2018年, 第42卷, 第4期　刊出日期：2018-08-30

  

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土木建筑工程
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  复杂外部条件下地铁车站结构方案探讨

  李兆平

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 1. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.001

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  日益复杂的地铁建设外部条件使得常规的地铁车站结构型式在工程应用中遇到挑战，结合近年来参与的地铁车站结构方案设计研究成果，介绍了复杂外部条件下的地铁车站结构方案及工程应用.主要包括：基于双线盾构隧道扩挖建造的地铁车站、基于大直径盾构隧道扩挖建造的地铁车站、穿越桥区分离式车站、穿越铁路站场和城市重要交通干道道口的组合式车站，以及预制装配式车站.适用于存在车站与区间隧道协调困难、车站赋存的外部条件复杂等问题的地铁车站结构型式设计中.
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  围岩时变承载能力定量评估的LDP-GRC耦合新方法

  俞缙,马奇飞,涂兵雄,刘士雨,周建烽,蔡燕燕

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 9. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.002

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  为定量判断二次支护时机，在围岩自承载系数基础上考虑岩石的流变力学性质，采用Boltzmann流变模型推导了围岩时变承载系数，研究了时间轴上围岩自承能力的变化过程和发挥程度.并以围岩时变承载系数为基础建立考虑时变效应的LDP和GRC曲线耦合新方法，定量得出二次支护时机及围岩时变承载系数间的相关关系.研究结果表明：1）不同隧洞断面处的围岩自承能力随时间变化趋势相似，都是开挖初期围岩自承能力迅速变弱，随后慢慢趋于稳定；经过相同的蠕变时间，距离开挖面越远，围岩自承能力越弱.2）同一隧洞断面处，时间越早围岩时变承载系数越大，围岩自承能力尚未充分发挥，不宜进行二次支护，即二次支护时机应该避开初期围岩自承能力变化剧烈时段.
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  轨枕空吊对桥上有砟轨道结构动力响应的影响

  李浩,赵国堂,蔡理平

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 19. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.003

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  基于车辆-轨道耦合动力学理论，将轨枕下部的有砟轨道考虑为弹簧-阻尼系统，假设该弹簧-阻尼系统失效来模拟轨枕空吊状态，建立含轨枕空吊的有砟轨道-桥梁耦合模型.采用Newmark直接积分法求解车辆-轨道-桥梁耦合动力学方程，计算列车通过时轨枕正常状态和空吊状态下轨道结构的位移和加速度，同时对空吊轨枕出现的数量及纵向分布位置对轨道结构动力特性的影响进行分析.对轨枕无空吊状态、单根空吊状态、连续2根空吊和间隔2根轨枕空吊4种工况下轨道结构的动力响应进行分析.研究结果表明：连续2根轨枕空吊影响下轨道响应显著大于其他3种工况，间隔2根轨枕空吊的影响略大于单根轨枕空吊的影响，但差别较小；轨枕空吊对有砟轨道结构动力影响范围沿轨道纵向不超过2跨轨枕间距；随着列车运行速度的增加，轨枕空吊影响下轨道结构位移变化较小，加速度则明显加大，基本呈线性增长.
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  双塔单跨悬索桥空间主缆扭转性能数值分析

  李游,李传习,曹水东,曾宇环,高辰

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 27. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.004

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  针对空间缆索悬索桥体系转换过程中主缆发生扭转，而扭转刚度为多因素影响的变量，数值模拟中难以准确考虑，从而无法精确计算主缆扭转角及确定索夹预偏角的难题，以杭州江东大桥为工程背景，揭示了吊索张拉过程中主缆的扭转机理，从理论上分析了钢丝层间摩擦力对主缆扭转刚度的影响，并将拉-扭耦合效应及钢丝层间摩擦力在数值模拟中加以考虑，有效提高了计算精度，并通过改变抗扭刚度系数、吊杆张拉力、索夹预偏角等参数，确定主缆扭转特性与扭转效应，揭示了其正反扭原理.研究结果表明：体系转换过程中主缆扭转变化历程在数值模拟中需通过非线性迭代实现；随吊杆张力增大，主缆抗扭刚度从最小值逐步增加，改变主缆的抗扭刚度系数对主缆最终扭转角的影响不大；改变某索夹横向预偏角，主缆扭转现象存在“弱相干性原理”和“相邻影响原理”；索夹预偏角小于（或大于）吊杆力与铅垂线夹角，主缆将跟随索夹发生正向（或反向）扭转，当吊杆力方向通过主缆形心时，扭转角不再改变.
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  V形近似为均匀峡谷场地的体外PC桥梁多点地震分析

