地鐵結構的案例
地鐵車下設備吊掛結構優化
景建輝 姜豐 張遠彬 (中車青島四方機車車輛股份有限公司技術中心)
摘 要: 對于地鐵車輛，車體下部安裝的各種設備部件安全性至關重要。本文以某地鐵車下吊掛托架結構優化設計為例，首先利用 HyperMesh 軟件對設備吊掛結構進行有限元結構建模，經過 Radioss 計算模塊分析驗證，發現原設計結構的不足之處。然后分別使用 Inspire 和 OptiStruct 專業拓撲優化程序，對設計結構進行優化。參考構架載荷傳遞路徑，同時綜合考慮結構材料、焊縫位置、板厚等要素，確定工程化方案，相比原設計減重約 35%。最后總結地鐵車下結構優化的一般性技術路線，為優化設計提供指導。
1 概況
目前，世界各國經濟發展受到能源和環境成本制約，低排放、低能耗、環境友好的軌道交通出現了新活力。隨著我國國民經濟的快速發展，中大型城市的逐步擴展，地鐵作為城市公共交通的重要組成部分，在方便出行、緩解城市交通壓力、拓展城市空間等方面日益重要，我國的地鐵軌道交通近幾年得到了快速發展。根據國家交通運輸部數據[1]，截止 2018 年底，我國已有 35 個城市開通地鐵，14 個城市正在建設當中，城市軌道交通車輛保有量達到 3.4 萬輛，比 2014 年增長了近一倍。
為了減輕地鐵車輛總體質量，不銹鋼和鋁合金材質車體得到廣泛的應用，設備吊掛結構雖然質量較小（一般在 10kg 以下），但車下吊掛設備眾多，對整車質量影響不能忽視。車輛運行時，直接或間接固結在車體下部設備在工作過程中承受各種振動交變載荷，尤其是車體下方安裝的各種質量較大的電氣部件，其機械結構的可靠性至關重要，直接關系著行車安全。所以應在保證地鐵車下吊掛結構強度和安全可靠前提下，優化結構承載方式，盡量降低吊掛托架結構質量。
展開 地鐵盾構隧道施工對鄰近建筑結構影響
采用MIDAS GTS NX軟件模擬盾構推進導致的地表、鄰近建筑結構沉降。盾構隧道施工工藝復雜，模擬過程中需要根據研究內容、地質條件、結構受力等特征進行適當簡化。
本案例分析了加固、未加固兩種條件下的地表沉降和建筑沉降。
未加固條件下計算結果：
加固后計算結果：
建筑結構丨清華大學教授潘鵬：地鐵周邊建筑三維隔振技術研究
清華大學教授潘鵬在“第四屆工程結構減隔震與高效抗震技術交流會”上做了題為《地鐵周邊建筑三維隔振技術研究》的精彩報告！
報告主要分為五個部分：技術背景；三維隔震（振）裝置開發；三維隔震（振）結構振動臺試驗；建筑三維隔震（振）技術的工程應用；總結。
開篇介紹了研究背景和意義。中國地鐵全面建設，40多個城市開始修建地鐵， 未來十年中國軌道交通市場將建7395公里地鐵線，總價值達3萬8千億。地鐵運行引起的環境振動已成為城市重要的環境污染源。
地鐵運行激勵所導致的周邊結構振動，特別是豎向振動不容忽視。建筑應對地鐵環境振動的綜合解決方案主要有三種：軌道隔振、傳播途徑隔振、建筑物隔振。
一、技術背景
該部分主要介紹了建筑三維隔震（振）技術的定義。
二、三維隔震（振）裝置開發
本節介紹了橡膠-雙摩擦擺三維隔震（振）支座的定義、支座性能試驗、支座試件豎向剛度、支座試件極限承載力、支座水平性能、支座性能試驗的結果。
