铁道工程学报

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王洪涛, 徐涌帅, 门燕青, 刘浩, 高广龙

铁道工程学报. 2024, 41(7): 1-10.

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研究目的：合理估算锚板抗拔承载力是保持锚板基础稳定工作的重要保障,本文聚焦土质斜坡地层中埋设的倾斜条形锚板,构造了一种极限状态下非对称的锚板上拔破坏机制,并假设土体破坏服从非线性强度准则与非关联流动法则。基于该破坏机制,利用上限法与变分原理,推导锚板极限抗拔承载力及锚板上方土体破坏面方程的解析表达式,系统研究各参数对锚板抗拔承载力的影响规律。
研究结论：（1）推导得到了锚板极限抗拔承载力及锚板上方土体破坏面方程的解析表达式,并与现有文献成果进行了对比分析,验证了本文分析方法的有效性;（2）斜坡倾斜锚板上方土体破坏范围呈现一定的非对称特征,随锚板倾角增大,土体破坏范围逐渐向坡下方向偏移,土体破坏范围与土体剪胀系数、初始黏聚力正相关,与非线性系数、重度、地表荷载负相关;（3）锚板埋深比、埋设角度、地表倾角、土体黏聚力及剪胀系数对锚板抗拔承载力及土体上拔破坏范围会产生显著影响,在工程设计中应予以重视,以实现锚板基础的最优布设与承载能力有效发挥。

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列车荷载作用下饱和路基翻浆冒泥特性研究^*

张家生, 贾羽, 丁瑜, 王晅, 闫宏业, 陈晓斌

铁道工程学报. 2024, 41(7): 11-17.

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研究目的：重载列车轴重的提高增大了路基不同深度处的动应力,由此引发的翻浆冒泥等病害日益严重。本文开展精细化模型试验,针对重载列车荷载作用下饱和粉质黏土路基的翻浆冒泥特性进行研究,分析循环荷载幅值及加载频率对试样轴向应变、超孔隙水压力及细颗粒迁移特性等性质的影响。
研究结论：（1）循环荷载幅值对粉质黏土路基翻浆冒泥特性具有显著的影响,随着循环荷载幅值的增加,试样产生的轴向应变及超孔隙水压力增大,路基翻浆冒泥程度也不断增加;（2）加载频率对路基翻浆冒泥特性有一定影响,随着加载频率的增加,试样的最终轴向应变及超孔隙水压力均有所减小,试验结束后翻冒的泥浆质量减少;结合试验现象来看,加载频率的增加并不能加剧翻浆冒泥的程度,但能显著缩短翻浆冒泥发生的时间;（3）循环荷载作用下路基内部的超孔隙水压力梯度驱动路基土体细颗粒迁移,从而产生翻浆冒泥病害;（4）本研究成果可为重载铁路路基翻浆冒泥病害的整治提供参考。

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基于改进YOLOv7的钢轨表面缺陷检测^*

陈仁祥, 潘升, 杨黎霞, 高晓鹏, 王建西

铁道工程学报. 2024, 41(7): 18-24.

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研究目的：钢轨表面缺陷是铁路交通安全运行的重要隐患,对其进行准确检测十分重要。钢轨服役的复杂环境使其可能沾染污渍,同时钢轨缺陷形状往往不一致,为解决钢轨附着污渍导致误识别以及缺陷形状不一致导致难以准确检测的问题,提出基于改进YOLOv7的钢轨表面缺陷检测方法。
研究结论：（1）通过构建数据集时以包含污渍的钢轨图像作为负样本的方法,利用标签差异使网络学习区分缺陷和污渍的特征,克服了对污渍误检测问题;（2）通过可变形卷积与嵌入通道注意力机制对YOLOv7完成改进,即通过对卷积采样点添加偏置的方式实现可变形卷积替换固定卷积,实现网络对缺陷几何形变适应能力的增强,同时将通道注意力机制嵌入网络中,利用其为不同通道特征加权的特点使网络关注缺陷特征,从而增强了缺陷特征提取能力;（3）通过将钢轨表面缺陷数据集加载于构建的改进YOLOv7网络实现端到端的钢轨表面缺陷检测,证明了所提方法的有效性和可行性;（4）本研究成果可为钢轨表面缺陷智能化检测提供新方法。

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电力线路跨越铁路断线路线冲击力仿真研究^*

孙继星, 杨加生, 王鑫, 胡凯旋, 赵鹏飞, 穆清, 丛显成

铁道工程学报. 2024, 41(7): 25-33.

