地鐵區間疏散平臺結構設計研究

虞偉家，張麗平，楊榮山

(1.蘇州軌道交通有限公司，江蘇蘇州 215000;2.西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川成都 610031)

地鐵區間疏散平臺結構設計研究

虞偉家1，張麗平1，楊榮山2

(1.蘇州軌道交通有限公司，江蘇蘇州 215000;2.西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川成都 610031)

設計了一種地鐵隧道內乘客緊急疏散平臺，并根據這種結構建立了結構有限元分析模型，研究了H型鋼不同布置間距的情況下疏散平臺的受力情況，繼而對該種疏散平臺的各部件進行靜力檢算。最后研究結果表明：H型鋼布置間距在1.8 m以下時，各部件受力情況良好，滿足使用要求。同時，為運營接管后該設備的維修保養部門更有針對性地進行預防性檢修提供了依據。

地鐵 疏散平臺 結構設計 布置間距

隨著國民經濟的迅速發展，各大中城市的交通狀況逐漸擁擠。地鐵憑著它快捷、舒適等優點已經逐漸成為解決這些城市交通問題的有效途徑。幾乎所有城市的地鐵車站、地鐵列車內人員都非常密集。在乘坐地鐵列車遇到恐怖襲擊、輸電系統故障以及發生火災等事故時，如何能迅速、有序地從區間隧道內組織乘客盡快疏散，消除或減少因疏散通道不通暢造成的傷亡?設置暢通的疏散通道成了解決上述問題的關鍵，而在隧道區間正線設緊急疏散平臺便是一種比較有效的方法。

1 結構設計

本文設計的疏散平臺采用預制鋼筋混凝土平臺板與平臺鋼梁的組合結構形式，圖1為其結構組成。

主要結構特征為：

1)選用150×150的H型鋼作為疏散平臺的鋼梁，并根據《鋼結構設計規范》(GB 50017—2003)的規定設置3道橫向加勁肋，加勁肋厚10 mm;

圖1 疏散平臺結構

2)混凝土平臺板采用75 mm厚的現澆板，考慮到連續梁受力的不確定性，可能導致平臺板發生破壞，建議采用簡支板，配筋形式為單向配5φ12@200 mm;

3)根據規范要求，建議選用尺寸為300 mm×250 mm×14 mm的端頭鋼板，并由4個對稱布置的M20定型化學錨栓固定，螺桿選擇鍍鋅的性能等級為8.8級的鋼螺桿，如圖1所示。

2 結構檢算

2.1 檢算標準

2.1.1 螺栓檢算標準

本設計所用的螺栓為M20定型化學錨栓，螺桿選擇鍍鋅的性能等級為8.8級的鋼螺桿?？芍渎菟ú馁|公稱抗拉強度為800 MPa級，屈服強度比值為0.8，公稱屈服強度達800×0.8=640 MPa級。

2.1.2 端頭鋼板和H型鋼檢算標準

根據鋼結構設計手冊可知Q235B鋼材的強度設計值f=215 MPa，最大撓度與跨度的比值要控制在1/400以內。

2.1.3 混凝土檢算標準

應力檢算根據《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》(TB 10002.3—2005)規定的數值。

2.2 計算模型

2.2.1 計算參數

計算參數如表1所示。

2.2.2 計算模型

利用ANSYS軟件建立有限元模型，在計算模型中，H型鋼、端頭鋼板、螺栓、仰拱均采用Solid45實體單元模擬，采用連續分布參數軌道模型而不用簡化的等效集中參數軌道模型，以適合于復雜問題的定量分析，其中為節約計算時間和空間，仰拱只選取截面尺寸和端頭鋼板同樣大小，厚度為螺栓錨固厚度這一部分進行計算，部分模型如圖2～圖4所示。

表1 計算參數

2.2.3 邊界條件

1)黏結處理

由于H型鋼與端頭鋼板焊接在一起，所以H型鋼與端頭鋼板假定為黏結;螺栓是緊緊地鎖在端頭鋼板上，所以端頭鋼板與螺栓假定為黏結;螺栓是錨固在仰拱里，所以螺栓和仰拱假定為黏結(鋼板和仰拱并無黏結，只是通過螺栓相互聯系)，以保證實現計算目的。

2)接觸處理

由于端部鋼板和仰拱是接觸關系，所以端部鋼板和仰拱接觸采用接觸分析，其接觸采用剛體—柔體的接觸(由于端頭鋼板的剛度較大，于是選擇端頭鋼板為剛體部分，仰拱為柔體部分)。選擇端頭鋼板上與仰拱接觸的面為目標面，用單元Targe170進行模擬，并定義其摩擦系數為0.8;選擇仰拱上與端頭鋼板接觸的面為接觸面，用單元Conta173進行模擬。

3)約束

在仰拱的6個面中，除與端頭鋼板接觸的面以外的5個面假定為全約束。

2.2.4 荷載

根據《建筑結構荷載規范》，參照當人流可能密集時樓梯的均布活荷載標準值，取疏散平臺預制混凝土板均布活荷載為5 kN/m2;混凝土平臺板采用的是C30混凝土，重度取25 kN/m3。

2.3 H型鋼布置間距研究

H型鋼布置間距直接影響疏散平臺的受力情況，布置越密集結構越穩定，但是造價也越高，因此選擇一個合理的布置間距是非常必要的。本文選取不同H型鋼布置間距進行計算，以求一個最合理、經濟的H型鋼布置間距，計算時考慮到H型鋼與端頭鋼板焊接處為最薄弱處，所以將此處受力情況作為參考值。表2為不同的H型鋼布置間距時，H型鋼的最大應力值。

表2 不同的間距下H型鋼的最大應力值

由表2可知，當布置間距＞1.8 m時，其最大應力超過了其限值215 MPa，故本文建議H型鋼布置間距取1.8 m。

2.4 結構檢算結果

根據H型鋼布置間距計算，本設計的H型鋼布置間距取1.8 m，其人流荷載為60 kN/m2，混凝土平臺板自重荷載為22.5 kN/m2，經過計算，疏散平臺部分部件的受力情況如圖5～圖10所示。

將計算結果統計于表3中。

表3 疏散平臺結構受力匯總

根據計算結果可知：

1)應力都集中兩個地方，第一是在H型鋼和端頭鋼板焊接處，第二是螺栓處;

2)螺栓所受到的應力遠小于其屈服極限640 MPa，滿足使用要求;

3)端頭鋼板各項條件都滿足使用要求;

4)H型鋼的拉應力沒有超過其限值215 MPa，且其撓度滿足要求;

5)仰拱螺栓錨固處，出現應力集中，其拉應力遠超其限值，所以在螺栓周圍會出現混凝土拉裂的情況，這是局部現象，不影響結構的整體性能，但是會影響螺栓錨固抗拔力的耐久性。

3 結語

本文提供的地鐵疏散平臺，屬錨固在地鐵仰拱的鋼梁—混凝土板結構，受力明確，安裝簡便，且易于養護維修。不失為一種較好的地下鐵道疏散平臺。

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U231+.92

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2012.10-17

1003-1995(2012)10-0055-03

2012-03-20;

2012-06-18

虞偉家(1986— )，男，河南省光山縣人，助理工程師。

(責任審編 孟慶伶)