對城市軌道交通站臺屏蔽門結構測試的修改建議

夏美霞 鄧協和 孫 斌 陳春元 謝 珺

(上海市質量監督檢驗技術研究院,200072,上海∥第一作者,高級工程師)

城市軌道交通站臺屏蔽門在站臺與軌道的交界處形成了100多m長、1 m多或3 m多高的屏障。它承受地鐵列車行駛時對其產生的疲勞應力、隧道通風系統和車站通風系統產生的風壓,承受乘客擁擠對其產生的擠壓力、沖擊力,以及地面、土建結構的振動等對其造成的載荷綜合作用。因此,屏蔽門應有足夠的強度、剛度及疲勞強度,應有合理的結構,以適應地鐵運行環境條件的要求,確保地鐵列車安全可靠地運行。

屏蔽門的整體結構要求在中華人民共和國城鎮建設行業標準CJ/T 236—2006《城市軌道交通站臺屏蔽門》(以下簡為《標準》)中作了規定。屏蔽門的結構測試主要用于測試樣機是否滿足設計強度、剛度的要求。其測試方法參見《標準》的附錄B.1。但是,《標準》中有關屏蔽門結構的技術要求及其測試方法的條文在編寫上不盡完善,有修改補充的空間。

本文就屏蔽門的結構要求及其測試方法等進行了分析,指出了《標準》現有條文的不足之處,同時也提出了相應的修改建議。

1 《標準》的有關規定

1.1 技術要求

《標準》的5.1.7節對屏蔽門整體結構規定了以下技術要求。

在工程設計給定的荷載或組合荷載作用下,門機、門扇等運動構件不應發生功能障礙,強度、剛度、疲勞強度應滿足設計要求,門體軌道側的最大絕對變形量應滿足下列要求:

1)門體高度小于等于4 000 mm,最接近列車動態包絡線的構件的最大變形量不大于15 mm;

2)門體高度大于4 000 mm,最接近列車動態包絡線的構件的最大變形量不大于20 mm;

3)半高屏蔽門頂部最接近列車的構件的最大變形量不大于15 mm;

4)半高屏蔽門活動門扇的最大變形量不大于50 mm;

5)所有門體構件均不發生永久塑性變形,殘余變形量不大于1 mm。

與屏蔽門結構有關的還有《標準》的5.1、5.2等節中的諸多條款,因與本文的內容關系不大,故不一一摘錄。

1.2 試驗方法

試驗方法詳見《標準》的附錄B之B.1。其中規定,風載荷的施加在風室里進行。其試驗裝置及試驗示意圖如圖1所示。試驗步驟為:先按《標準》的規定對被試樣機施加負風壓和乘客擠壓力,進行聯合荷載試驗,測定規定部位的變形量(位移量)和殘余變形,并觀測屏蔽門有無結構破壞或有無出現功能障礙;然后施加正風壓并進行測量。

圖1 負風壓荷載試驗和乘客擠壓試驗聯合試驗示意圖

2 《標準》的幾點瑕疵

筆者認為:《標準》的現有條文在屏蔽門整體結構和結構測試方法的表述上存在一定的瑕疵,有商榷的必要。以下對此擇要做一些剖析。

1)圖、文混淆,造成了某些混亂。《標準》在表述正壓力(其作用方向為由軌道側指向站臺側)、負壓力(吸力,作用力方向與正壓力相反)時,圖、文混淆,造成了測試方法表述上的混亂。例如,《標準》的圖B.1是“負風壓荷載試驗和乘客擠壓荷載聯合試驗示意圖”,但B.1.4 c)卻以正壓力進行表述——“從零開始分級對門體加正壓,……”。可見圖、文相悖。文中的“正壓”應改為“負壓”。

2)在 B.1.4的末尾,《標準》寫道:“按上述步驟對門體施加負壓并測量變形”。此處的“負壓”應改為“正壓”。但施加值是多少?怎樣施加?測量點在哪里?《標準》中并沒有陳述清楚。在列車的實際運行中,對屏蔽門產生的正壓力、負壓力兩者并不對稱。《標準》規定“按上述步驟對門體施加正壓并測量變形”。如果正壓的施加值、施加方法、測量點位置等完全和負壓一致,是否符合實際運行情況?

3)施加乘客擠壓力與負壓力(或正壓力)組成的復合荷載,進行荷載聯合試驗,是否必要?B.1.4 d)的規定,顯然是要求對屏蔽門施加復合荷載,進行荷載聯合試驗,這與實際情況并不很相吻合。乘客擠壓力、負壓力的復合荷載或乘客擠壓力、正壓力的復合荷載在列車運行時并不會出現。負壓力發生在列車駛離站臺時,此時不可能再出現乘客擠壓屏蔽門的現象;而列車進站,停車后先打開車門,稍后接著開啟滑動門,在乘客發生擠壓前,正壓力已基本消失。顯然,上述兩種復合荷載的情況都不會出現。如果放站,列車快速通過站臺,此時固然會對屏蔽門形成很大的負壓力,但乘客絕對不會去擠壓屏蔽門。鑒于此,進行屏蔽門結構測試時,對屏蔽門施加復合荷載,進行荷載聯合試驗也就顯得沒有必要了。還需要指出的是:正壓力、乘客擠壓力兩者的作用方向是相反的,因此它們對屏蔽門的作用效果是相互抵消的,組成這類復合荷載施加于屏蔽門,對屏蔽門的強度、剛度考核來說并不是最嚴酷的。此時,乘客擠壓力顯然不必要施加。《標準》對此應有所強調。