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研究目的：跨越铁路的电力线路在风载荷及覆冰作用下会出现断线落线情况,威胁铁路的运行安全。本文针对该问题开展研究,建立了柔性导线结构断线模型,得到了跨越铁路的电力线路断线路线冲击暂态过程,获得了挂线点高度、交叉角度对断线冲击力及冲击应力的影响规律。
研究结论：(1)断线冲击力随着挂线点升高而增大,对于35 kV电力导线,挂线点高度为120 m时,碰撞力幅值接近20 kN;(2)断线冲击力随着电力线路与铁路线路的交叉角度的增加而减小,交叉角度从15°增加至90°时,碰撞力减小近50%;(3) 结合本文的研究方法,计算获得京张铁路110 kV电力线路断线与防护结构的冲击力 13 kN,35 kV电力线路断线落线碰撞力8.4 kN,该数据设计了防护结构的横梁布局,同时上述成果可为电力线路防护棚洞强度设计提供数据支持。

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重载列车编组与运行对双线桥动力响应的影响^*

肖烨, 罗小勇, 范亚坤, 罗亦泳

铁道工程学报. 2024, 41(7): 34-40.

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研究目的：为研究重载列车编组与运行对双线桥梁动力响应的影响,以朔黄重载铁路线上一座32 m预应力混凝土双线简支T梁为研究对象,建立重载列车-轨道-桥梁耦合有限元模型,并通过现场试验验证有限元模型的准确性,研究重载列车通过双线桥梁时的动力响应,分析重载列车不同编组方式、重载列车双线对开运行等因素对双线桥梁动力响应的影响规律。
研究结论：（1）动力响应计算结果与实测值吻合较好,表明所建立的重载列车-轨道-桥梁耦合有限元模型的可靠性高;（2）重车编组对桥梁的位移响应和动应变影响最大,对加速度的影响最小;空车编组对桥梁的加速度响应最大;空重混编次之,其中重车在前空车在后的混合编组对空车的位移响应影响较大,可能引起空车脱轨;（3）重车空车双线对开运行下桥梁的动力响应随着车速的提高而增加,与重车单线运行下桥梁的动力响应规律相似;在相同车速下,双线对开运行下桥梁的跨中竖向动力响应峰值均比重车单线运行下略大,而横向动力响应峰值比重车单线运行下小;（4）当重车与空车入桥距离差值为车体长度的整数倍时,桥梁的动力响应峰值与重车空车同时上桥时基本相等;当入桥距离差值为车体长度一半的整数倍时,桥梁的动力响应峰值有所降低;（5）本研究成果可为新建重载铁路双线桥梁的设计提供参考。

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无砟轨道对不同地形下简支梁桥地震反应的影响^*

张永亮, 刘沛, 王春阳, 刘苗

铁道工程学报. 2024, 41(7): 41-46.

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研究目的：为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道系统对多跨简支梁桥下部结构地震反应的影响,以32 m简支梁桥为研究对象,分别建立线桥一体化模型与单墩模型,采用反应谱法研究3种典型地形条件下轨道纵向约束效应对桥墩地震反应的影响规律。
研究结论：（1）跨越平坦地形时,受轨道系统与端刺的影响,线桥一体化模型的墩底内力呈边界处小、中跨大的抛物线型分布,与单墩模型相比,中跨区域的桥墩处在地震反应放大区;（2）跨越V字形地形时,该区域各墩底内力呈现临界墩底内力显著增大、中跨高墩的墩底内力明显减小的U字形分布特征;（3）跨越Λ字形地形时,该区域各墩底内力呈现以中跨矮墩为中心、且其墩底内力显著增大、相邻墩底内力明显减小的Λ字形分布特征,中跨矮墩在抗震设计时应加以重视;（4）本研究成果可应用于类似典型地形条件下的高速铁路简支梁桥的抗震设计。

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移动荷载作用下正交异性桥面板应力响应分析^*

田亮, 邢守航, 樊立龙, 赵雪敏, 张诚至, 司志远

铁道工程学报. 2024, 41(7): 47-55.

