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基于Python的SAP2000向ANSYS模型转化技术及软件开发研究

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铁道标准设计 2024年第1期68卷 167-177,197页

作者：马小平中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

工程人员常通过对比设计软件与有限元软件的分析结果,以验算和校核结构设计的合理性。然而,由于软件分析内核的差异,设计软件与有限元软件之间的模型信息往往难以直接传递并转化。针对SAP2000结构设计分析软件向ANSYS有限元分析软件的... 详细信息

工程人员常通过对比设计软件与有限元软件的分析结果,以验算和校核结构设计的合理性。然而,由于软件分析内核的差异,设计软件与有限元软件之间的模型信息往往难以直接传递并转化。针对SAP2000结构设计分析软件向ANSYS有限元分析软件的模型转化问题,基于Python语言和APDL参数化设计语言,编译并开发了STAMT V1.0(SAP2000 To ANSYS Model Transformation V1.0)模型转化程序。相比已有转化程序,STAMT程序实现了更多单元类型、材料属性、截面类型、荷载形式的转化,提高了模型转化的通用性。其次,其涵盖了节点坐标系变换、梁单元坐标系变换、梁端自由度释放、创建刚性域等必备功能,进一步满足了模型转化过程中的功能性需求。然后,采用先建立几何模型后生成有限元模型的转化思路,实现了梁单元网格数量的自定义以及板壳荷载向梁的传递,软件操作界面简洁,便于工程人员的使用。最后,通过单层工业厂房和多层框架结构的两个算例分析,得到转化后模型的质量与原模型一致,前5阶周期的平均误差不超过3%,满足精度要求。研究分析验证了STAMT程序可实现SAP2000模型向ANSYS模型的准确、快速转化。

关键词： Python语言 SAP2000 ANSYS 模型转化软件开发

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基于机器视觉的高鲁棒轨道表面缺陷检测方法

铁道工程学报 2024年第5期41卷 11-18页

作者：李栋王睿王烨江周娴崔晓彤北京交通大学北京100044 中铁第六勘察设计院集团有限公司天津300308

研究目的:为了解决轨道缺陷检测系统在实际自然环境因素干扰下由于鲁棒性下降从而造成决策的不确定性问题,提出一种提高检测系统鲁棒性的方法,首先利用变异算法处理生成多样化的鲁棒训练样本,使模型能够学习适应各种环境扰动和变化,然... 详细信息

研究目的:为了解决轨道缺陷检测系统在实际自然环境因素干扰下由于鲁棒性下降从而造成决策的不确定性问题,提出一种提高检测系统鲁棒性的方法,首先利用变异算法处理生成多样化的鲁棒训练样本,使模型能够学习适应各种环境扰动和变化,然后选择基于YOLOv5的目标检测模型作为轨道缺陷检测器,以满足高精度、实时性的要求,且准确性较高。研究结论:(1)通过变异生成算法,可以生成更多样性的鲁棒训练样本,使模型有更多的样本来学习各种扰动,以此适应各种环境;(2)所选YOLOv5目标检测模型作为轨道缺陷检测器,不仅能满足轨道缺陷检测对检测精度和实时性的高要求,而且即使在训练样本数量有限的情况下,也能凭借其优秀的泛化能力取得良好的检测效果,契合了实际轨道检测场景下对数据获取的困难,展现出较强的适用性;(3)在真实地铁线路上采集轨道巡检数据进行实验,实验结果表明,经过鲁棒重训练的轨道缺陷检测器在扰动数据上的鲁棒性得到了显著的提升,平均准确率提高23.35%,召回率提高32.75%,mAP50提高30.98%,mAP50-95提高19.54%;(4)本研究成果可应用于铁路、地铁等交通领域,有助于保障线路的安全运行。

关键词：目标检测轨道缺陷检测变异生成算法鲁棒重训练

高铁列车荷载作用下桩-土复合地基及近接地铁隧道的动力响应模拟研究

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城市轨道交通研究 2024年第6期27卷 100-104,110页

