2020年, 第44卷, 第6期　刊出日期：2020-12-30

  

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土木建筑工程
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  考虑施工过程的土压平衡盾构喷涌预警研究

  赵宗智，崔明，荆敏，赵伯明，王潇，王子珺

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 1. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200095

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  针对土压平衡盾构施工过程中喷涌灾害的预警问题，提出建立考虑施工过程影响的渣土水头分布模型的研究方法.基于正交试验分析施工过程中各因素，即正面附加推力、刀盘中点埋深、地层弹性模量、地下水水位高度对盾构开挖面超孔隙水压力的影响，结合理论解析和数值模拟进一步推导盾构正面附加推力与开挖面超孔隙水压力的关系式，建立考虑施工过程的土压平衡盾构螺旋输送机的渣土水头分布模型，为喷涌预警指标的建立提供了理论依据，进而提出基于渣土水头分布模型的喷涌预警指标建立方法并给出预警指标F1和F2.结果表明：当F1>0时认为存在轻微喷涌风险，F1值越大喷涌风险越高；当F2>0时认为存在严重喷涌风险，F2值越大喷涌风险越高.
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  砂卵石地层多排管局部冻结的群孔效应与设计方法

  张晋勋,亓轶,杨昊,殷明伦，宋永威

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 8. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200087

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  针对富水砂卵石地层PBA车站施工止水的板梳冻结工法，采用基于物理模型试验建立的数值模型，分析研究了静水及渗流条件下多排管局部冻结的成形发展规律，揭示了此种冻结方式的“群孔效应”，认为群孔效应是指多排管冻结时，不同冻结管降温作用相互叠加加强的现象，并提出了富水砂卵石地层条件下整体均匀布置、边缘局部加密的多排管局部冻结的设计方法.同时分析了地下水渗流速度、冻结管间距、土体等效导热系数等对冻结整体交圈过程的影响规律.研究发现多因素中冻结管间距对冻结交圈时间影响最大，其次是渗流速度.
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  大型复杂体育馆钢结构施工过程模拟分析

  王秀丽，冯竹君，任根立，苟宝龙，柳明亮

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 17. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200091

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  对某大型体育馆钢结构工程进行施工过程分析，该工程结构体系由空间管桁架钢结构、索结构、屋盖顶部单层网壳结构三部分组成.采用Midas Gen有限元软件对主馆管桁架带“Y”型格构柱的滑移施工过程、主馆顶部单层网壳安装、副馆安装以及分批张拉索的施工全过程进行分析，并与一次加载工况下的结果做对比.通过在软件中定义不同的结构组、边界组以及荷载组模拟整个施工过程，得出施工过程中该结构的构件应力、位移及支反力结果.结果表明：一次加载下结构的计算结果显著小于施工阶段的结果.结构位移最大值发生在滑移施工过程中，并且不随分批张拉索力的增加而减小.
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  土岩组合地层地铁车站深基坑阳角变形及稳定性

  商大勇

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 25. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200063

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  深基坑开挖时的空间效应明显，阳角部位变形大，受力复杂，是基坑安全和稳定性的重要风险点.青岛地铁苗岭路换乘车站深基坑位于上土下岩的组合地层中，开挖形状极不规则、周边高层建筑和管线情况复杂、存在多个阳角及基坑顶部超载等会使阳角部位积聚应力导致基坑局部失稳或破坏.因此，本文对该车站深基坑工程的阳角部位变形及稳定性开展相应研究.首先对阳角部位地表沉降、围护桩桩体侧移、桩顶水平位移等参数进行监测和分析，进而建立三维有限元模型，研究基坑阳角部位土体和围护结构的稳定性及相应加固措施效果.研究结果表明：无支护条件下，阳角部位出现应力集中与过大变形，发生楔形体滑动破坏；桩锚支护条件下，阳角部位地表沉降和围护结构变形等均处于设计限值之内，桩锚支护对上土下岩地层有限岩土体基坑阳角部位变形控制合理有效，两阳角公共边中部土体变形最大，土体滑裂面为椭球型；加强冠梁、腰梁连接及进行上覆土层注浆加固能有效保护阳角部位安全.
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  高速铁路加筋土挡墙破裂面特征的模型试验及数值模拟

  刘光鹏，肖宏，杨松林，陆永港

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 34. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200027