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研究目的：正交异性桥面板在钢结构桥梁中的应用愈发普遍,但在往复车辆荷载作用下容易引发疲劳开裂。准确评估桥面板在移动荷载下的应力响应是后续开展疲劳分析的基础,因此显得尤为必要。鉴于此,本文建立连续三跨正交异性桥面板实体-板壳多尺度有限元模型,采用Fortran语言编制Dload子程序实现移动荷载施加,全面分析桥面板在不同加载工况下的应力动态响应过程,以便明确典型构造细节的受力状况,为正交异性桥面板的疲劳性能评估与改善提供科学依据。
研究结论：(1)加载中心线接近盖板-U肋连接焊缝或U肋开口正上方时是钢桥面板的最不利加载位置; （2）对于盖板-U肋节点,单轮加载分析即可较好地反映其应力响应状态,而对于U肋-横隔板连接处以及横隔板弧形切口区,双轮加载导致的应力影响不可忽略;（3）不同加载工况下,横隔板弧形开口区总是处于高应力态,属于钢桥面板的最不利受力部位,容易引发疲劳破坏;（4）本研究成果可用于钢桥面板结构在车辆移动荷载作用下的应力状态评估。

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无导洞法连拱隧道先行洞仰拱开裂及受力分析^*

袁松, 王峰, 潘英东, 张生, 黄钒, 李航

铁道工程学报. 2024, 41(7): 56-62.

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研究目的：为探明无导洞法连拱隧道先行洞仰拱衬砌开裂的原因,本文首先通过现场监测得到先行洞的受力规律,然后基于该受力特征提出一种考虑后行洞开挖的先行洞荷载-结构计算模型,进而结合现场监测和数值计算分析先行洞仰拱衬砌的开裂原因,最后评价先行洞二衬的安全性并给出相应的控制措施。
研究结论：（1）当后行洞开挖前,先行洞二衬对称受力且各截面的安全系数大于2.4;当后行洞开挖后,先行洞二衬处于偏压受力状态,仰拱右侧的安全系数仅为1.25,其内表面恰是最大拉应力所在位置,与现场仰拱衬砌的开裂位置吻合;（2）先行洞仰拱衬砌开裂的原因是由于后行洞开挖导致的隧道偏压受力以及仰拱不均匀沉降;（3）提高支护抗力系数有助于改善衬砌结构的安全性,但支护抗力系数高于某值后安全系数变化不大;（4）本研究成果可为相关连拱隧道的设计和施工提供参考。

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挤压性地层TBM隧道形变压力计算方法研究^*

李志军, 王明年, 王志龙, 于丽, 姜志毅, 张霄, 上官宇文

铁道工程学报. 2024, 41(7): 63-68.

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研究目的：目前国内外主要围绕挤压性地层条件下双护盾 TBM的设备选型与施工技术进行研究,但是针对管片结构设计方面的研究却较少,尤其是针对管片结构所受围岩压力的研究。为了弥补这方面的研究不足,本文结合TBM隧道施工的时空效应,重点研究双护盾 TBM 隧道管片在挤压性地层中的形变压力计算方法。
研究结论：（1）通过采用遗传蠕变模型,模拟了围岩变形的时序效应,并将其整合到隧道纵向变形曲线中,因此形成了一种考虑时空效应的隧道纵向变形曲线计算方法,通过考虑第一阶段的超前变形量,构建了基于等效开挖洞径的围岩特性曲线公式;（2）利用厚壁圆筒的弹性理论,推导出了管片-豆砾石组合支护的刚度计算公式,同时,建立了临界弹性模量的计算表达式;（3）基于收敛-约束法分析原理,推导出了组合支护力与组合支护位移的公式,进一步形成了管片形变压力的计算方法,最终这一形变压力计算方法的准确性通过实际工程案例得以验证;（4）本研究成果可应用于挤压性地层TBM隧道管片结构的设计。

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装配式站台雨棚抗震性能试验研究^*

常玉珍, 况久毅

铁道工程学报. 2024, 41(7): 69-74.

