某機(jī)場(chǎng)APM線站臺(tái)屏蔽門(mén)樣機(jī)結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)及分析*

劉曉松 吳永昌 許文君 邢宇帆 何宇聰

(廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司，510440，廣州//第一作者，高級(jí)工程師)

某APM(旅客自動(dòng)輸送系統(tǒng))線項(xiàng)目，位于機(jī)場(chǎng)客運(yùn)大樓地庫(kù)，采用了站臺(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)、安裝和使用過(guò)程中，站臺(tái)屏蔽門(mén)須不得侵入列車(chē)運(yùn)行動(dòng)態(tài)包絡(luò)線，其本身還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度的要求。在人流密集的站臺(tái)上，人們不可避免地倚靠在站臺(tái)屏蔽門(mén)上，對(duì)屏蔽門(mén)會(huì)形成沿長(zhǎng)度方向的整體擠推力；在列車(chē)經(jīng)過(guò)站臺(tái)屏蔽門(mén)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生使屏蔽門(mén)桿件和面板位移變形的負(fù)風(fēng)壓。這兩種荷載工況的疊加情況為站臺(tái)屏蔽門(mén)的最不利工況[1]，測(cè)量和控制站臺(tái)屏蔽門(mén)主要受力桿構(gòu)件及不利點(diǎn)的位移變形，以保證列車(chē)及站臺(tái)屏蔽門(mén)使用的安全性。在現(xiàn)場(chǎng)站臺(tái)屏蔽門(mén)安裝之前，應(yīng)對(duì)站臺(tái)屏蔽門(mén)樣機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能測(cè)試。

1 站臺(tái)屏蔽門(mén)樣機(jī)結(jié)構(gòu)的選取和工況組合

1.1 樣機(jī)的選取

為驗(yàn)證新建站臺(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)在實(shí)際工況下能夠滿足設(shè)計(jì)要求，需檢驗(yàn)以下內(nèi)容：①本項(xiàng)目站臺(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)樣機(jī)是否達(dá)到結(jié)構(gòu)(力學(xué))性能設(shè)計(jì)指標(biāo)；②站臺(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)最靠近軌道側(cè)輪廓線的滑動(dòng)門(mén)門(mén)框偏向軌道側(cè)的最大彈性變形是否滿足要求。此檢驗(yàn)也為合理選擇站臺(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本次檢測(cè)截取了完整的全高式站臺(tái)屏蔽門(mén)樣機(jī)1套，包含了1對(duì)應(yīng)急門(mén)、1對(duì)滑動(dòng)門(mén)和1對(duì)固定門(mén)體。其包含了完整的玻璃面板框架和門(mén)機(jī)梁蓋板部分。樣機(jī)立面及俯視圖如圖1所示。

1.2 工況組合

APM線站臺(tái)屏蔽門(mén)主要的荷載有恒荷載和活荷載[2]。恒荷載主要由站臺(tái)屏蔽門(mén)門(mén)機(jī)框架的鋼立柱、鋁合金門(mén)機(jī)梁、玻璃面板、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備以及包邊的鈑金自重等組成?；詈奢d主要來(lái)源于：①由于地鐵列車(chē)進(jìn)入站臺(tái)前，將在隧道中高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的空氣壓縮波在進(jìn)站時(shí)釋放，從而產(chǎn)生活塞風(fēng)作用，其方向是由列車(chē)軌道側(cè)指向站臺(tái)側(cè)；②在列車(chē)離開(kāi)站臺(tái)時(shí)，由于列車(chē)在站臺(tái)屏蔽門(mén)和隧道空間中的抽出，產(chǎn)生相對(duì)進(jìn)站時(shí)的負(fù)向活塞風(fēng)作用，其方向是由站臺(tái)側(cè)指向軌道側(cè)。③人群擠壓荷載。

a) 樣機(jī)立面圖

b) 樣機(jī)俯視圖

注：尺寸單位mm

圖1 香港機(jī)場(chǎng)APM線站臺(tái)屏蔽門(mén)項(xiàng)目樣機(jī)示意圖(站臺(tái)側(cè))

