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高铁桥梁震时行车安全性评价的梁端变位限值研究

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铁道科学与工程学报 2023年第5期20卷 1543-1554页

作者：贺建帅李奇王君杰云基智慧工程股份有限公司广东深圳518000 同济大学土木工程学院上海200092

地震时桥梁端部易产生变位,对桥上列车的行车安全构成威胁。为研究基于梁端变位对震时列车行车安全性进行评价的方法及相应限值标准,建立车轨耦合振动模型。将梁端变位对应的轨道变形曲线作为静态不平顺施加到轨道上,地震导致的轨底激... 详细信息

地震时桥梁端部易产生变位,对桥上列车的行车安全构成威胁。为研究基于梁端变位对震时列车行车安全性进行评价的方法及相应限值标准,建立车轨耦合振动模型。将梁端变位对应的轨道变形曲线作为静态不平顺施加到轨道上,地震导致的轨底激励以正弦波的形式通过大质量法作用于轨底,分析给定梁端变位、轨底激励及运行车速对列车行车安全性的影响。研究结果表明:列车脱轨风险与三者均正相关,因此在确定地震时梁端变位限值时应同时考虑三者的影响。通过二分法搜索得到不同频率和幅值的正弦激励下、列车以不同车速运行时,脱轨系数和轮重减载率达到限值时对应的3种形式梁端变位的界限值,取97.5%保证率得到不同车速对应的梁端变位限值。以5跨高铁32 m标准跨简支梁桥为例,进行地震作用下车-轨-桥耦合振动分析,得到按动态方法确定的梁端变位临界值,通过与按静态变位加轨底激励计算得到的震时梁端变位限值进行对比,验证了所提出的变位限值的正确性。依据所提出的方法和梁端变位限值,可采用地震下桥梁动力分析代替车轨桥耦合振动分析对高铁列车震时行车安全做出快速评价。

关键词：梁端变位高铁列车行车安全地震车桥耦合

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极端温度下高速铁路钢管混凝土拱桥行车安全

铁道工程学报 2023年第3期40卷 50-56页

作者：勾红叶苏震乾王君明袁蔚陈泽宇西南交通大学成都610031 四川交大工程检测咨询有限公司成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

研究目的:为研究温度荷载作用下桥梁结构产生的变形对桥上行车安全性的影响,以成贵高铁某钢管混凝土拱桥为研究对象,基于ANSYS建立大跨桥梁-轨道精细化有限元模型,分析不同温度荷载作用下结构变形规律。在此基础上,将桥梁-轨道结构有限... 详细信息

研究目的:为研究温度荷载作用下桥梁结构产生的变形对桥上行车安全性的影响,以成贵高铁某钢管混凝土拱桥为研究对象,基于ANSYS建立大跨桥梁-轨道精细化有限元模型,分析不同温度荷载作用下结构变形规律。在此基础上,将桥梁-轨道结构有限元模型导入SIMPACK中进行联合仿真,构建列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型,最后从列车运营安全性与舒适性方面讨论不同温度荷载作用和不同车速下列车动力响应指标的变化规律。研究结论:(1)桥梁上挠温致变形引起的轨道附加不平顺比下挠更不利;(2)组合温度作用下,行车安全性指标仅轮重减载率出现超限,建议将其作为高速铁路桥上行车安全的主要评价指标;(3)温度梯度是导致轮重减载率出现超限的重要原因,实际工程中分析温度作用对列车行车安全的影响时,应考虑温度梯度的作用;(4)垂向Sperling指标对温度作用十分敏感,为保障行车舒适性,列车在极端温度条件下行驶时应控制车速;(5)本研究成果可为钢管混凝土拱桥的行车安全性评价提供参考。

关键词：钢管混凝土拱桥温致变形轨道不平顺列车-轨道-桥梁系统行车安全

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货车驾驶人驾驶行为与行车安全研究进展

交通运输系统工程与信息 2022年第5期22卷 55-74页

作者：覃文文李欢李武谷金晶戢晓峰昆明理工大学交通工程学院昆明650504 云南省现代物流工程研究中心昆明650504 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 同济大学电子与信息工程学院上海201804

