最大可降低50%;(2)采用加权加速度均方值(RMS)对桥梁结构进行振动舒适度评价,加固后舒适度效果提高20%以上;(3)本文所提出的减振加固方法可为悬吊桥面系拱桥加固提供参考。

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重载铁路 Ц形浅基高桥墩振动分析及加固技术

陈树礼, 刘永前, 柳墩利, 许宏伟

铁道工程学报. 2020, 37(9): 41-46.

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研究目的：Ц形浅基高桥墩是我国既有重载铁路中的一种常见类型,具有“头重脚轻”和刚度偏低的典型特点,是铁路基础设施中的薄弱环节。本文以某重载铁路浅基高桥墩为研究对象,针对重载列车通行引起的桥梁结构振动异常现象,采用现场试验和理论分析等技术手段,研究大轴重运输条件下的桥墩振动特性和减振加固技术,并进行实际工程应用研究。
研究结论：(1)单线重载列车通过导致双线Ц形桥墩基础受到较大的偏心冲击,进而引起本线和临线桥梁振动增大,尤其是临线桥梁振动明显增大;(2)随速度和轴重增加,两线桥梁振动均呈现增大趋势,地基薄弱、桥墩刚度不足和基础结构缺陷是振动异常根本原因,大轴重列车偏心冲击是直接外因;(3)可采用“增补桩基+增大基础+墩身连接”组合加固方法进行实桥加固,加固后墩顶振幅降低300%,桥墩横向自振频率增加3倍,效果明显;(4)本研究成果可为既有铁路病害整治以及扩能改造提供借鉴。

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高速铁路隧道围岩力学参数反演研究

王浩, 畅翔宇, 张一鸣, 梁瑞军, 王飞球, 陶雷, 李照众

铁道工程学报. 2020, 37(9): 47-53.

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研究目的：隧道围岩是一种非均质、不连续的地质体,其力学参数的确定直接关系数值模拟结果的准确性。针对隧道围岩力学参数难以有效获取的问题,本文依托阳山高速铁路隧道,采用FLAC^3D对隧道施工过程进行数值模拟,并基于遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM),研究高速铁路隧道围岩力学参数反演方法。在此基础上,建立隧道有限差分模型,分析不同台阶长度施工时围岩的变形、应力分布及破坏形态。
研究结论：(1)围岩拱顶沉降模拟结果与实测值基本吻合,验证了所建立的隧道围岩力学参数反演模型的可行性;(2)当施工台阶的长度大于6 m时,隧道围岩稳定性急剧降低,不利于人员安全及隧道有序施工;(3)本研究结论可为后续施工提供可靠依据,同时可为隧道施工的稳定性分析提供参考。

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考虑随机裂隙的高寒隧道温度场和保温层研究

王志杰, 李振, 蔡李斌, 蒋新政, 姜逸帆, 徐海岩

铁道工程学报. 2020, 37(9): 54-59.

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研究目的：为进一步探究温度场的变化规律和保温层敷设厚度问题,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、理论分析和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立隧道围岩区的随机裂隙模型,研究孔隙率、渗透率、随机裂隙孔径和水头对温度场的影响,并基于温度场进一步对比解析解和数值模拟的保温层设计厚度。
研究结论：(1)径向温度值及其变化速率随围岩孔隙率和渗透率的增大表现为增大趋势,随着随机裂隙孔径和下边界水头的增大,径向温度值表现为增大,变化速率则表现为减小的趋势,孔隙率对温度场影响最大,渗透率对温度场影响最小,径向温度分布规律可用Asymptotic1模型表示;(2)由于随机裂隙和渗流的影响,衬砌和围岩接触面的温度值不完全对称,但总体表现为从拱顶到仰拱逐渐升高;(3) 孔隙率和渗透率对冻结深度的影响可用Exp3P2模型表现,随机裂隙孔径和下边界水头对冻结深度的影响可用ExpDec1模型表现,理论分析和数值模拟结果说明保温层厚度的解析解较数值模拟大;(4)本研究结论可为相关寒区隧道的温度场发展、分布规律和保温层厚度设计提供借鉴或参考。

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黄土地区浅埋暗挖地铁连拱隧道合理错距研究

胡志平, 刘佳琪, 任翔, 马甲宽, 赵碧锋, 杨辉

铁道工程学报. 2020, 37(9): 60-65.