4)風荷載呈正壓是否會使軌道側“門體最接近列車動態包絡線部位”產生危及“與列車動態包絡線之間的安全距離”的位移或變形?風荷載呈正壓時,壓力是由軌道側指向站臺側的,此時,“門體最接近列車動態包絡線部位”產生的位移或變形是否會對“與列車動態包絡線之間的安全距離”有不利的影響?似乎不會。因此,在風荷載呈正壓時,門體軌道側有關“最接近列車動態包絡線部位的最大位移值”沒有必要測定。

5)技術要求、試驗方法相互之間在某些內容上還缺乏呼應和協調。《標準》中的“5要求”與“附錄B(資料性附錄)試驗方法”的條文表述有多處在內容上缺乏協調,例如:

·技術要求規定“屏蔽門的承受人群擠壓荷載不應低于1 000 N/m”,而B.1.4 d)要求“對門體施加乘客擠壓力,從0升至設計荷載”。這兩者之間缺乏應有的呼應。如果設計荷載低于技術要求規定的1 000 N/m,應如何處理?筆者認為:如果設計荷載低于1 000 N/m,則按1 000 N/m施加;如果高于1 000 N/m,則應按設計荷載施加。此外,乘客擠壓力的施加部位(離地高度)尚不明確,而這恰恰是應該明確的。因為乘客擠壓力的施加部位不同,其對屏蔽門的作用效果往往是不同的。又如,《標準》規定“結構測試的樣機至少包括兩扇對開的滑動門、一扇固定門……”這意味著對固定門也要施加乘客擠壓力,這似乎也可商榷。在地鐵列車實際運行中,乘客對固定門可能會有所觸摸甚至是擦碰,但似乎并不會對其構成擠壓力。

·技術要求規定“屏蔽門整體結構在工程設計給定的荷載或荷載組合作用下,門機、門扇等運動構件不應發生功能障礙”(見《標準》的5.1.7節),而試驗方法的“合格評定依據”中卻缺乏“不應發生功能障礙”等評定內容。“不應發生功能障礙”應該列為評定屏蔽門結構合格與否的基本條件之一。

·5.1.7e)、B.1.5既要求“不發生永久塑性變形”、“無塑性變形”,又規定“殘余變形量不大于1 mm”、“最大殘余變形量小于等于1 mm”。這些條文的技術要求相互之間顯然存在著不協調——既允許有不大于1 mm的殘余變形量,那就不應同時要求“不發生永久塑性變形”,“無塑性變形”。

·技術要求規定的對象是“門機、門扇等運動構件”,而試驗方法則反復強調“門體主要受力桿件”。“運動構件”主要是滑動門(是否還包括頂箱內的傳動構件),而“受力構件”則不僅僅是滑動門,還應有固定門、頂箱、支承結構、門檻等;“構件”、“桿件”兩者的概念也不相同,滑動門、固定門等顯然都不宜稱為“桿件”。

·《標準》對半高屏蔽門的結構提出了要求,但試驗方法中卻缺乏相應的描述。半高屏蔽門的試驗方法與全高屏蔽門還是有所不同的。

·《標準》的正文理應科學、規范;“資料性附錄”雖然給出標準正文的附加信息,以幫助理解和使用標準,不是應遵守的條款,但也應力求準確。《標準》在“一般要求”、“結構測試”的內容上存有不足,有予以修改的必要。

6)術語不夠統一,表述上欠嚴謹。筆者注意到,《標準》在描述屏蔽門的結構及其測試時,術語不夠統一,也顯得欠簡明、欠嚴謹。在不多的條款中,《標準》中至少使用了以下十幾個術語——變形,永久變形,塑性變形,永久塑性變形,變形量,彈性變形量,最大變形量,殘余變形量,最大殘余變形量,最大絕對變形量,最大位移值等等。這么多用語攪在一起,并無必要,也對正確理解和執行《標準》帶來不利,有必要再作適當的梳理。

7)未明確對測得值如何進行記錄和處理。《標準》的B.1.4 f)規定:“重復上述步驟 3次”。但對3次的測得值如何記錄和處理,卻沒有作出相應的規定。是以3次測得值的“最大值”,還是以3次測得值的“算術平均值”作為最終的測試結果,往往會影響到該質量特性的基本結論。作為標準,這是必須給以明確的。

3 風荷載應如何折算為線性荷載

《標準》的B.1.2規定:“風荷載的施加可以在風室里進行,也可以將風荷載折算為線性荷載后加載”。但風荷載應如何折算為線性荷載,《標準》并沒有給予相應的說明、指導或規定。對此,筆者有以下的初步思考。