驾驶行为是影响交通安全最活跃的因素,在“人-车-路”复杂环境中扮演着关键角色。为了深入理解货车驾驶人驾驶行为规律和行为风险性,本文聚焦货车驾驶人驾驶行为对行车安全的影响,对货车驾驶人的驾驶行为风格、行为风险性及其与行车安... 详细信息

驾驶行为是影响交通安全最活跃的因素,在“人-车-路”复杂环境中扮演着关键角色。为了深入理解货车驾驶人驾驶行为规律和行为风险性,本文聚焦货车驾驶人驾驶行为对行车安全的影响,对货车驾驶人的驾驶行为风格、行为风险性及其与行车安全的关系等相关研究成果进行系统地梳理和分析。首先,利用构建的文献检索策略,筛选出38篇相关文献,并结合LDA(Latent Dirichlet Allocation)模型,对生成的4个研究主题,即货车驾驶人驾驶行为辨识,危险驾驶行为与行车安全,货车碰撞事故致因分析及驾驶安全风险评估进行总结;其次,针对数据源、特征工程及建模方法等分析要素,构建了适用于任意研究主题的通用研究路径,并重点归纳了目前研究主题在数据源、变量选择方法、研究地点及建模方法等关键要素的研究进展;最后,分析和探讨了货车驾驶人驾驶行为与行车安全领域面临的主要问题,从描述、解释、关联及应用的角度提炼该领域研究的未来发展趋势。研究认为:有必要将驾驶状态特性、车辆运行状态及道路交通状况等多维特征变量进行多源信息融合,开展基于大数据和人工智能双驱动的驾驶行为研究;需加强研究山区公路环境下货车与其他类型车辆之间的交互作用机制,从“人-车-路”视角分析货车碰撞事故致因;需进一步完善智能网联和自动驾驶等高新智能自动化环境下的货车驾驶人驾驶行为与行车安全关系研究;拓展面向驾驶安全的货车驾驶人驾驶风险评估的理论方法和应用框架。研究成果将为货车事故治理、公路货运平台监控及道路线形设计等应用场景提供重要依据,并有助于相对全面地理解货车驾驶人驾驶行为与道路行车安全的交互作用机理。

关键词：交通工程驾驶行为 LDA模型货车驾驶人行车安全风险评估

高速铁路隧道衬砌掉块气动力学行为及演化机制

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铁道科学与工程学报 2023年第5期20卷 1565-1577页

作者：杨伟超杨佳宝刘义康王昂施成华中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

随着我国高速铁路建造技术高质量发展,高速列车运行速度不断提升。受列车运行速度、隧道服役时间等众多因素的影响,高速铁路隧道在服役期间,衬砌裂损掉块病害现象日益凸显,严重危害行车安全。为探究行车环境下,列车风及其流场结构对隧... 详细信息

随着我国高速铁路建造技术高质量发展,高速列车运行速度不断提升。受列车运行速度、隧道服役时间等众多因素的影响,高速铁路隧道在服役期间,衬砌裂损掉块病害现象日益凸显,严重危害行车安全。为探究行车环境下,列车风及其流场结构对隧道衬砌掉块下落过程的影响规律,建立列车-隧道-衬砌掉块-空气三维气固耦合计算模型,模拟行车环境下衬砌掉块自隧道拱顶脱落到下降落地的全过程。研究结果表明:1)衬砌掉块的下落过程包括3个方向的平动与转动,平动以沿列车纵向运动为主,纵向运动位移约为横向运动位移的4倍,转动以横轴为主;2)列车风与衬砌掉块相互作用相互影响,列车风作用在掉块时,掉块周围的流场出现漩涡、绕流等现象继而改变掉块的运动姿态和方向。与此同时,掉块的运动又进一步使其周围流场结构发生改变,以此不断反复直至落地;3)沿列车纵向上是流场结构的主要流动方向,列车风作用在掉块上,推动其运动,故沿列车纵向为衬砌掉块的主要运动方向。衬砌掉块随时间变化与流场结构产生不同的夹角与不同强度的绕流,故衬砌掉块的转动以横轴为主。研究结果对防治隧道掉块病害及提高行车安全性具有一定的参考价值。