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  高速铁路对路基沉降变形要求极为严格，加筋土挡墙的变形及破裂面特征直接关系到高速铁路列车的安全平稳运行.通过3组模型试验与高速列车轨道加筋土挡墙三维耦合动力数值分析相结合，研究了高速铁路加筋土挡墙在静动荷载作用下挡墙变形及破裂面的变化规律.结果表明：静载作用下挡墙最大变形出现在挡墙高度的0.5H（H为挡墙高度）处，而列车动载作用下最大变形在挡墙底端0.2H处，建议在高速铁路加筋土挡墙设计中，对挡墙底端0.2H区域加强动态设计检算.动载作用下，挡墙内会出现应变集中的滑裂带，滑裂带主要分布区域由经过挡墙最底端及底端向上0.154H处两条直线之间的范围内，这两条直线与挡墙的夹角在30°~45°之间.筋材最大应力组成的破裂面为经过挡墙底端向上0.15H处的一条指数型曲线，这对高铁加筋土挡墙破裂面准确计算可以提供一定的参考.
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  大跨度公轨两用单索面钢桁梁斜拉桥地震响应参数分析

  曾勇，曾渝茼，谭红梅

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 44. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200048

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  为研究公轨两用大跨度单索面钢桁梁双塔斜拉桥结构参数对地震响应的影响，以某公轨两用大跨度单索面钢桁梁双塔斜拉桥为背景，使用Midas软件建立不同结构参数的多个模型，使用反应谱法，分析索塔刚度、钢桁梁刚度、辅助墩数量以及结构体系对于该类桥梁地震作用的影响.研究结果表明：桥梁抵御横向地震荷载的能力相对较弱，应采取措施弥补，天梭型索塔对抗弯和抗震强度有一定的保障；地震作用下，漂浮体系的抗震性能较弱，刚构体系的抗震能力要弱于半漂浮体系和塔梁固结体系，塔梁固结体系的抗震性能表现最好；提高主梁的刚度和科学的增设辅助墩可以减缓公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥地震响应.
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  基于TMD的U型梁结构低频振动控制研究

  罗锟，张新亚，王鹏生，雷晓燕

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 51. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200059

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  U型梁在城市轨道交通中广泛应用，针对其引起的振动噪声问题，以上海一实际工程为例，通过对U型梁结构进行模态分析，确定其受控模态，并基于调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper, TMD）定点理论以及多自由度等价质量识别法，获得了U型梁附加TMD的最优设计参数；通过建立U型梁-TMD耦合振动模型，研究了模型在谐响应分析和移动集中力作用下TMD对U型梁低频振动的实际控制效果.研究结果表明：U型梁以1阶竖向振动为主，第6、9和11阶模态贡献也相对较大，可同时作为受控模态进行附加TMD的设计；附加TMD能够有效吸收U型梁受控模态频率周围的振动能量，并且质量比越大，效果越明显；移动集中力作用下，附加了多阶模态TMD的U型梁结构低频振动响应水平明显降低，特别在固有频率附近频段3.461Hz、15Hz~28Hz的振动加速度级显著降低.
交通运输工程
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  客货混行条件下列车运行调整模型及算法

  查伟雄，张子悦，严利鑫

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 59. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200067

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  研究了单线铁路客货混行条件下列车运行调整问题，目标是客、货不同等级列车在调度区间内总的偏离列车图定运行时刻最少，考虑列车间隔时间、列车停站时间、区间运行时间及车站越行等约束条件，建立了混合整数非线性规划模型.同时，针对模型特点，采用自适应柯西变异人工蜂群算法，以快速得到满意解.最后，以盘西铁路全线为例对模型和算法进行验证，设计了2种扰动场景下的列车运行实时调整方案进行求解.研究结果证明：客货混行条件下的列车运行调整问题模型及求解算法，能够有效生成列车运行调整计划，具有可行性.
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  “点、线、面一体化”的区域慢行交通线网规划方法

  董春娇，郑炎，王晟由，娄卓夫

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 66. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200047

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  提出了一种基于“点、线、面一体化”的区域慢行交通线网规划方法.首先，综合考虑了节点的区位因素、网络结构以及路网通达性三方面因素，在应用度中心性、中介中心性、紧密中心性节点重要度的基础上，建立了集计中心性节点重要度模型.其次，基于网络节点重要度模型得到的各个节点的重要度，提出适用于慢行交通线网的布局规划算法，主要包括权值矩阵的确立方法以及最短路启发式算法，实现“点、线、面一体化”的区域慢行交通线网布局规划.最后以深圳市福田区福田街道老城区为例进行非机动车道线网规划，并以网络连接度与非直线系数作为评价指标对规划方案进行评价，通过对比分析评价结果，最终选择基于度中心性的非机动车道线网规划方案.
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  考虑出行链的城际旅客换乘选择行为研究