  王荣霞，冯啸

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 36. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.005

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  针对某座跨越V形峡谷场地的体外预应力桥梁，利用波函数解析解模拟得到了均匀介质V形场地地下多点地震动激励，对体外预应力体系在该激励下的结构响应进行了分析.首先，利用模型转化技术建立了4种桥梁模型，分别探究了纤维梁单元、实体单元，桩-土相互作用和人工黏弹性边界等对体系响应的影响.其次，基于均匀介质假定的V形峡谷场地解析解，引入地下多点地震动模拟方法得到了V形峡谷场地地下多点地震动并将其作为结构输入,着重探究了V形场地地震输入和水平场地地震输入对体系地震响应的影响差异.计算结果表明：V形峡谷场地激励同水平场地激励相比对结构具有更强的空间差动作用，从而引发更大的差动内力，体外预应力体系从屈服到破坏退出工作的持续时间明显缩短；桩-土相互作用对体外预应力筋的地震响应影响显著，体外筋发生屈服和破坏的时间均大幅度提前.
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  累积变形影响下的半刚性节点古建木柱正截面压应力及承载力解析解

  常鹏，胡娅春，王军舰，王钊

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 44. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.006

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  古建筑木结构在长期竖向荷载作用下会产生累积变形，针对累积变形古建筑木柱在竖向荷载作用下平面应力问题，运用弹性力学方法求解了应力与位移分量及屈服荷载解析解.结合半逆解求解方式和等效荷载法，将累积变形柱进行了等效简化，对于古建筑端部半刚性特性，运用位移和应力边界条件进行处理.研究结果表明：柱跨中侧向挠曲变形对截面压应力影响大，而端部侧移影响较小；半刚性节点的非线性对截面压应力影响显著.通过Ansys数值计算与理论公式进行了对比，讨论了累积变形对木柱屈服荷载的影响，解析解与数值解结果吻合良好.研究结果对长期竖向荷载作用下有累计残损变形的古建木柱力学状态评估有一定的借鉴意义.
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  零号箱梁水化热温度应变场分析

  梁栋，陈瀚森，董婉

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 51. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.007

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  为研究混凝土箱梁零号块的水化热温度效应，找到合理的温控措施，基于某大跨度连续梁桥两处零号箱梁浇筑后的实测数据，运用有限元分析软件模拟箱梁浇筑后的水化热温度场，分析了外部温度对水化热温度场的影响，提出了用竖向筋波纹管充当冷却管的温控方案.试验研究表明：混凝土箱梁的温度实测值与计算值符合较好，说明有限元分析模型能有效模拟水化热温度场；水化热产生的顶底板温度梯度与外部温度有关，夏季施工比冬季施工时达到的顶底板温差更大；应变场与温度场呈负相关状态，且应变变化滞后于温度变化，应变先压后拉.因此，零号箱梁的浇筑宜在温度较低时进行，浇筑完成后，应当根据水化热温度效应的特点，对重要部位进行针对性养护，并采用适当温控方案，以降低混凝土内部最高温度及顶底板温度梯度.
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  粗粒土堆积体塌滑特性试验与数值研究

  陈曦，赵辉，介玉新，王冬勇

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 57. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.008