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研究目的：为提高施工速度、降低成本,促进装配式技术在铁路设施建设中的发展和应用,提出基于“榫卯型”节点的装配式站台雨棚结构体系。为研究“榫卯”连接的装配式“Y”形单柱站台雨棚结构的抗震性能,设计并制作单层单跨两榀铺屋面板装配式站台雨棚试件,通过低周反复加载试验分析破坏模式、滞回特性、承载力、延性和耗能能力等抗震性能,并采用有限元软件ABAQUS对试件进行参数分析。
研究结论：（1）试件滞回曲线呈现出捏拢效应,表现出剪切滑移特征;（2）试件的极限层间位移角为1/17,试件的位移延性系数大于4.5,表现出良好的变形能力和延性;（3）塑性铰依次出现在扁梁梁端和预制柱柱脚,破坏模式为“梁铰”机制;（4）参数分析表明,随着雨棚柱纵筋配筋率的增加,雨棚的初始刚度、极限承载力和延性均增加,随着扁梁与柱线刚度、雨棚板板高增大,结构初始刚度、极限承载力增大,但结构延性降低;（5）本研究可为装配式站台雨棚在铁路设施施工应用以及工程设计方面提供依据。

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高速列车过站时高架站房楼盖表面风压分析^*

蔡陈之, 艾宇言, 周智辉, 何旭辉, 邹云峰, 张勇, 周德

铁道工程学报. 2024, 41(7): 75-81.

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研究目的：大跨度高架站房结构向着更轻、更柔的趋势发展,高速列车气动力所引起的站房结构表面风压变化是站房抗风设计中不可忽视的重要因素。为了探究高速列车通过大跨度高架站房结构时楼盖表面的风压特性,采用CFD数值模拟,基于Fluent动网格技术,对时速350 km的高速列车以单、双线运行形式通过大跨度高架站房时楼盖表面的风压特性展开数值模拟仿真研究,分析楼盖表面风压的时程特性及其空间分布特性。
研究结论：(1)与高速列车单线运行相比,双线列车跨中交会运行时所产生的列车风叠加效应对楼盖底面风压幅值有显著影响;(2)相较于列车单线运行的工况,列车交会运行时跨中区域各测点的头波正、负风压极值均有较大程度增加,其中测点正、负风压极值的最小增幅都有62.30%和64.36%;(3)本研究结果可为进一步优化大跨度车站结构的抗风设计提供参考。

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基于惯导数据的铁路有砟轨道智能捣固技术^*

徐宏, 文竹

铁道工程学报. 2024, 41(7): 82-86.

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研究目的：随着铁路建设的不断发展,中国的有砟铁路速度也在不断提高,目前200 km/h及以上的有砟铁路在铁路建设中已经占据了相当大的比例,而相对应的2010年发布的《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》（TB 10754—2010）中,针对高速有砟铁路的特点,增加了轨道精调整理作业这一工序,后续2018年发布的新版沿用了这道工序。目前由于各施工单位对技术规范的条文理解不同,各单位在轨道精调整理作业时做法不一,效果也相差较大。基于惯导数据的铁路有砟轨道智能捣固技术,目的是以CPⅢ轨道控制网为依托,利用惯导小车测量系统进行测量和数据分析,为大型机养设备精调作业提供及时有效的数据支持。通过对08-32捣固车GVA控制系统升级改造,可批量导入轨道测量数据,避免了人工录入数据时的差错和误操作,提高了精调作业质量和效率。通过上述先进技术应用,总结出一整套适合高速铁路有砟轨道精调工艺方法,使新建有砟轨道能够快速达到高平顺性、高稳定性状态,达到保证施工质量、减少现场精调作业遍数及对扣件的扰动、提高施工效率、确保施工安全的目的。
研究结论：(1)基于惯导小车测量系统和自主升级改造的08-32捣固车开发的有砟轨道精调整理成套技术,轨道精调精度高、工艺先进、安全可靠、工效显著;(2)应用惯导小车测量系统对有砟轨道精调施工进行测量和数据分析,测量效率及精度高,可为大型机养设备精调作业提供及时有效的数据支持;(3)GVA控制系统升级改造后的08-32捣固车,提升了自动化程度,提高了作业效率,拓展了适应范围,作业精度高;(4)该项技术可广泛应用于时速200 km及以上铁路有砟轨道精调作业,实现有砟轨道几何尺寸快速达标。

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新型绿色数智客站运行原理及均衡优化算法^*

史天运, 沈海燕, 鲁玉龙, 杨国元, 李君, 李超, 杨玲玲, 端嘉盈, 姚剑

铁道工程学报. 2024, 41(7): 87-92.