关键词：衬砌掉块气动力学行为行车安全列车风流场演化机制

车路协同信息融合的智能汽车行驶状态模糊评判

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中国公路学报 2022年第6期35卷 254-264页

作者：仝秋红曹扬柴国庆杨伟杨卓林长安大学汽车学院陕西西安710064 纽约州立大学石溪分校电子与计算机学院纽约纽约NY-11790

为了监测与评判道路上行驶的智能汽车的实时状态,基于研发的智能汽车的车载感知系统,包括通过视觉传感器、激光雷达、GPS定位、车载传感器系统及车载总线获取车内及周围环境信息。采用V2X通讯设备等获取路侧端雷视一体机、路侧传感器、... 详细信息

为了监测与评判道路上行驶的智能汽车的实时状态,基于研发的智能汽车的车载感知系统,包括通过视觉传感器、激光雷达、GPS定位、车载传感器系统及车载总线获取车内及周围环境信息。采用V2X通讯设备等获取路侧端雷视一体机、路侧传感器、气象传感器传输的交通信息,通过V2X通讯设备、4G通讯模块传送到云服务器并建立模糊评判模型。基于可信度的模糊推理算法对环境信息和交通信息进行融合,并以此为依据对行驶车辆的状态进行评判。首先,建立针对车辆行驶状态的模糊评判集合和各参数隶属度函数,计算出各参数的隶属度,并对行驶车辆的各个参数建立典型的行驶状态评判参数数据集合。其次,采用模糊假言推理方法,以典型的数据集合为基础建立带可信度和阈值的模糊规则库。应用麦姆德尼方法,建立与规则库的每个规则所对应的模糊关系矩阵库。以车辆行驶时接收到的车载端和路侧端信息作为输入,应用规则库规则进行带有可信度的模糊推理。然后,以相似度作为匹配度,对推理规则设定阈限,按照证据与规则的前件不相等的情况,计算结论的可信度得出结论。对结论进行冲突消解时,冲突消解的策略为取可信度高的结论。最后,应用匹配度对结论的可靠性进行验证,并在多个道路场景实时行驶的车辆上对算法进行试验验证。研究结果表明:算法对行驶车辆状态的评判与实车的状态相一致,可实现对车辆不安全状态的报警与行驶状态的干预,对保障行车安全有显著积极的实际应用意义。

关键词：交通工程行车安全模糊评判智能汽车车路协同

基于场景划分的常导高速磁浮辅助停车区布置优化

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吉林大学学报（工学版） 2022年第12期52卷 2864-2873页

作者：楚彭子虞翊董丹阳林辉赵华华同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学磁浮交通工程技术研究中心上海201804

针对常导高速磁浮辅助停车区(ASA)布置过程中多样的需求因素与复杂的限制条件,着眼于以较少的辅助停车区来保障磁浮列车的安全运行,提出了基于场景划分的辅助停车区布置方法。首先,将辅助停车区布置的一般场景划分为列车运行方向、列车... 详细信息

针对常导高速磁浮辅助停车区(ASA)布置过程中多样的需求因素与复杂的限制条件,着眼于以较少的辅助停车区来保障磁浮列车的安全运行,提出了基于场景划分的辅助停车区布置方法。首先,将辅助停车区布置的一般场景划分为列车运行方向、列车运行曲线、需求优先区段和需求限制区段,并构建优化模型。其次,以每个辅助停车区距离终点站尽量远为准则,剖析面向不同场景的优化规则,进而设计求解辅助停车区布置优化模型的启发式算法。最后,结合数值试验开展算例分析。结果表明,所提出方法能够快速获取可靠经济的布置方案。列车步进冗余时间的增加会增大辅助停车区需求。开展双方向辅助停车区的布置时,合理利用反方向辅助停车区有助于降低辅助停车区需求。

关键词：磁浮交通辅助停车区场景划分行车安全成本节约

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地震下高速铁路简支桥梁行车安全指标研究

土木工程学报 2022年第7期55卷 66-76页

作者：刘祥蒋丽忠向平赖智鹏福建工程学院福建福州350118 中南大学湖南长沙410075

我国高速铁路线路分布广阔,有一部分跨越地震设防区域,且桥梁占线比重高,因此当地震发生时,会威胁到桥上高速列车的行车安全性。目前,国内在基于列车安全行驶的高速铁路桥梁抗震设计方面仍无相关规范及标准。文章旨在提出对应的行车安... 详细信息