作者：李团社中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

[目的]作为典型的振动荷载,高铁列车运行引起的振动荷载会诱发桩-土地基及附近结构产生动力响应,有必要对桩-土复合地基及近接隧道的动力响应特性进行研究。[方法]基于西安地铁14号线下穿大西高速铁路特大桥工程,采用模型试验和数值模... 详细信息

[目的]作为典型的振动荷载,高铁列车运行引起的振动荷载会诱发桩-土地基及附近结构产生动力响应,有必要对桩-土复合地基及近接隧道的动力响应特性进行研究。[方法]基于西安地铁14号线下穿大西高速铁路特大桥工程,采用模型试验和数值模拟相结合的方法,以峰值振动加速度、峰值振动速度和峰值振动位移作为动力响应评价指标,研究了列车移动荷载作用下桩-土复合地基及近接隧道的动力响应特性。[结果及结论]研究结果表明,当施加列车荷载时,地基内部的动力响应指标均随着埋深的增加而衰减,但存在近接隧道时,动力响应指标值显著增加,且在隧道埋深处衰减明显。随着距桩基中心距离的增加,隧道埋深处的桩-隧之间地基的各动力响应指标从“波浪形”分布变为单调递减分布。根据峰值振动速度的控制阈值,近接隧道埋深处距桩基础中心水平3.6 m范围内的地基处于危险影响区,必须采用减振措施;3.6~11.4 m范围内的地基处于强影响区,建议采取减振措施;11.4 m以外的地基处于弱影响区,视结构的重要性决定是否需要采取减振措施。

关键词：地铁隧道高铁列车荷载动力响应控制阈值

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膨胀性泥岩铁路隧道变形机理与仰拱底鼓控制技术研究

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铁道标准设计 2024年第5期68卷 113-121页

作者：徐志平中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

为揭示膨胀性泥岩铁路隧道仰拱底鼓变形机理并提出对应控制措施,以西(宁)至成(都)铁路膨胀性泥岩隧道为背景,采用室内试验、数值模拟、案例调研等方法开展研究。结果发现:膨胀性泥岩在浸水后物理力学参数明显降低,随着浸水时间增加,降... 详细信息

为揭示膨胀性泥岩铁路隧道仰拱底鼓变形机理并提出对应控制措施,以西(宁)至成(都)铁路膨胀性泥岩隧道为背景,采用室内试验、数值模拟、案例调研等方法开展研究。结果发现:膨胀性泥岩在浸水后物理力学参数明显降低,随着浸水时间增加,降低速率逐渐减小,其膨胀系数为4.8%;FLAC3D中的应变软化模型通过湿度应力场与温度应力场的转化能较好模拟膨胀性泥岩浸水后的参数衰减效应,当初始含水率分别为5%、15%、25%时,膨胀力试验结果分别为37.84,123.90,189.06kPa;随着水位上升,隧周孔隙水压力逐渐增大,当地下水位分别为Z=-5 m、Z=0 m、Z=5 m、Z=10 m、Z=15 m、Z=30 m时,隧周最大孔隙水压力分别为0,100,125,200,250,350 kPa,仰拱底部随软化系数的增加由沉降逐渐变为隆起,隧底围岩软化及上部挤压造成的剪切破坏是仰拱底鼓的最大诱因;随着仰拱矢跨比增加,二次衬砌弯矩减小,拱底和墙脚位置二次衬砌弯矩减小值较大,因此仰拱底部受力得到优化;适当提高仰拱矢跨比,采用全环钢架+钢筋混凝土衬砌、加强基底排水、采用基底换填或管桩加固等措施是膨胀性泥岩铁路隧道设计关键。

关键词：铁路隧道膨胀性泥岩仰拱底鼓变形机理变形控制技术参数优化

双碳背景下场段设计与综合应用——以南宁地铁5号线那洪车辆基地为例

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铁道标准设计 2024年第5期68卷 183-188页

作者：郑辉中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

地铁场段作为城市大宗用地、大宗能源消耗的大户,其在落实碳达峰、碳中和政策方面具有十分重要的作用。为探究场段响应并实施双碳政策的技术路径,进一步厘清双碳战略下场段可实施的具体技术措施及效果,以南宁地铁5号线那洪车辆基地为例... 详细信息