  马书红，李阳，岳敏

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 74. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200070

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  为研究基于出行链的城际旅客换乘选择行为，揭示旅客个体社会经济属性、出行特性与心理潜变量对出行方式选择的影响，基于北京—天津—广州、北京—石家庄—广州两条运输通道的城际旅客调查数据，构建多指标多原因模型分析旅客社会经济属性与换乘舒适性、方便性、经济性三个潜变量间的因果关系.研究结果表明，性别、收入、有无小汽车对心理潜变量影响较显著.将潜变量作为解释变量加入离散选择模型中，构建基于出行链的混合选择模型，发现性别、职业、出发时间等对出行链的选择影响较大.最后对城际旅客出行链的选择进行预测，预测值与调查数据的误差在3%以内，表明考虑潜变量的模型具有良好的解释能力.
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  高速铁路建设对甘肃省时空可达性的影响作用研究

  高玉祥，董晓峰

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 82. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200004

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  甘肃省是“一带一路”沿线的重要节点区域，高速铁路能够显著提升区域的通达程度和促进地区间的交流.为研究高速铁路建设对甘肃省通达性的作用程度，以地级市和县（区）的可达性为指标，利用改进的网络分析法和GIS技术分析了2011、2014、2017、2019、2025年5个时间节点上全省可达性的空间分布格局及演化.研究结果表明：高速铁路建设显著提升了甘肃省的时空可达性，地区间的通达时间不断缩短；地市、县区的平均可达性缩短3.5 h以上，但地级单元可达性的改善程度优于县级；可达性提升有明显的区域差异，位于边缘地区的节点可达性提升最大.甘肃省应加快可达性薄弱地区的高速铁路建设来提升区域的整体可达性，为全省经济社会发展提供支撑.
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  基于碰撞时间的大流量隧道口追尾隐患概率模型构建

  陈丰，姜茗馨，朱明，陈涛

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 90. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200025

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  城市隧道交通拥堵问题日益严重，追尾事故常发，在高峰时段尤为突出.为提高隧道口通行能力、减少因事故产生的拥堵，基于上海长江隧道入口的视频采集的交通流数据，对隧道口各车道的车流特征进行了统计分析,并对实际观测的碰撞时间进行了分布拟合，结合安全碰撞时间标准构建了追尾隐患概率模型，为降低大流量隧道口追尾事故隐患提供参考.研究结果表明：流量较大时，隧道口行驶车速及跟驰车辆的速度差与追尾隐患概率显著正相关；此时不宜采用固定限速值对隧道口进行管理，建议在隧道口前设置小型车专用道或者在大流量时段对大型车（如货车）实施限行.本模型可以有效评价隧道口追尾事故隐患，为改善措施提供理论基础，保障隧道的安全运营.
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  纯电动大客车紧急避让路径跟踪研究

  王健，杨君，海振洋，牟思凯，周长峰，郭丕军，常文龙

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 97. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200056

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  紧急避让辅助驾驶技术是实现大客车无人驾驶的关键技术之一.引入曲率连续变化三次B样条函数设计紧急避让路径，基于二自由度的车辆动力学原理，设计出线性滑模的自抗扰路径和跟踪控制器，对汽车的横摆角速度进行操控，以便于对规划路径理想横摆角速度进行跟踪.基于Trucksim软件建立后驱纯电动大客车模型，其控制效果验证通过结合Simulink和Trucksim的仿真方法来实现.依据仿真结果可知，当出现外界侧向风干扰的情况下，采用路径轨迹控制器，不仅有利于纯电动大客车跟踪理想规划路径，还可保证车辆高速安全避让前方车辆.
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  基于IPSO-BP的轻型汽油车道路排放预测

  王志红,严浩,袁雨,刘志恩

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 103. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200080

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  结合轻型汽油车RDE测试方法，采用便携式排放测试系统（Portable Emission Measurement System，PEMS），对某国六轻型汽油车在市区、市郊和高速路段上进行排放特性测试；建立双隐含层反向传播神经网络，并加入改进粒子群算法（Improved Particle Swarm Optimization Algorithm，IPSO）对BP结构的初始阈值及权值进行寻优；利用主成分分析对输入参数进行降维，CO与NOx排放预测值为目标输出，用试验数据进行训练及验证.结果表明：所建立的IPSO-BP排放预测模型的泛化能力较好，CO与NOx排放预测值能与试验值高度吻合，其平均相对误差分别为10.58%和13.76%；整体排放水平上，CO与NOx排放因子相对误差分别为481%和6.4%，该预测模型对监测轻型汽油车实际道路排放具有一定的工程价值.
机械与电气工程
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  钢桥面板U肋与横隔板焊缝疲劳强度分析