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研究目的：以西安地铁5号线雁鸣湖停车场段暗挖双连拱隧道工程为背景,采用有限元分析方法对主洞开挖过程进行模拟,研究开挖错距(0 m、15 m、30 m、60 m)对地表变形、拱顶沉降、拱腰净空收敛及拱顶应力的影响规律,并结合现场监测数据对黄土地区浅埋暗挖地铁双连拱隧道合理错距进行研究分析。
研究结论：(1)四种方案下地表沉降值最大相差仅0.5 mm且均满足规范要求,横向地表影响范围大概在连拱隧道中线两侧约3倍隧道跨径内;(2)拱顶沉降和拱顶应力变化主要集中在隧道上台阶施工阶段,当错距超过30 m后,拱顶最终沉降值及应力值基本不受错距变化的影响;(3)错步方案下先行洞拱腰净空收敛值均大于后行洞,且随着错距的增加,后行洞开挖对先行洞拱腰净空收敛的影响逐渐减小;同步开挖过程中不存在偏压问题,且拱腰净空收敛值比其他三种方案小;(4)同步开挖方案与其他错距方案相比较,未引起过大地表沉降及拱顶沉降,且拱腰净空收敛相对较小,综合考虑安全性、经济效益和施工效率等因素,在黄土地区类似工程中建议优先采用两主洞同步开挖方案;(5)本研究可为黄土地区城市地铁双连拱隧道主洞开挖施工方案优化及力学行为研究提供有益参考。

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地铁叠线隧道盾构掘进对地表沉降影响研究

娄平, 李特

铁道工程学报. 2020, 37(9): 66-71.

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研究目的：地铁叠线隧道由于掘进过程中上下线相互影响且大部分埋深较浅,其对地层的扰动相比常规隧道更为剧烈。本文以佛山地铁3号线某区间叠线隧道为工程背景,利用数值模拟软件建立有限元模型,研究叠线隧道掘进过程中横剖面上土体移动规律以及地表沉降规律,并探讨掘进面压力以及注浆压力对地表沉降的影响,从而为现场选择合理的地铁叠线隧道盾构掘进施工参数提供理论依据。
研究结论：(1)叠线隧道掘进引起的地表沉降具有叠加效应;(2)上线隧道掘进时会引起下线隧道的上浮;(3)浆液处于软化阶段时,地表沉降会急剧增大,从注浆到浆液硬化,这一过程对地表沉降的贡献约40%;(4)增大盾构机掘进面压力以及注浆压力可以有效减小地表沉降,但当注浆压力大于200 kPa时其作用不再明显;(5)本研究结论可为叠线隧道盾构施工时控制地表沉降提供理论指导。

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砂卵石地层盾构微扰动施工及掘进控制研究

徐前卫, 贺翔, 龚振宇, 邢慧堂, 马少坤, 黄杉

铁道工程学报. 2020, 37(9): 72-77.

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研究目的：针对北京地铁8号线天桥～永定门外区间右线隧道试验段1～160环掘进施工,结合地层条件分析掘进参数和地表变形间的关系,并对土压平衡盾构微扰动施工控制进行初步探索,以期为砂卵石地层盾构隧道的设计与施工提供借鉴和参考。
研究结论：(1)相对于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层,盾构施工在砂卵石地层引起的沉降更大,对地层的扰动也更大;(2)盾构在砂卵石地层中掘进时,按照太沙基松动土压力理论计算得到的开挖面支护压力更加贴合现场实际情况;(3)千斤顶推进速度与螺旋机转速对于调节开挖面支护压力至关重要;(4)盾构在砂卵石地层中掘进所需的推力和扭矩要高于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层中的相应值;(5)由于砂卵石土孔隙率较大,故需要及时调整注浆压力以保证注浆量,从而控制地表沉降;(6)对于砂卵石地层中的盾构施工,通过合理控制盾构掘进参数,可以较好地减小地表沉降和地层损失。

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上软下硬地层盾构施工多源沉降数据演化规律

李炜明, 任虹, 孙义涛, 沙梦宜, 张燕舞, 石旭东

铁道工程学报. 2020, 37(9): 78-84.

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研究目的：上软下硬地层为城市地铁施工中的一种特殊地质,在这种地层中,盾构施工的条件与已有经验公式的假设条件存在差异,并有可能对衬砌、箱涵与管线结构造成工程风险。因此,有必要基于实际工程的监测数据进行针对性的研究。
研究结论：本文基于长期施工监测数据的分析,对于某城市地铁上软下硬地层的盾构施工,有如下结论:(1)本区段单线盾构施工时,横向沉降槽形状会受到施工工况的影响,基本符合Peck曲线,最大沉降值大致位于开挖隧道中心线处,产生了较为显著的地表沉降,最大值接近30 mm;(2)本区段盾构施工地表沉降纵断面沉降曲线形状分为4个阶段,掌子面通过时出现较大日沉降;(3)本区段上软下硬地层盾构施工过程中,因为隧道衬砌、箱涵、热力管线自身具有一定刚度,盾构施工时结构沉降会小于土体沉降;衬砌沉降幅值在[-1, +2]mm区间,箱涵、热力管线沉降幅值在[-12, +1]mm区间;(4)本研究成果可为类似上软下硬地层地铁盾构施工设计与施工提供参考。

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基于离散元方法的TBM刀盘磨损研究及优化设计

刘建琴, 魏琛, 郭伟

铁道工程学报. 2020, 37(9): 85-90.