風荷載是均勻分布的面荷載,而線性荷載則為均布的線荷載,兩種為不同屬性的荷載。因此,當它們各自作用于屏蔽門時,對屏蔽門產生的作用效果是不完全相同的。故如何折算才顯得比較合理,作為標準是應該作出明確規定的。但現有的《標準》條款對此未有相應的表述。為利于《標準》的貫徹執行,應對此有一些最必要的補充。

筆者認為,折算時應遵循作用效果基本等效的原則。它可由以下兩項原則組成:

1)產生的最大應力相同的原則(從強度等效的角度考慮);

2)產生的最大變形量相同的原則(從剛度等效的角度考慮)。

一般來說,按這兩項原則折算后的線性荷載是不相等的,因此,如何確定線性折算荷載也是值得仔細考慮的。

由于線性荷載難以作用于屏蔽門的支承結構、門檻、立柱、橫梁等部位,因此線性荷載似乎只擬對門體施加。由此,也會帶來一系列相關的問題:例如,許多部位在線性荷載作用下產生的變形量會比實際風荷載作用下產生的變形量小些;又如,線性荷載的施加方向(水平方向、豎直方向、對角線方向等),是否也會影響到荷載的最終作用效果;等等。對折算中可能出現的技術問題似乎還有待于作精細的思考分析和計算。

4 對《標準》的修改建議

對《標準》中涉及屏蔽門結構及其測試的內容,筆者提出以下修改建議。

4.1 術語應統一

對于涉及的術語,建議能作進一步的梳理。例如,相同的含義不必要使用多個術語——“永久變形”、“塑性變形”、“永久塑性變形”、“殘余變形”,不妨統一為“塑性變形”;“變形量”,“彈性變形量”,“最大變形量”,“最大絕對變形量”,“最大位移值”等可以簡化為“變形量”;“最大變形量不大于15 mm”可以表述為“變形量不大于15 mm”等。力爭以最簡明的術語作出最恰當的表述。

4.2 重點應突出

對于屏蔽門結構及其測試來講,應抓住主要要求,有重點地進行考核。重點要求是否可主要反映在以下幾個方面。

1)屏蔽門在實際運行時所受的荷載主要是正壓風荷載、負壓風荷載、乘客擠壓力,均為單一荷載,而正壓風荷載或負壓風荷載與乘客擠壓力構成的復合荷載則可以刪去。

2)考核的重點是屏蔽門的功能、強度、剛度,即要求屏蔽門在規定的荷載作用下做到:①安全玻璃應不碎裂;②屏蔽門應無損壞;③應不發生妨礙其正常工作的功能障礙;④其塑性變形、變形量(或位移量)應不超過規定的限值(《標準》中應規定具體的限值)。

3)主要考核的屏蔽門運動構件、受力構件(《標準》中用“受力桿件”似乎不很恰當)是門體(或門扇)。在屏蔽門結構中,諸多運動構件、受力構件中相對薄弱的構件無疑是門體。它是板狀構件,受力面大,直接受正、負壓風荷載及乘客擠壓力的作用。一般而言,在上述荷載的作用下,相對于門框、頂箱、立柱、橫梁、門檻、屏蔽門基礎部位等,門體要經受強度、剛度上的強勢考核。因此,對屏蔽門結構的技術要求及其試驗測定是否可以考慮集中圍繞門體來進行;屏蔽門的其他結構部位、受力構件則可將“無結構損壞或破壞”、“不發生功能障礙”等作為綜合性的定性考核要求即可。

4.3 條文內容應適度簡化,條文之間應加強協調

鑒于上述理由,建議《標準》的現有條文,特別是測試方法部分,應作適度的簡化,突出重點,合理考核。枝節的要求或者并無必要實施的測量內容可以考慮刪去。

作為技術標準條文內容的屏蔽門結構技術要求及其試驗方法,與屏蔽門的結構設計是有一定區別的。進行屏蔽門結構設計時,設計人員應充分考慮各種可能的使用工況對屏蔽門強度、剛度、性能、使用壽命的影響,應按設計規范正確地計算并留有合理的安全裕度,以避免設計考慮不周帶來的設計缺陷;而對制造、安裝、調試的屏蔽門提出質量要求并進行試驗考核時則宜抓住要點,勿過于繁瑣。

屏蔽門結構的有關條文可以參考幕墻玻璃的技術標準,但在借鑒時務必結合屏蔽門的具體情況和具體特點,對幕墻玻璃的有關技術條文有所篩選。

內容相關的條文之間應要求一致,互相協調匹配,不發生抵觸和沖撞。

4.4 對折算的方法應作一些必要的補充

既然允許“將風荷載折算為線性荷載后加載”,那么希望能進一步提供具體的而在操作上又是可行的、可復現的折算方法,以有利于當需要時或缺乏條件建立風室時,可以采用正確地加載線性荷載的方法來實施屏蔽門的結構測試。

[1]洪生偉.標準文件編寫指南[M].北京:中國標準出版社,2004.

[2]徐灝,邱宣懷,蔡春源,等.機械設計手冊[M].北京:中國機械工業出版社,1992.