我国高速铁路线路分布广阔,有一部分跨越地震设防区域,且桥梁占线比重高,因此当地震发生时,会威胁到桥上高速列车的行车安全性。目前,国内在基于列车安全行驶的高速铁路桥梁抗震设计方面仍无相关规范及标准。文章旨在提出对应的行车安全指标,供设计人员及研究人员参考、使用。通过数值方法建立地震下列车-桥梁系统振动模型,讨论列车非线性悬挂的必要性,并基于轨面响应及轮轨相对位移量筛选最优指标,最后计算出不同桥梁周期、不同列车速度下的桥梁轨面动力响应指标限值,其中将桥梁自振周期分为三个阶段,即短周期阶段(0.1~0.7s)采用轨面HI指标,中等周期阶段(0.7~1.5s)采用轨面PV指标,长周期阶段(1.5~1.9s)采用轨面SaT_(1)指标。将得到的指标与基于轮轨力准则得到的指标对比表明:基于轮轨力准则得到的指标较为保守,根据此特点建议采用两级指标,相关人员可快速且方便地评判行车安全性能。

关键词：高速铁路桥梁行车安全抗震设计指标车轮抬升量

基于多目标并行加点映射代理模型的高速铁路桥上行车安全快速评价方法

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铁道学报 2023年第11期45卷 154-163页

作者：勾红叶梁浩赵虎肖畅刘钰西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学桥梁智能与绿色建造全国重点实验室四川成都611756 中国铁道学会标准与认证部北京100844

高铁基础结构服役性能劣化是影响轨面几何形态极其关键的因素之一,也是高铁长期安全运营需要考虑的关键核心问题。为破解传统算法难以快速评价列车安全舒适性的难题,提出基于映射代理模型的桥上行车安全快速评价方法。基于Kriging代理模... 详细信息

高铁基础结构服役性能劣化是影响轨面几何形态极其关键的因素之一,也是高铁长期安全运营需要考虑的关键核心问题。为破解传统算法难以快速评价列车安全舒适性的难题,提出基于映射代理模型的桥上行车安全快速评价方法。基于Kriging代理模型,首先提出一种多目标并行加点新算法,并对算法在优化精度、效率、稳定性方面的优越性进行验证;其次以软土沉降区域运营高铁为例,通过将物理模型与优化算法相结合,构建板底脱空条件下桥墩沉降与列车动力响应的多点映射关系,搭建复杂服役条件下高效率计算行车安全参数的映射代理模型,最终实现对行车安全性的快速评价。研究结果表明:提出的映射代理模型能在快速、准确计算沉降与脱空组合工况下列车动力响应的同时,精准刻画行车安全阈值轮廓,促进高铁桥上行车安全智能评价方法的逐步形成,有力保障高铁桥梁-轨道系统的安全服役。

关键词：高铁桥梁行车安全快速评价多目标并行加点映射代理模型

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冰-车-桥系统耦合振动分析

振动与冲击 2022年第15期41卷 20-28页

作者：吴甜宇邱文亮重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 大连理工大学建设工程学部大连116024

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各... 详细信息

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各子系统之间的接触与交互作用。基于自激冰力模型得到了依赖于冰与结构相对速度的桥梁结构自激冰力,构建了冰-车-桥系统的耦合动力方程,进而开展了冰-车-桥系统耦合振动分析及行车安全评估。研究结果表明:桥梁竖向振动反应随车速的增加而增大,桥梁横向振动反应则受到了冰荷载的控制;车辆的竖向反应主要依赖于车-桥之间的相互作用力,车辆的横向反应则受冰与桥梁之间相互作用力的主导,车辆与桥梁的交互作用受到了车速和冰速的双重影响;快冰速会增大车辆的横向接触力,降低车辆的最小侧滑抗力,不利于行车安全;冰荷载作用下桥上车辆的前轴车轮比后轴车轮更容易发生侧滑;所提出的冰-车-桥系统耦合动力分析框架可为冰荷载作用下跨海桥梁的行车安全评估提供参考。

关键词：桥梁结构自激冰力冰-车-桥系统耦合振动行车安全