地铁场段作为城市大宗用地、大宗能源消耗的大户,其在落实碳达峰、碳中和政策方面具有十分重要的作用。为探究场段响应并实施双碳政策的技术路径,进一步厘清双碳战略下场段可实施的具体技术措施及效果,以南宁地铁5号线那洪车辆基地为例,以区域规划诉求、环境融合、智慧智能发展为导向,采取统筹规划、提前策划等手段,全过程采用双碳设计解决措施实现场段低碳节能。通过分析场段,可采取绿色生态体系建立、节能减排设计、智能化设计3个方面实现场段低碳节能。运营实践后表明,实施系列化双碳解决措施后,场段在节水、节电、节省人工方面效果显著,减少折合碳排放约23%,为后续城市轨道交通低碳节能提供有效参考。

关键词：地铁车辆段 1+N生态体系节能减排装配式综合管廊智能运维小系统

高烈度不对称深切峡谷区铁路桥梁桥式方案研究

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铁道标准设计 2024年第10期68卷 83-90页

作者：陈银灯中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

某铁路桥梁位于近断层高烈度地震区、不对称深切峡谷,为确定该铁路桥梁桥式方案,综合考虑气候条件、地形地貌、地质条件等因素提出(95+160+95+59)m预应力混凝土连续刚构、(60+200+106+50)m部分斜拉桥和(253+145)m连续钢桁柔性拱3个桥式... 详细信息

某铁路桥梁位于近断层高烈度地震区、不对称深切峡谷,为确定该铁路桥梁桥式方案,综合考虑气候条件、地形地貌、地质条件等因素提出(95+160+95+59)m预应力混凝土连续刚构、(60+200+106+50)m部分斜拉桥和(253+145)m连续钢桁柔性拱3个桥式方案,并详细介绍了各方案桥梁结构尺寸和施工方案。采用BSAS和Midas Civil有限元软件建立桥梁结构分析模型,对主梁、桥塔、桥墩、桩基、动力特性等进行计算分析,并从结构刚度、施工难度、施工周期、抗震性能、维修养护、工程造价等方面对3个方案进行比较。结果表明:(1)静活载作用下,连续刚构竖向位移为38 mm,挠跨比为1/4210;部分斜拉桥竖向位移为135.4 mm,挠跨比为1/1477;连续钢桁柔性拱竖向位移为78 mm,挠跨比为1/3231。(2)连续刚构桥一阶周期2.02 s,部分斜拉桥一阶周期2.4 s,钢桁柔性拱一阶周期2.58 s。(3)3个桥式方案均能满足规范要求,方案均安全可行,但连续刚构桥造价远低于部分斜拉桥和连续钢桁柔性拱。(4)预应力混凝土连续刚构桥刚度大、施工技术成熟、抗震效果良好、工程造价低、后期维修养护工作量小,方案最优。

关键词：铁路桥梁桥式方案高烈度深切峡谷连续刚构桥部分斜拉桥连续钢桁柔性拱

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基于多重约束的铁路隧道净空检测研究

铁道标准设计 2024年第7期68卷 125-131页

作者：孟拴成中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

为解决铁路隧道洞内无法准确获取扫描仪定位参数和高精度三维点云数据成果难题,基于激光扫描仪、惯性测量单元、里程计等传感器,提出多源数据融合处理算法,获得三维点云相对数据成果;利用隧道自身的环缝、螺栓孔洞结构形状特征,生成点... 详细信息