通過支座性能試驗主要結論如下：1）豎向壓力變化的幅值增大時，表現出的等效豎向剛度減小，因此區分豎向單調剛度（大幅值）和豎向循環剛度（小幅值），分別為296kN/mm和458kN/mm。預計在軌道交通振動隔振中支座表現的自振頻率為8.8Hz。
展開 鋼結構打造德國漢堡易北河橋新地鐵站
站臺盡頭觀景平臺 ?Marcus Bredt
車站構造延續了易北河鐵橋歷史風貌，波浪式連續鋼桁拱結構和魚腹梁共同決定了建筑獨特的精神氣質——以具有時代特色的結構語言對歷史悠久但仍富于活力的橋梁結構予以重新詮釋。
車站上層空間視野 ?Marcus Bredt
屋面十字交叉式的框架構造強調了秩序感和穩定性。鋼結構裸露于外側，玻璃構件懸掛于其內，支承結構得以濃墨重彩的呈現，在美學上致敬了其近旁的易北河鐵橋。地鐵站站臺屋面兩端延續了菱形鋼結構，形成引人注目的挑空雨篷，賦予車站現代交通建筑輕盈的流線造型。
屋面結構 ?Marcus Bredt
位于不同層面的進站層、站臺和兩座站臺天橋通過樓梯、自動扶梯和直梯連接。頂層的鋼結構棧橋未來將與通向城鐵站的空中走廊相連接。易北河橋地鐵站是建筑學和工程學的完美結合，實現了視覺效果與功能空間的高度統一。
三維幾何造型由gmp·馮·格康，瑪格及合伙人建筑師事務所和施萊西·貝格曼工程師事務所(sbp)在設計競賽初期共同提出，經漢堡地鐵股份集團選中并最終得以實現。
展開 
成都地鐵8號線隧道被擊穿！拱頂結構受損嚴重，大面積透水！
大約8點10分左右，成都地鐵發布事故原因：
經查，事件原因為雙流區當地市政工程（建設單位：成都空港興城投資集團有限公司；施工單位：四川公路橋梁建設集團有限公司）未按報審方案施工，現場擅自新增降水井施工，擊穿成都地鐵8號線珠江路至順風上行區間隧道，導致隧道拱頂結構受損嚴重、大面積透水，現在正全力組織搶修，恢復工作有序進行中。
不久前，深圳發布了地鐵1號線隧道結構被打穿事故調查報告。
深圳地鐵1號線“3.4”隧道結構被打穿事故調查報告
日前，《深圳地鐵1號線“3.4”隧道結構被打穿事故調查報告》已經區政府批復，現予公布。
展開 基于ANSYS某暗挖地鐵車站出入口二襯結構計算
一、荷載分類：
1、結構自重
結構自重由程序自動加載。混凝土結構容重采用25kN/m3。
2、車輛、人行荷載
車荷載、人群荷載簡化成1m厚等代土荷載20kN/m2。
3、豎向、側向壓力
根據《鐵路隧道設計規范》(TB10003－2005)附錄E進行計算；
4、其他荷載
(1) 水壓力：根據地勘資料，結構范圍內未見穩定地下水位。設計時：對敞口段，地下水位取至回填地表；其余段地下水位取至結構頂。外水壓力折減系數為1.0。
(2) 施工荷載：設備運輸及吊裝荷載、施工機具及人群荷載；10kN/m2計算。
二、荷載計算簡圖如下：
三、本模型需要注意的問題
1、土彈簧的設置
隧道二襯外圍彈簧為單向彈簧（只單向受壓），ANSYS中可以采用link10 或者combin39 進行模擬，相關文章可以參考本公眾號前面的歷史消息。
土彈簧的具體數值與單元長度以及圍巖彈性反力系數相關，反力系數可根據地勘報告酌情決定，本次出入口位于中風化巖層內，取反力系數為200Mpa。