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研究目的：铁路客站是高密集大型公共场所及能源消耗大户,为践行国家“双碳”战略,以客站为着力点是铁路绿色转型重要突破口。目前客站重“节能”,轻“洁能”,弱“赋能”,“数智化、绿色化、低碳化” 三化发展各自为营,制约了客站绿色转型步伐。本文研究提出“新型绿色数智客站” 新理论、新方法,填补行业空白,为突破“三化、三能”从“泾渭分明”向“融合共生”演进,推动客站绿色高质量发展,提供指导借鉴及示范作用。
研究结论：（1）“三化、三能” 协同的特征模型及转型路径,为强化数智赋能技术供给提供了新思路;（2） “三化协同、数智赋能、绿色牵引、低碳驱动”运行原理及“三要素”协同理论,为绿色客站转型提供了新方法;（3）首次提出的BMCEO综合均衡优化控制算法,经验证,其比传统单要素优化效能提升20%~40%,为解决多目标约束及动态不确定复杂影响要素下客站均衡高效运行难题提供了技术手段。

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复杂场地盾构区间隧道块石探查和处理技术^*

叶向前, 岑仰润, 蔡海荣, 王林军, 林荣

铁道工程学报. 2024, 41(7): 93-98.

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研究目的：覆盖层中存在的块石群对地铁区间盾构施工造成很大影响。采用常规的钻探或物探手段探查块石群的效果较差,选择合适的探查手段及清障技术是类似工程的主要难点。本文以杭州地铁7号线吴山广场站—江城路站区间为依托,系统介绍在复杂场地条件下覆盖层中块石的综合探查技术,分析基于超前注浆加固和爆破预处理的地铁盾构隧道块石清障相关技术。
研究结论：（1）在大量既有地表建筑物的条件下,探查块石需要钻孔与物探结合的手段;（2）微动探测在覆盖层中探测块石具有比较明显的优势;（3）在有条件的场地采用爆破预处理,在不具备爆破场地条件下可能遇块石时采用超前注浆加固预处理,盾构掘进通过后采用长管注浆加固管片周围土体,必要时进行带压进仓清理; (4)本研究成果可为类似复杂场地条件下盾构隧道工程的勘察、设计与施工提供参考。

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支撑与腰梁及连续墙节点抗震性能研究^*

麦家儿, 卢晓智, 何冠鸿, 裴行凯

铁道工程学报. 2024, 41(7): 99-105.

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研究目的：装配式建筑技术具有材料能耗低、生产效率高等优点,国内已逐步将装配式建筑技术应用于地铁车站的建设当中。为适应广州地区常见的内支撑支护体系,广州地铁提出一种新型的装配式地铁车站形式,该地铁车站的临时支护结构将作为车站的永久结构,采用“两墙合一”的设计,因此该工程对其地下连续墙-腰梁-支撑连接节点的连接精度及力学性能要求较高。本文基于该工程背景,针对连续墙-腰梁-支撑连接节点的足尺构件进行低周循环加载试验,探究在本工程中采用钢板连接及接驳器连接两种连接方案的适用性及安全性,并对比两种足尺节点的抗震性能的差异。
研究结论：(1)试验结果表明两种连接方式的节点均能满足装配式地铁车站结构的设计抗震性能要求; (2)两个构件的破坏位置均为腰梁与支撑连接处界面,在进行抗震设计时应加强该处的连接强度;(3)与钢筋接驳器连接的节点相比,钢板连接节点的强度退化小、刚度大、延性好、抗震性能更优,可优先作为该类装配式地铁车站的连接方式;（4）本研究成果可为装配式地铁车站节点的抗震设计提供参考。

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水泥对铁路桥墩混凝土力学与抗裂性能的影响^*

李书明, 邓青山, 谢永江, 刘竞, 张驰, 郁培云

铁道工程学报. 2024, 41(7): 106-112.