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研究目的：刀盘位于全断面隧道掘进机的最前端,工况恶劣,刀盘刀具磨损严重,是刀盘失效的主要原因。本文应用离散元分析方法对刀盘面板的磨损进行模拟仿真,并对磨损大小进行定量分析;通过对刀盘面板进行分区,研究面板的磨损规律;开展刀盘面板的堆焊结构优化设计,提出米字形堆焊的面板结构。
研究结论：(1)刀盘面板滚刀分布密集区及出渣槽区域附近的面板磨损较为严重,易发生磨损激增;(2)优化后的新刀盘面板结构平均磨损量较原刀盘面板下降了近25%,优化后的刀盘面板耐磨特性得到明显提升,新刀盘面板结构固有频率较原刀盘面板更远离其工作频率,工作更加安全;(3)本文研究可为刀盘磨损的计算提供方法指导,优化的耐磨结构可应用于修复磨损严重的刀盘。

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铁路隧道桁架式大净空新型衬砌台车研制

张民庆, 肖广智, 王水善, 贾大鹏, 高存成

铁道工程学报. 2020, 37(9): 91-96.

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研究目的：目前铁路隧道衬砌质量问题仍比较突出,主要表现在6个方面:衬砌背后空洞、衬砌不密实、衬砌厚度不足、衬砌开裂、衬砌施工缝裂损、衬砌渗漏水。据不完全统计,铁路隧道衬砌质量缺陷病害约占所有病害的62%。为提高铁路隧道衬砌质量水平,通过研究传统门架式衬砌台车和无门架式衬砌台车的设计原理及性能特点,本文主要介绍研制的桁架式大净空新型衬砌台车的结构组成及应用效果。
研究结论：(1)新型衬砌台车采用桁架式结构,整体刚度和支撑稳定性明显提高,系统刚度增加了35%,支撑稳定性提高了40%,支撑难度降低了50%;(2)新型衬砌台车通车净空增大了55%,通风空间提升了65%;(3)新型衬砌台车减少作业人员4名,衬砌施工效率提高了35%;(4)新型衬砌台车周转使用率高达70%,与传统门架式台车相比,周转使用率提高了40%,极大程度地降低了综合成本;(5)本研究成果可在隧道衬砌施工中推广应用。

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PPP模式在铁路生态补偿机制中的应用研究

李素英, 谢明明, 吴永立

铁道工程学报. 2020, 37(9): 97-101.

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研究目的：生态补偿作为生态文明建设重要的内容和政策手段,备受社会各界关注。我国在大力发展铁路建设事业的同时,对铁路生态文明建设也提出了更高要求。为克服传统补偿模式存在的缺陷,着力打造绿色铁路工程,实现铁路与区域环境、经济协调可持续发展,本文提出构建PPP模式下铁路生态补偿机制,从而为铁路生态补偿机制的构建提供方法借鉴。
研究结论：(1)我国良好的政策环境和雄厚的社会资本为PPP模式下铁路生态补偿机制的构建奠定了坚实基础;(2)通过对生态补偿主客体的划分,补偿标准上下限的确定,以及补偿措施的提出,使生态补偿项目的管理模式得到优化;(3)提出如下针对性建议以促进铁路生态补偿机制顺利运行:健全法律法规,提高项目透明度;创新筹资路径,提高补偿标准;严格考核制度,明确奖惩标准;加大技术创新,优化产业结构。

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桥梁工程运维成本三维非线性智能控制研究

段晓晨, 喇海霞, 胡天明, 刘路海, 王凯

铁道工程学报. 2020, 37(9): 102-107.

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研究目的：本文以张家庄大桥为例,进行关于桥梁工程运维成本三维非线性智能控制实证研究,将三维非线性智能控制技术运用到实际工程中,以提高运维管理的及时性和高效性,有效控制桥梁运维成本。
研究结论：(1)本文在收集已完类似工程安全数据资料基础上,采用粒子群优化算法、BP 神经网络等人工智能方法建立张家庄大桥运营维护成本预测模型,该模型可以通过输入目标工程的特征值,较准确预测出目标工程的运营维护成本;(2)运用PDCA、EVM、BIM等管理理论与方法加强桥梁运维全过程可视化控制,通过实际数据验证了运维成本管理的效果,降低了运维成本;(3)本文三维非线性智能控制模型可为桥梁工程运维成本控制提供借鉴和参考。

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2020年, 第37卷, 第9期　
刊出日期：2020-09-15

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