2、單元坐標系方向
建模完成后，需要查看梁單元的單元坐標系，各單元坐標系方向應協調，梁單元Z方向須指向襯砌內部，不然后面后處理的時候彎矩圖、剪力圖、軸力圖會顯得很怪異。
3、荷載的加載
按規范求出的荷載為線荷載，在模型中，需將線荷載轉為節點荷載施加到節點上面，所以這時候循環比較重要，特別應注意頂部斜梁荷載的施加，往期文章也有說明。本次荷載計算示意如下：
4、結果的提取
結果采用單元表獲取，采用list命令可直接提取關鍵位置處的內力值，提取標準組合下的結構內力值，根據規范采用容許應力法進行配筋設計。
展開 無人機不但能拍照能表演，還能保護地鐵安全！
9月7日，是地鐵安全日。近年來，隨著地鐵線網快速壯大，地鐵保護風險隨之加大，為更好地為地鐵運營安全提供技術保障，廣州地鐵利用高新技術，成功探索地保無人機智慧巡檢模式，歷經多次實地調研勘察，2019年正式組建了無人機巡檢組，實現地保無人機智慧巡檢模式的最終落地和推廣。
目前，廣州地鐵無人機巡檢組由子公司廣州軌道交通建設監理公司負責組建，共持有大疆御2無人機2臺，機組成員為3名，平均年齡29歲，均通過了由中國民航飛行標準司與中國航空器擁有者及駕駛協會頒發的多旋翼飛行執照，累計飛行時長達163小時，累計巡檢里程達79163公里，發現制止侵入地鐵保護區的外部施工行為12次。
無人機助力地鐵保護巡檢
地鐵車輛在軌道交通線路上運行必須確保線路結構有一個相對安全的空間，根據相關規定，該空間一般在結構周邊50米范圍內，也就是地鐵安全保護區。
展開 地鐵礦山法近接對高鐵盾構隧道豎向變形影響研究
1 計算任務描述
1.1 工程背景
北京地鐵 12 號線下穿清華園盾構隧道段采用礦山法施工。地鐵結構拱頂距盾構管片最近約 1.6m，既有盾構隧道尚在沉降期范圍內，地鐵穿 越施工風險極大。大鐘寺站站—薊門橋站區間與清華園盾構隧 道夾角 84°，線路為東西走向，區間埋深 25.4～ 32.6m。考慮地鐵結構與盾構隧道距離較近，在 既有盾構隧道前、后 10m 范圍內施做管棚加固， 新建區間結構拱頂 90°范圍采用φ180mm大管棚（厚度?t=12mm），管棚外插角α=1～3°，環向 間距 300mm，管棚總長 L=32.5m。采用雙液漿對隧道輪廓線外 2.5m 范圍內全斷面進行深孔注 漿加固，加固范圍為京張高鐵隧道前后 17m。
圖1 北京地鐵12號線與京張高鐵清華園盾構隧道關系
1.2 地質概況
穿越段地層從上到下依次為①1 雜填土、④1 黏土、④3粉細砂、⑥2粉土、⑦卵石-圓礫，礦山 法區間隧道洞身位于⑦卵石-圓礫等粗顆粒地層。
表1 地層情況描述
地層
名稱
產狀
人工堆積層
雜填土①1層
雜色，松散～稍密，稍濕～濕，含磚塊、灰渣、混凝土塊、碎石等，成分較雜，表層部分為方磚及瀝青路面。
一般第四紀沖洪積層
粘土④1層
褐黃色，很濕，可塑，屬中高壓縮性土，含云母和氧化鐵。
④3粉細砂
褐黃色，密實，濕～飽和，屬低壓縮性土，含氧化鐵，偶含圓礫或卵石，局部夾粘性土、粉土薄層。
粉土⑥2層
褐黃色，密實，濕，屬中低壓縮性土，含云母和氧化鐵等，局部夾粉質粘土或粉細砂薄層。
卵石―圓礫⑦層
雜色，密實，亞圓形，局部為圓礫層，屬低壓縮性土。