为解决铁路隧道洞内无法准确获取扫描仪定位参数和高精度三维点云数据成果难题,基于激光扫描仪、惯性测量单元、里程计等传感器,提出多源数据融合处理算法,获得三维点云相对数据成果;利用隧道自身的环缝、螺栓孔洞结构形状特征,生成点云灰度及深度影像,实现管片环缝提取,结合环片固定宽度完成里程校准;根据误差传播规律引入靶标控制点联合解算,修正定位定姿误差和坐标转换,获取工程坐标系统下的三维点云数据;基于最小二乘二维ICP匹配算法进行点云模板匹配,提取轨道中心线。经实验测试,对里程及靶标控制等多重约束后,获得的三维绝对点云平均误差为3.2 cm;提取隧道断面,输入隧道设计断面线并等分处理,与轨道基准坐标系进行匹配,逐点计算断面激光点到设计轮廓线的垂直距离,完成了隧道净空检测。实验数据分析表明,基于惯性测量单元/里程计组合导航误差纠正模型,在里程及靶标控制等多重约束后,能够获得高精度的铁路隧道三维点云数据成果,实现铁路隧道的净空检测。

关键词：铁路隧道多传感器数据融合隧道环缝提取里程约束靶标控制模板匹配净空检测

高速铁路大跨度低高度预应力混凝土连续梁设计研究

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铁道标准设计 2024年第3期68卷 106-112页

作者：王冲冲中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

为降低铁路大跨度预应力混凝土连续梁高度,扩大其适用范围,提出主跨100 m低高度连续梁合理跨度配比及构造尺寸,计算结果均满足规范要求。通过与常用高速铁路主跨100 m连续梁对比分析,系统研究了跨度配合比、构造参数等对结构的影响,总... 详细信息

为降低铁路大跨度预应力混凝土连续梁高度,扩大其适用范围,提出主跨100 m低高度连续梁合理跨度配比及构造尺寸,计算结果均满足规范要求。通过与常用高速铁路主跨100 m连续梁对比分析,系统研究了跨度配合比、构造参数等对结构的影响,总结出大跨度低高度连续梁的优缺点及构造建议值。研究结果表明:(1)低高度连续梁在同等跨度下混凝土用量更省,每延米混凝土用量降低约20%,较传统连续梁更经济;(2)低高度连续梁由于梁高降低,主梁刚度略有降低,但工后徐变上拱值降低明显,减幅约60%;(3)对于主跨100 m低高度连续梁,建议配跨长度在70~80 m之间,且不宜小于60 m;(4)主跨100 m低高度连续梁墩顶梁高不宜小于6 m,建议取值范围6.0~6.5 m,跨中梁高不宜小于3.0 m,建议取值范围3.0~3.5 m。

关键词：高速铁路铁路桥预应力混凝土低高度连续梁刚度徐变跨度配合比构造参数

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线网规划级绿色城轨理论框架体系研究

铁道标准设计 2024年第10期68卷 1-13页

作者：李岩辉中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

为贯彻“交通强国”“双碳目标”要求,以《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》为指导,从城市空间、综合交通、轨道交通3个层面探讨线网规划阶段的绿色低碳分析与评价方法,系统性搭建了从宏观到微观层面的理论框架。分析过程采用建... 详细信息

为贯彻“交通强国”“双碳目标”要求,以《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》为指导,从城市空间、综合交通、轨道交通3个层面探讨线网规划阶段的绿色低碳分析与评价方法,系统性搭建了从宏观到微观层面的理论框架。分析过程采用建立模型、空间计量学、地理分析、客流预测等研究方法,通过“定量+定性”建立轨道交通绿色低碳效果理论架构。研究提出一种“城市-交通-轨道”三位一体绿色发展的框架,形成以定量分析为主的评价指标体系,能够有效落实并提升绿色出行占比的目标,在承接上位规划的同时,结合轨道交通自身特征,指导下阶段绿色城轨的实施、相关研究专题编制。研究结果表明,将轨道交通线网规划涉及的各要素与城市、综合交通结合,能全面、有效、量化反映绿色发展的要求,最终形成各指标计算方法,具备可实施性、可操作性、可对比性,不但能落实国土空间、综合交通规划的要求与目标,也能对后续建设规划、工可、初设等阶段的绿色发展提供指导,与轨道交通全过程规划设计流程较为匹配,分析结论与建议也能够较好地反馈并纳入国土空间规划、综合交通规划,确保规划一张蓝图。

关键词：轨道交通绿色轨道双碳目标城市空间综合交通线网规划