  吉伯海,陈念念

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 110. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200023

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  针对钢桥面板U肋与横隔板连接焊缝的疲劳强度，建立钢箱梁的整体有限元模型和局部子模型.首先提取不同工况下U肋焊趾与横隔板焊趾处应力，分析其受力特征，并在最不利工况下获取应力梯度，研究不同的应力路径、应力类型和外推方法下的热点应力.然后利用热点应力和参考应力对U肋焊趾与横隔板焊趾进行疲劳强度评估，验证IIW提供的S-N曲线的适用性.最后用整车模型按实际车辆行驶情况进行加载，对U肋与横隔板焊缝进行疲劳寿命分析.研究结果表明：U肋与横隔板焊缝面内外应力特征显著，且受局部变形、纵向弯曲和横向扭转等因素影响；距焊趾2 mm可以作为参考应力取值点；运用IIW提供的S-N曲线进行疲劳强度评估，参考应力和热点应力获得了相近的疲劳寿命评估结果，可为钢桥面板疲劳性能研究提供参考.
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  基于贝叶斯网络的复式交分道岔故障诊断

  田世润，齐金平，王保福，王康

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 118. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200101

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  复式交分道岔是实现铁路运输中行驶车辆线路变换的重要设备.针对当前复式交分道岔的日常检修策略缺乏针对性的问题,提出了基于贝叶斯网络的复式交分道岔故障诊断的方法.首先对复式交分道岔故障文本数据进行分析，得到复式交分道岔系统常见的故障模式，进而构建复式交分道岔系统的故障树模型；然后，将故障树转化为贝叶斯网络模型，利用现有数据进行参数学习；最后，对复式交分道岔进行可靠性分析与故障诊断.研究结果表明：最容易发生的故障是“道岔爬行或尖轨窜动”、“尖轨搬动受阻”和“缺口调整不当或有异物”，并对某铁路局2019年第一季度的150组复式交分道岔故障维修记录进行统计，故障诊断结果与实际复式交分道岔故障发生次数排序基本相符.本文可以为复式交分道岔日常运营和维修提供参考.
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  地铁交流牵引供电设备时变故障率分析

  王平,陈霞,金辉,杨茜茜,林圣

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 126. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200073

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  牵引供电设备故障率是开展地铁交流牵引供电系统可靠性评估的数据支撑.针对牵引供电系统可靠性评估中因假定牵引供电设备故障率恒定不变带来的评估误差问题，本文基于牵引供电系统的实际运营数据，考虑设备故障率函数的时变特性，建立牵引供电设备故障率的两参数威布尔模型，并利用中位秩估计和最小二乘法进行威布尔参数估计，拟合牵引供电设备的时变故障率函数曲线，采用K-S检验法对模型进行拟合优度检验.研究结果表明：牵引供电设备故障率函数曲线可以随着实际运营数据的更新而不断修正，更加符合实际运行情况.以变压器为例，当设备运行至第165月时故障率增长速度达到最快，递增趋势十分明显，可靠度降低速度达到最快，处于老化运行期.
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  不同并联模式对YBCO超导带材失超恢复特性的影响

  马韬,鞠鹏飞,王骁磊,徐莹

  北京交通大学学报. 2020, 44(6): 134. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200060

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  失超和恢复是电阻型超导直流限流器的关键特性，由于单根钇钡铜氧(YBa2Cu3O(7-x), YBCO)超导带材载流能力有限，为传输足够大的额定电流，避免超导元件限流时产生过多的焦耳热，所以通常要采用并联分流电路组成限流器的限流元件.针对平行并联空间利用率低和无绝缘堆叠并联换热效率低的问题，提出一种带绝缘的堆叠并联模式.通过不同并联模式的理论传热分析，得出带绝缘堆叠并联模式主要通过增大传热面积和提高传热系数来加快超导带材的失超恢复过程.对不同并联模式的带材进行直流冲击实验，实验结果表明：对YBCO-YBCO堆叠并联导体，导体间带绝缘比无绝缘时失超恢复时间减少30%~50%；对YBCO-不锈钢带堆叠并联导体，导体间带绝缘比无绝缘时失超恢复时间减少5%~10%.