展開 勘察外業人員須知：什么是地鐵保護區？在哪里？
控制保護區
福州地鐵在建及運營地鐵線路周邊設置有地鐵控制保護區，范圍如下：
（一）地下車站與隧道結構外邊線外側50米范圍內；
（二）地面、高架車站及區間結構外邊線外側30米范圍內；
（三）出入口、通風亭、變電站、車輛段、停車場等建、構筑物外邊線外側10米范圍內；
（四）過江段結構外邊線外側100米范圍內；
（五）地鐵電纜通道外邊線外側3米范圍內。
隧道、車站結構保護區范圍示意圖。
特別保護區
為進一步規范并細化保護區管理，福州地鐵控制保護區內還設立了特別保護區。特別保護區內除必需的市政、園林、環衛和人防工程外，禁止其他一切建設活動，范圍如下：
（一）地下車站和隧道結構外邊線外側5米內；
（二）高架車站及高架線路工程結構水平投影外側3米內；
（三）地面車站及地面線路路堤或路塹邊線外側3米內；
（四）出入口、風亭、風井、電梯井、冷卻塔、主變電站、控制中心等建（構）筑物結構外邊線，以及車輛段（停車場）用地范圍外側5米內；
（五）過江河、湖泊等水域的隧道、橋梁結構外邊線外側50米內；
（六）高壓電纜溝水平投影外側3米內。
展開 技術 | 不銹鋼地鐵車頂典型焊接接頭有限元分析
摘要:
針對不銹鋼地鐵車頂結構中的四種類型MAG焊典型焊接接頭進行試驗和有限元模擬分析。基于熱一力完全耦合理論和熱彈塑性有限元方法，利用大型有限元分析軟件ABAQUS求解焊接過程中和焊后的溫度及應力，模擬研究不銹鋼地鐵車頂典型焊接接頭的溫度場、應力場的演化行為以及殘余應力的分布規律，并進行相應的焊接試驗。
結果表明:熔池計算結果與試驗結果吻合良好;平板對接形式的應力分布是不銹鋼車頂各類典型接頭應力分布的本質形式;對于T型接頭和卷邊接頭形式，豎板的應力分布不同。該有限元分析為不銹鋼地鐵車頂焊接制造提供了參考。
0 前言
隨著經濟的發展，地鐵交通系統以其交通便捷性、準時性、載客量等優點在各大城市得到大力發展，對地鐵車輛的需求越來越多。不銹鋼以其良好的耐腐蝕性、輕量化、維護成本低、耐高溫、環保等優點，廣泛應用于地鐵車輛的生產制造中不銹鋼車體結構與傳統碳鋼車體、鋁合金車體的差異較大，其成形焊接工藝也不同。
其中車頂作為車體重要的大型組成構件，與側墻和底架相比，其結構復雜程度高，焊接接頭形狀復雜多樣，導致焊接溫度變化和應力分布情況復雜。不銹鋼熱導率低、線膨脹系數大，在焊接時容易產生較大的殘余應力，而大量的殘余應力對車頂強度和使用壽命等都有較大的影響。因此需要分析不銹鋼車頂的各種焊接接頭的應力，掌握接頭殘余應力分布。
本研究分析不銹鋼地鐵車頂結構的四種典型的焊接接頭形式，利用大型有限元分析軟件ABAQUS對四種典型接頭焊接過程中和焊后的溫度及應力進行求解，模擬研究不銹鋼地鐵車頂典型焊接接頭的溫度場、應力場的演化行為以及殘余應力的分布規律，并進行相應的焊接試驗。
展開 MIDAS/Civil應用領域
鋼筋混凝土橋梁 :板型橋梁、剛架橋梁、預應力橋梁
聯合橋梁 :鋼箱型橋梁、梁板橋梁
預應力鋼筋混凝土箱型橋梁 :懸臂法、頂推法、移動支架法、滿堂支架法
大跨度橋梁 :懸索橋、斜拉橋、拱橋
大體積混凝土的水化熱分析 :預應力鋼筋混凝土箱型橋梁、橋臺、橋腳、防波堤