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研究目的：硅酸盐水泥是配制铁路混凝土的主要胶凝材料。为研究不同类型水泥的性能,从水泥角度提升高原铁路桥墩混凝土抗裂性能,系统对比抗裂水泥和普硅水泥在工作性能、水化性能、力学性能、干燥收缩性能和抗裂性能方面的差异,并在实体桥墩中进行对比试验,通过桥墩混凝土内部温度和应变变化规律研究,综合评价水泥对高原桥墩混凝土抗裂性的影响。
研究结论：（1）与普硅水泥相比,抗裂水泥的需水量较低,早期水化速率放缓和水化放热量降低,早期水化活性降低,早期强度略有降低,但是后期强度发展稳定并超过了普硅水泥,相同龄期抗裂水泥折压比明显高于普硅水泥,表现出较好的韧性;（2）采用抗裂水泥配制的混凝土的干燥收缩率明显低于普硅水泥,混凝土抗裂性显著提升;（3）在桥墩混凝土中应用抗裂水泥能够降低桥墩混凝土芯部温度,芯部温峰可降低5.0 ℃,芯部混凝土应变和表层混凝土应变均大幅降低,芯部应变可降低50%,表层混凝土应变可降低40%,从而提升了高原桥墩混凝土的抗裂性;（4）抗裂水泥的应用可作为提高铁路桥墩混凝土抗裂性的有效手段。

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橡胶-砂混凝土耗能特性智能预测模型研究^*

梅贤丞, 马亚丽娜, 李建贺, 丁长栋, 陈兴强, 崔臻, 白强强

铁道工程学报. 2024, 41(7): 113-120.

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研究目的：减震层结构设计是保障西部强震区地下工程结构稳定的重要措施,而减震材料的发展和应用是丰富减震层结构设计和保障其性能的关键,全面认识橡胶-砂混凝土耗能特性为其有效应用于地下工程减震层奠定基础。本文通过霍普金森压杆试验测试橡胶-砂混凝土的耗能性能,并基于试验结果,以反向传播神经网络为基础算法,通过四种不同的群体智能优化算法分别对其进行优化,从而构建四种集成反向传播神经网络-群体智能优化算法的混合智能预测模型。
研究结论：（1）影响橡胶-砂混凝土耗能特性的重要程度从高到低依次为：橡胶含量>水泥含量>橡胶粒径;（2）四种混合智能预测模型的最佳种群数量为150（PSO-BPNN）、75（FOA-BPNN）、75（LSO-BPNN）和80（SSA-BPNN）;（3）对橡胶-砂混凝土透射能占比预测精度最高的是LSO-BPNN混合智能模型,其他模型预测精度从优到劣依次为：PSO-BPNN、FOA-BPNN、SSA-BPNN;（4）本研究成果可用于研制适用于铁路隧道等地下工程减震材料的橡胶-砂混凝土,为保证铁路隧道安全建造和稳定运营的减震设计提供理论指导依据。

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海外高铁建设项目投资风险渐进决策方法研究^*

亐道远, 孟春成, 孟阳, 段晓晨

铁道工程学报. 2024, 41(7): 121-126.

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研究目的：针对“一带一路”倡议下中国高铁“走出去”面临投资失败率颇高、缺乏科学有效的投资决策方法等问题,立足于中国高铁“走出去”企业视角,在风险决策的基础上结合海外高铁建设项目投资特点,建立投资风险渐进决策模型,为海外高铁建设项目的投资决策提供新思路。
研究结论：(1)突破了以往研究对象、方法及形式单一的限制,采用更加严谨的纵向递进式决策框架,研究我国高铁企业海外投资风险情况;(2)利用扎根理论提炼决策指标,建立了宏观区位环境和微观项目特点双层决策指标体系;(3)将极限学习机、非线性组合赋权云模型等方法引入海外高铁建设项目投资风险决策中,有效减少了专家主观性影响、提升了决策动态性和准确性;(4)本研究结果可为中国高铁“走出去”企业在国际工程市场上制定科学有效的投资决策提供现实支持。

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2024年, 第41卷, 第7期　
刊出日期：2024-07-15

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