地鐵區(qū)間人防門(mén)密封裝置力學(xué)性能分析

□ 趙繼平 □ 田江澤 □ 龍智卓 □ 卞 昊 □ 滿曉軒

中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100048

1 研究背景

地鐵是城市地下交通干線,根據(jù)《人民防空法》規(guī)定,地鐵在戰(zhàn)時(shí)還必須兼顧人民防空的需要,成為城市人員的緊急掩蔽場(chǎng)所。地鐵需要做好安全防護(hù)工作,減少災(zāi)難發(fā)生時(shí)人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。近年來(lái),洪澇災(zāi)害高發(fā),如何在洪水來(lái)臨時(shí)采取有效措施,盡可能減少地鐵區(qū)間隧道和車(chē)站內(nèi)人員生命、財(cái)產(chǎn)損失,是今后地鐵人防的發(fā)展方向。地鐵區(qū)間人防門(mén)兼顧防淹功能,可以有效解決這一問(wèn)題。筆者對(duì)地鐵區(qū)間人防門(mén)密封裝置的力學(xué)性能進(jìn)行分析,為今后地鐵區(qū)間人防設(shè)備兼顧防淹功能時(shí)的密閉性設(shè)計(jì)提供參考[1]。

2 地鐵區(qū)間人防門(mén)密封裝置結(jié)構(gòu)

地鐵區(qū)間人防門(mén)主要分為接觸網(wǎng)式和接觸軌式兩大類(lèi),作為地鐵隧道口部及防護(hù)單元之間的重要人防設(shè)備,戰(zhàn)時(shí)具備人防功能,災(zāi)時(shí)兼顧防淹功能[2-5]。接觸網(wǎng)式地鐵區(qū)間人防門(mén)是目前國(guó)內(nèi)的主流形式,接觸網(wǎng)不便拆卸,戰(zhàn)時(shí)和災(zāi)時(shí)要求快速響應(yīng),因此在不拆卸接觸網(wǎng)的前提下,密閉性設(shè)計(jì)是重點(diǎn),也是難點(diǎn)。中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司的相關(guān)專(zhuān)家研發(fā)了一種向上頂升式密封裝置,可以有效實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)密封,響應(yīng)速度快。

地鐵區(qū)間人防門(mén)密封裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示[6-7],包括主體結(jié)構(gòu)、接觸網(wǎng)密封裝置、V形壓板、匯流排橡膠、密封橡膠。接觸網(wǎng)密封裝置如圖2所示,可以在主體結(jié)構(gòu)中滑動(dòng),根據(jù)接觸網(wǎng)的實(shí)際位置調(diào)整,接合處有密封橡膠。匯流排橡膠放置于接觸網(wǎng)密封裝置的中心,包裹接觸網(wǎng),起絕緣和密封的作用。V形壓板如圖3所示,從上向下擠壓匯流排橡膠,實(shí)現(xiàn)頂部密封。

3 有限元分析

地鐵區(qū)間人防門(mén)密封裝置的主體結(jié)構(gòu)為箱型結(jié)構(gòu),內(nèi)部有肋板,強(qiáng)度可抵御6級(jí)沖擊波荷載。接觸網(wǎng)密封裝置和V形壓板位于接觸網(wǎng)周邊的槽口內(nèi),易受沖擊波破壞。于是對(duì)接觸網(wǎng)密封裝置和V形壓板進(jìn)行建模,加載6級(jí)沖擊波荷載,進(jìn)行有限元分析[8-10]。

接觸網(wǎng)密封裝置和V形壓板的材質(zhì)為Q345鋼,其屈服強(qiáng)度為345 MPa,抗拉和抗彎強(qiáng)度為310 MPa。在爆炸荷載的作用下,材質(zhì)的動(dòng)力強(qiáng)度綜合調(diào)整因數(shù)為1.35,動(dòng)力設(shè)計(jì)強(qiáng)度為418.5 MPa。

3.1 接觸網(wǎng)密封裝置

接觸網(wǎng)密封裝置有限元模型如圖4所示,接觸網(wǎng)密封裝置應(yīng)力云圖如圖5所示,其內(nèi)剖面應(yīng)力云圖如圖6所示。

由圖5、圖6可以看出,接觸網(wǎng)密封裝置的最大應(yīng)力為214.3 MPa,小于Q345鋼的動(dòng)力設(shè)計(jì)強(qiáng)度,在6級(jí)沖擊波載荷下不會(huì)受到破壞。

3.2 V形壓板

V形壓板應(yīng)力云圖如圖7所示。由圖7可以看出,V形壓板的最大應(yīng)力為56.2 MPa,小于Q345鋼的動(dòng)力設(shè)計(jì)強(qiáng)度,在6級(jí)沖擊波載荷下不會(huì)受到破壞。

4 密封橡膠分析

4.1 接觸狀態(tài)

密封橡膠接觸狀態(tài)如圖8所示。圖8中,a區(qū)域表示密封橡膠與鋼板緊密接觸的部位,b區(qū)域表示密封橡膠與鋼板發(fā)生接觸并滑動(dòng)的部位,c區(qū)域表示密封橡膠與鋼板將要發(fā)生接觸的部位。由圖8可以看到,密封橡膠與鋼結(jié)構(gòu)緊密接觸,密封效果良好。

4.2 變形

密封橡膠變形如圖9所示。由圖9可以看出,密封橡膠的最大變形量為10 mm,滿足密封橡膠設(shè)計(jì)壓縮量8～10 mm的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

地鐵區(qū)間人防門(mén)密封裝置由主體結(jié)構(gòu)、接觸網(wǎng)密封裝置、V形壓板、匯流排橡膠、密封橡膠組成,可以隨接觸網(wǎng)位置的變化而調(diào)整,操作便捷,戰(zhàn)時(shí)或?yàn)?zāi)時(shí)響應(yīng)快。對(duì)地鐵區(qū)間人防門(mén)密封裝置的力學(xué)性能進(jìn)行分析,接觸網(wǎng)密封裝置在6級(jí)沖擊波荷載作用下的最大應(yīng)力為214.3 MPa,V形壓板在6級(jí)沖擊波荷載作用下的最大應(yīng)力為56.2 MPa,均滿足強(qiáng)度要求。密封橡膠與鋼結(jié)構(gòu)緊密接觸,密封效果良好。密封橡膠的最大變形量為10 mm,滿足設(shè)計(jì)壓縮量的要求。