地下結構:地鐵、通信電纜管道、上下水處理設施、隧道
工業建筑:水塔、壓力容器、電力輸送塔、發電廠
國家基礎建設:飛機場、大壩、港口
《ANSYS在土木工程中的應用》
第1章 大型通用有限元軟件ANSYS簡介
1.1 ANSYS 8.0軟件概述
1.2 ANSYS 8.0的安裝和啟動
1.2.1 安裝對系統的要求
1.2.2 設置環境變量
1.2.3 安裝過程
1.2.4 運行參數設置
1.2.5 啟動和退出
1.3 有限元分析基本過程
1.3.1 有限元分析基本過程概述
1.3.2 有限元分析實例
1.4 小結
第2章 ANSYS在壩體工程中的應用
2.1 壩體工程力學問題的簡化
2.1.1 壩體工程概述
2.1.2 進行有限元分析的力學簡化
2.2 使用ANSYS進行壩體工程設計實例
2.2.1 前處理
2.2.2 加載與求解
2.2.3 查看分析結果
2.2.4 計算結果分析
2.3 小結
第3章 ANSYS在隧道及地下工程中的應用
3.1 隧道及地下工程結構設計模型
3.2 明挖法修建的地鐵隧道結構的受力分析
3.2.1 荷載一結構法原理
3.2.2 問題的描述
3.2.3 建模過程
3.2.4 加載與求解
3.2.5 后處理
3.2.6 計算結果分析
3.2.7 小結
3.3 高速公路隧道開挖全過程仿真分析
3.3.1 隧道概述
3.3.2 施工方法介紹
3.3.3 建模
3.3.4 加載與初始地應力場模擬
3.3.5 左洞上臺階開挖模擬分析
3.3.6 左洞下臺階開挖模擬分析
3.3.7 左隧道二次襯砌模擬分析
3.3.8 右洞上臺階開挖模擬分析
3.3.9 右隧道下臺階開挖模擬分析
3.3.10 右隧道二次襯砌模擬分析
3.3.11 計算結果分析
3.3.12 小結
3.4 單線鐵路隧道開挖全過程三維仿真分析
3.4.1 隧道概述
3.4.2 施工方法介紹
3.4.3 建模
3.4.4 加載與初始地應力場模擬
3.4.5 第一次進尺開挖模擬分析
3.4.6 第二次進尺開挖模擬分析
3.4.7 第三次進尺開挖模擬分析
3.4.8
展開 墨西哥地鐵橋面斷裂原因初步分析
1 引言
2021年5月3日, 墨西哥首都地鐵12號線發生地面軌道橋面坍塌事故, 迄今為止死亡25人, 79人受傷. 這是墨西哥城地鐵系統自1969年啟用以來最嚴重的事故之一. 事故原因還在調查之中, 這個筆記簡要分析一下事故發生的原因.
2 事故簡述
事故發生在世界上最繁忙的地鐵服務之一---12號線的奧利沃斯站附近, 首都東南郊區最近建成的一段線路上。橋面距地面約5米，從下面的事故圖中可以看出, 地鐵建造的是雙向軌道, 也就是說, 地鐵可以相向而行. 從這個圖中也可以看出,整個橋面完全塌落.
現場監控顯示, 當地鐵通過該區域時, 一根支撐的橫梁飛出, 從而導致整個橋面坍塌. 作為對比, 下圖所示的是這段橋梁未發生事故時的面貌, 該照片攝于2019年.
下圖所示的則是同一地段事故發生后的狀況.
3 事故原因
確切的事故原因還在調查之中, 除了墨西哥官方出面調查外，還從挪威聘請了專門從事風險管理的公司DNV-GL對該事件進行深入調查。在此僅作一點猜測性分析.