在站臺(tái)屏蔽門(mén)自然關(guān)閉的狀態(tài)下，特別是滑動(dòng)門(mén)，受到人群的擠推、倚靠、沖撞的概率很高。人群擠壓荷載在設(shè)計(jì)模型里有三種形式，分別為點(diǎn)荷載、線荷載和面荷載。其各有代表意義，在個(gè)體無(wú)意識(shí)的沖擊、磕碰站臺(tái)屏蔽門(mén)時(shí)，身體的某個(gè)部位對(duì)站臺(tái)屏蔽門(mén)形成點(diǎn)荷載效應(yīng);在大人群流量通過(guò)站臺(tái)屏蔽門(mén)和自動(dòng)扶梯間的狹道處時(shí)，肩肘等部位同時(shí)對(duì)站臺(tái)屏蔽門(mén)形成一種帶狀的線荷載；在發(fā)生擁擠上車(chē)或大規(guī)?？只挪忍な录r(shí)，大人群流量的身體、胸部、腹部等部位都會(huì)緊貼站臺(tái)屏蔽門(mén)產(chǎn)生面狀荷載。以上三種荷載形式尚無(wú)系統(tǒng)研究的文獻(xiàn)出現(xiàn)。

另外可能遇到的活荷載還包括土建主體沉降引起的位移應(yīng)力、門(mén)體的溫度變化引起的應(yīng)力、列車(chē)運(yùn)行通過(guò)軌道傳遞的低頻振動(dòng)力及隧道遭遇地震作用后對(duì)站臺(tái)屏蔽門(mén)的傳導(dǎo)力等。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)組合荷載如表1～2所示。

在工程檢測(cè)時(shí)，一般采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合來(lái)進(jìn)行樣機(jī)檢測(cè)驗(yàn)證。荷載原型試驗(yàn)中，DL自然存在，需要施加的荷載為T(mén)L1、CL1和CL2。工況3未在本文的驗(yàn)證范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)荷載時(shí)，某機(jī)場(chǎng)APM線站臺(tái)屏蔽門(mén)的恒荷載和活荷載的分項(xiàng)系數(shù)分別取1.4和1.6，與我國(guó)的結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范有所不同，值得參考。

表1 某機(jī)場(chǎng)APM線站臺(tái)屏蔽門(mén)荷載情況

2 檢測(cè)結(jié)果和有限元算例

城市軌道交通站臺(tái)屏蔽門(mén)檢測(cè)設(shè)備需要一個(gè)密封的箱體設(shè)備及模擬人群擠壓荷載的力學(xué)機(jī)構(gòu)以及必要的位移測(cè)量裝置。在長(zhǎng)期的工程檢測(cè)實(shí)踐中，已研發(fā)了1套適用于站臺(tái)屏蔽門(mén)和安全門(mén)檢測(cè)的設(shè)備裝置?，F(xiàn)場(chǎng)安裝如圖2所示。

圖2 某機(jī)場(chǎng)APM線站臺(tái)屏蔽門(mén)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖

根據(jù)項(xiàng)目方案的測(cè)點(diǎn)布置，主要截取了靠近站臺(tái)屏蔽門(mén)包絡(luò)線的各門(mén)體桿件的中點(diǎn)位置、門(mén)機(jī)梁的中心位置和各玻璃面板的形心位置，作為位移的監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖3、表3)。例如：人群擠壓荷載的作用中心線距離門(mén)檻豎直方向高度為1 100 mm；對(duì)線荷載采用的擠壓帶寬度為180 mm(等效于線荷載)；對(duì)于面荷載采用的擠壓帶帶寬為1 000 mm。

圖3 檢測(cè)測(cè)點(diǎn)分布及人群擠壓面荷載加載示意圖

測(cè)點(diǎn)號(hào)位置描述TL1+CL1工況下位移值/mmTL1+CL2工況下位移值/mm1玻璃形心6.124.892立柱中點(diǎn)2.071.573滑動(dòng)門(mén)體上2.411.354中框中點(diǎn)7.213.755玻璃形心11.845.406下端錨點(diǎn)0.020.017立柱中點(diǎn)3.541.838中框中點(diǎn)8.874.489玻璃形心12.536.03