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  基于室内物理模型试验，研究粗颗粒土沿斜面塌滑、蔓延和堆积的整个运动过程；分析粗粒土堆积体初始状态、颗粒粒径、斜面倾角等因素对塌滑体的最终堆积状态参数(主要包括冲程，最大堆积厚度及其位置)的影响.基于离散单元数值分析方法，采用颗粒流程序软件，编写粗粒土堆积体塌滑运动的模拟程序，开展粗粒土堆积体塌滑过程的研究，数值模拟与室内试验结果基本一致.研究结果表明：堆积体最终状态几乎不受初始状态的影响；斜槽倾角对堆积体滑落稳定后最大堆积厚度所在水平位置影响较大，根据数值计算结果，拟合出斜槽倾角与最大堆积厚度所在水平位置的关系式；斜槽倾角对最终堆积形态有着较大的影响；随着斜槽倾角和粒径的增大，堆积体的冲程、最大堆积厚度的位置与坡角的距离增大，最大堆积厚度减小.
交通运输工程
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  考虑货车路径选择行为的高速公路拥挤路段收费研究

  姚恩建，李挺然，王雪然，鲁楠，代洪娜

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 63. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.009

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  为降低高速公路拥挤路段中的货车混入比例，提高道路的通行能力及服务水平，通过构建货车的路径选择模型，分析高速公路收费费率对货车车辆路径选择行为的影响及不同费率的路网状态.首先，在对车辆路径选择行为影响因素进行初步分析的基础上，针对货车设置不同的出行场景，设计调查问卷和实施方案，以获取路径选择意向调查数据.其次，构建货车的公路路径选择NL（Nested Logit）模型，并对模型结果进行检验和评价.最后，以山东省高速公路网为例，分析高速公路拥挤路段不同收费费率对货车的路径选择行为产生的影响.结果表明：收费费率对中长距离出行的货车车辆路径选择行为较短途出行有显著影响，在拥挤路段仅针对货车车型适当提高收费费率时，在降低路段负荷度的同时可以增加路网收费收入.
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  基于权值优化的FCM-MSVM算法及其在高速公路状态判别中的应用

  李晓璐,于昕明,杜崇,张溪,张彭,朱广宇

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 72. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.010

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  高速公路实时交通状态的准确判别是科学制定交通管理策略的重要基础.本文以实测的高速公路交通流三特征参数的数据作为输入，引入熵权法刻画参数之间重要程度的差异，利用改进的FCM算法对特征参数进行聚类，根据不同交通状态的结果，建立基于多分类器支持向量机的交通状态判别模型，并分别采用网格搜索法、遗传算法和粒子群算法对支持向量机参数进行优化，从而提高模型的判别准确率.最后选取实际数据对本文模型进行验证，判别结果的分类准确率可达96.3980%.
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  基于ARIMA-GARCH-M模型的短时交通流预测方法

  王晓全,邵春福,尹超英,计寻,管岭

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 79. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.011

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  针对差分自回归移动平均(Auto-Regressive Integrated Moving Average, ARIMA)模型在获得时间序列非线性特性中的局限，基于线性递归的ARIMA模型和非线性递归的广义自回归条件异方差—均值（Generalized Autoregressive Conditional Heteroscedasticity in Mean, GARCH-M）模型，提出一种组合模型ARIMA-GARCH-M进行短时交通流预测,并利用城市快速路交通流数据进行模型预测精度的检验.结果表明：ARIMA-GARCH-M模型考虑了异方差性这一非线性特性，相比于ARIMA-SVR模型和ARIMA-GARCH模型的预测结果，本文构建模型具有较好的预测效果，能够有效提高预测精度至90.39%.
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  驾驶员视角和后视效应对交通流稳定性的影响分析

  侯培国,洪嘉阳,余焊威，严晨

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 85. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.012

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  交通流跟驰模型是微观交通流仿真和交通安全评估的重要工具，在城市交通规划、交通运行宏观调控等方面广泛运用.传统交通流跟驰模型主要考虑车辆参数，对于驾驶员因素不够重视，本文将驾驶员视角引入全速度差(FVD)模型，研究基于FVD模型的扩展模型，结合驾驶员后视效应，利用线性稳定性分析扩展模型的交通流稳定性特点.通过将驾驶员视角用驾驶车辆体型参数进行数据量化，分析车辆体型参数对交通流稳定性的影响.仿真实验表明：本文研究的扩展模型在车距较小的情况下交通流稳定性要优于FVD模型；驾驶员对视角变化的敏感系数越高，整个交通流越稳定；驾驶员后视概率越高，交通流越稳定；对于大型车辆，车流高峰时期为其开辟专用车道能够提高该阶段交通流稳定性.
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  基于改进熵的土地利用混合度对非通勤行为的影响