3.1 施工質量問題
該線路自從開通以來一直受到各種問題的困擾，包括火車車輪和鐵軌的過早磨損。按照常理來說, 作為已經運行了40多年地鐵的國家, 設計方面應該不存在問題, 最大的問題可能是使用的材料和施工質量引起的. 因為該線路的高架部分，包括這次斷裂的區段，已經在2014年不得不關閉進行了多次維修。根據報道, 2017年，當時的城市地鐵主任就曾經說過，這條線路 "生來就存在一些問題，在它的生命中永遠不會得到解決，它將需要 永久的維護"。如此悲觀的說法顯示出當局已經意識到這條線路存在的問題. 地鐵系統發布的一份報告顯示，由于在2010年建造時沒有使用足夠量的鋼筋箍筋，支撐鐵軌的一個橋墩的底座已經開裂, 脫落了一層混凝土。
展開 IGM焊接機器人在生產中的應用案例分享
概述
轉向架是軌道車輛最重要的組成部件之一，構架作為轉向架結構安裝和載荷傳遞的重要部位之一，要求操作者在焊接時必須做到焊接質量穩定可靠，才能保證列車的整體強度，以保證行車安全。
以往半自動化焊接過程中，由于手工操作的不穩定性，難免會出現未熔合、未焊透、孔穴、固體夾雜和裂紋等焊接缺陷，而這些焊接缺陷均會不同程度的降低焊接的質量，影響接頭性能，減少焊接構架的使用壽命，甚至會造成重大事故。此外，半自動化焊接時焊工操作水平參差不齊，焊縫成形不美觀，堆積較多的熔化金屬，增加了后續修磨交驗等工序的工作量，而且大量的打磨容易傷及母材并造成車間煙塵。同時，交驗合格率低下，多次的返修、補焊和修磨，產品質量無法保證，在生產量較大的情況下，難以滿足生產要求。自動化焊接因其固定的運行程序，焊接過程穩定，焊縫成形美觀，質量可靠，焊后打磨量較小，大幅降低車間勞動強度，能有效解決上述半自動化焊接帶來的種種難題。這樣不僅有助于提高轉向架焊接自動化率，而且為公司成為軌道交通裝備行業世界級企業奠定基礎。
2. 轉向架橫梁焊接結構特征分析
橫梁組成的結構如圖1所示，B型地鐵的橫梁結構是由兩個橫梁鋼管、兩個縱向梁組成、兩個電動機吊座組成和兩個齒輪箱吊座組成構成的“井”字形閉合結構。在橫梁組成中電動機吊座組成、縱向梁組成、齒輪箱吊座組成與橫梁管連接的直焊縫采用自動化焊接，電動機吊座組成、齒輪箱吊座組成與橫梁管的環焊縫部分采用自動化焊接，其余焊縫采用半自動化焊接。整體橫梁組成中大多數焊縫形式為管板T形接頭環形焊縫和直焊縫。其中縱向梁組成、齒輪箱吊座組成以及電動機吊座組成等部件與橫梁鋼管連接的主要坡口形式包括10HY、12HY及15HY。
3. IGM焊接機器人介紹
（1）機器人本體及變位機
轉向架構架橫梁組成使用奧地利IGM公司的IGM機器人進行焊接。
展開 基于ABAQUS的地下室樁筏基礎抗沖切精細有限元分析
工程概況
本項目位移地鐵旁，由于地鐵隧道要求，結構地下室筏板基礎邊必須與地鐵邊線保持足夠的安全距離，因此結構的筏板在靠近地鐵一側不能挑出太大。這使得上部結構的最外側框架柱距離筏板邊界距離不滿足構造要求.設計時，通過牛腿將上部框架柱與下部地下室外墻連在一起，共同分擔上部結構傳來的豎向荷載，如圖1所示。采用ABAQUS軟件對樁筏基礎進行小震及等效中、大震作用下的有限分析，驗證該處理方式的安全性，分析不考慮土的有利作用，計算結果偏安全。
圖1 樁筏基礎布置圖
2 有限元模型
圖2 樁筏基礎有限元分析模型
根據圖1的結構樁筏基礎布置圖，分析模型取矩形虛線范圍內3個柱范圍筏板基礎為研究對象，模型平面尺寸為27mX9m。在ABAUQS軟件中建立有限元模型，模型如圖2所示，為排除邊界約束的影響，有限元分析結果以中間柱筏板為準。
2.1 混凝土及型鋼單元
混凝土及型鋼單元采用C3D4實體單元，中心區混凝土材料本構采用ABAQUS提供的損傷塑性(Concrete Damage Plasticity)模型，如圖3所示，考慮混凝土受壓和受拉損傷，材料參數根據《混凝土結構設計規范》取值。其余范圍混凝土采用彈性模型，僅考慮材料剛度對分析區域的影響，不考慮該部分混凝土進入塑性。其中，樁基及筏板混凝土材料C40，框架柱混凝土材料C60。
型鋼鋼管采用彈性模型，材料Q345。
圖3 ABAQUS混凝土損傷塑性模型
參考上海現代建筑設計（集團）有限公司技術中心編著的《動力彈塑性時程分析技術在建筑結構設計中的應用》，混凝土損傷程度可用混凝土損傷系數dc表征。C40混凝土損傷程度與對應的dc值關系如表1所示。
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