從表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，工況1相對(duì)工況2更不利。在有限元模擬中，取工況1進(jìn)行分析，各面板的荷載傳遞采用四邊支撐的形式，如圖4所示，門(mén)機(jī)梁的位移變形模擬值如圖5所示。

圖4 固定門(mén)玻璃有限元模擬算值(工況1)

在最不利工況1(DL+TL1+CL1)作用下各測(cè)點(diǎn)的位移值、檢測(cè)結(jié)果和有限元模擬分析對(duì)比如表4所示。

圖5 門(mén)機(jī)梁有限元模擬算值(工況1)

測(cè)點(diǎn)號(hào)測(cè)點(diǎn)描述實(shí)測(cè)值/mm模擬值/mm誤差/%1固定門(mén)玻璃形心6.1212.30101.02固定門(mén)立柱中點(diǎn)2.072.3011.13門(mén)機(jī)橫梁中點(diǎn)2.414.3078.44滑動(dòng)門(mén)中框中點(diǎn)7.219.8035.95滑動(dòng)門(mén)玻璃形心11.8415.0026.76滑動(dòng)門(mén)下端錨點(diǎn)0.020.904 400.07滑動(dòng)門(mén)立柱中點(diǎn)3.549.60171.28應(yīng)急門(mén)中框中點(diǎn)8.878.10-8.79應(yīng)急門(mén)玻璃形心12.5312.30-1.8

3 結(jié)論

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果和有限元模擬結(jié)果，可得到如下結(jié)論：

(1) 該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)工況作用下，工況1人群擠壓線荷載的作用效應(yīng)明顯大于工況2面荷載的作用效應(yīng)。站臺(tái)屏蔽門(mén)的各主要桿件的中點(diǎn)位移值較大，其中滑動(dòng)門(mén)中框的位移值為本項(xiàng)目的主控點(diǎn)，原因是滑動(dòng)門(mén)的平面突出體最靠近列車(chē)包絡(luò)線的位置。

(2) 滑動(dòng)門(mén)的立柱實(shí)測(cè)值明顯小于有限元模擬值。筆者分析其原因?yàn)橛邢拊ㄎ茨苣M出立柱處桿件疊加剛度的作用效應(yīng)；或者實(shí)測(cè)時(shí)立柱疊加位置需要分開(kāi)測(cè)量。而各桿件中框處的模擬值與實(shí)測(cè)值較為吻合，特別應(yīng)急門(mén)處的偏差已控制在10%以內(nèi)。

(3) 門(mén)機(jī)梁中點(diǎn)位置由于模擬值未考慮電機(jī)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度貢獻(xiàn)，故位移值偏大。

(4) 實(shí)際的偏移值受支座影響較大。受樣機(jī)的安裝精度影響，桿件中點(diǎn)模型算值并未折減支座的偏移，實(shí)際各桿件的支座位移實(shí)測(cè)值和模擬值偏差較大。建議樣機(jī)安裝時(shí)各部件處于合理的間隙狀態(tài)。

(5) 實(shí)際測(cè)量時(shí)關(guān)心的是桿件最大位移值，而非撓度值。檢測(cè)時(shí)建議引入撓度概念，在玻璃及桿件的兩端支座處引入測(cè)點(diǎn)，通過(guò)撓度的測(cè)值對(duì)比，可以取得更小的誤差對(duì)比精度。

(6) 受試驗(yàn)條件的限制，若能進(jìn)一步提高人群擠壓力的均勻性，則可以獲得更準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。

(7) 本項(xiàng)目的試驗(yàn)檢測(cè)值和模擬計(jì)算值的比較是對(duì)站臺(tái)屏蔽門(mén)檢驗(yàn)實(shí)踐提高的有益嘗試，可供同行作參考。