  尹超英，邵春福，王晓全，熊志华，崔文霖

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 92. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.013

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  为研究土地利用混合度对非通勤行为的影响，提出改进熵模型定量描述土地利用混合度，并深入分析土地利用混合度对非通勤者出行距离和出行方式选择的影响.结合甘肃省天水市2015年居民出行调查数据，构建土地利用混合度与非通勤者出行距离的关系模型，并利用MNL模型研究土地利用混合度对非通勤者出行方式选择的影响.结果表明：与传统熵指标相比，改进熵指标对非通勤者出行距离的解释性更强；利用STATA软件标定MNL模型参数并进行弹性分析，进一步表明改进熵指标对居民出行行为的解释性优良，合理的土地利用布局有助于引导居民选择非机动化出行方式.研究结果对城市规划和交通政策的制定具有指导意义.
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  基于旅客时间价值的高速铁路差别定价

  李博，赵鹏，宋文波

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 98. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.014

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  针对同一OD间列车票价相同导致上座率不均衡的问题，在综合考虑不同列车间发车时段、旅行时间及舒适度差异性的基础上，构建了基于旅客选择效用最大化的时间价值模型及其列车差别定价模型.利用RP（Revealed Preference）与SP（Stated Preference）组合调查方法获取旅客列车选择数据，并运用极大似然估计方法对旅客时间价值模型进行标定.以北京到西安的高铁列车为对象进行实例分析，结果表明：利用本文模型可以对同一OD间各列车进行差别定价；通过对各列车客流分担率分析可以得出，实施差别价格可以均衡各列车上座率，提高列车能力利用率.为高速铁路列车差别定价及其精细化能力管理提供了优化方法.
机械与电子控制工程
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  双变量电动静液作动系统研究综述

  冯利军，延皓，董立静，任玉凯

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 104. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.015

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  综述了双变量电动静液作动系统近20年来的发展历程和研究现状.重点从作动系统的结构创新、数学建模与仿真方法、控制策略3个方面论述了双变量电动静液作动系统研究所取得的主要研究成果.探讨了双变量电动静液作动系统换向方式选择、量化特性分析、热控制与动态性能提升等目前亟待分析解决的问题，同时指出上述问题将是该型作动系统的未来重点研究方向.
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  高速列车轮轴载荷谱编制及疲劳强度分析

  金新灿，张晓斌，周康

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 113. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.016

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  以中国标准动车组CRH-0208测力轮对为研究对象,在线路实测的基础上,采用Matlab仿真,综合速度信号与载荷时间历程等多个数据，统计各级载荷水平下车轮旋转作用频次,完成不同工况下轮对载荷谱的编制和分析.编制了车轴应力谱,根据修正后Miner法则对轮轴的强度进行评估.结果表明：动、拖车测力轮对轴测点的等效应力都未超过欧洲标准(EN)规定的疲劳极限,可以满足1 200万km的服役要求.
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  基于双树复小波分解的风机齿轮箱故障诊断

  刘清清，杨江天，尹子栋

  北京交通大学学报. 2018, 42(4): 121. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.04.017

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  风机齿轮箱振动信号具有非平稳、非高斯特性，多种模式混叠和复杂的传递路径使得故障信息微弱完全淹没在噪声之中.针对故障特征提取的难题，将双树复小波变换引入振动信号分析，提出了一种新的工业风力发电机齿轮箱故障诊断方法.首先对风机齿轮箱振动信号进行双树复小波分解，然后计算各频带分量的峭度值，利用峭度筛选故障敏感分量.最后对故障敏感分量进行频谱分析提取故障特征频率.实验结果表明：双树复小波变换可将复杂信号分解为不同频带分量，抑制平移敏感性和频率混叠.与传统离散小波变换相比，能有效抑制虚假频率出现并准确提取故障特征.本文提出的方法已成功用于风力发电机工业运行监测并准确诊断多种类型的齿轮箱故障.