对城市轨道交通站台屏蔽门结构测试的修改建议

夏美霞 邓协和 孙 斌 陈春元 谢 珺

(上海市质量监督检验技术研究院,200072,上海∥第一作者,高级工程师)

城市轨道交通站台屏蔽门在站台与轨道的交界处形成了100多m长、1 m多或3 m多高的屏障。它承受地铁列车行驶时对其产生的疲劳应力、隧道通风系统和车站通风系统产生的风压,承受乘客拥挤对其产生的挤压力、冲击力,以及地面、土建结构的振动等对其造成的载荷综合作用。因此,屏蔽门应有足够的强度、刚度及疲劳强度,应有合理的结构,以适应地铁运行环境条件的要求,确保地铁列车安全可靠地运行。

屏蔽门的整体结构要求在中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T 236—2006《城市轨道交通站台屏蔽门》(以下简为《标准》)中作了规定。屏蔽门的结构测试主要用于测试样机是否满足设计强度、刚度的要求。其测试方法参见《标准》的附录B.1。但是,《标准》中有关屏蔽门结构的技术要求及其测试方法的条文在编写上不尽完善,有修改补充的空间。

本文就屏蔽门的结构要求及其测试方法等进行了分析,指出了《标准》现有条文的不足之处,同时也提出了相应的修改建议。

1 《标准》的有关规定

1.1 技术要求

《标准》的5.1.7节对屏蔽门整体结构规定了以下技术要求。

在工程设计给定的荷载或组合荷载作用下,门机、门扇等运动构件不应发生功能障碍,强度、刚度、疲劳强度应满足设计要求,门体轨道侧的最大绝对变形量应满足下列要求:

1)门体高度小于等于4 000 mm,最接近列车动态包络线的构件的最大变形量不大于15 mm;

2)门体高度大于4 000 mm,最接近列车动态包络线的构件的最大变形量不大于20 mm;

3)半高屏蔽门顶部最接近列车的构件的最大变形量不大于15 mm;

4)半高屏蔽门活动门扇的最大变形量不大于50 mm;

5)所有门体构件均不发生永久塑性变形,残余变形量不大于1 mm。

与屏蔽门结构有关的还有《标准》的5.1、5.2等节中的诸多条款,因与本文的内容关系不大,故不一一摘录。

1.2 试验方法

试验方法详见《标准》的附录B之B.1。其中规定,风载荷的施加在风室里进行。其试验装置及试验示意图如图1所示。试验步骤为:先按《标准》的规定对被试样机施加负风压和乘客挤压力,进行联合荷载试验,测定规定部位的变形量(位移量)和残余变形,并观测屏蔽门有无结构破坏或有无出现功能障碍;然后施加正风压并进行测量。

图1 负风压荷载试验和乘客挤压试验联合试验示意图

2 《标准》的几点瑕疵

笔者认为:《标准》的现有条文在屏蔽门整体结构和结构测试方法的表述上存在一定的瑕疵,有商榷的必要。以下对此择要做一些剖析。

1)图、文混淆,造成了某些混乱。《标准》在表述正压力(其作用方向为由轨道侧指向站台侧)、负压力(吸力,作用力方向与正压力相反)时,图、文混淆,造成了测试方法表述上的混乱。例如,《标准》的图B.1是“负风压荷载试验和乘客挤压荷载联合试验示意图”,但B.1.4 c)却以正压力进行表述——“从零开始分级对门体加正压,……”。可见图、文相悖。文中的“正压”应改为“负压”。

2)在 B.1.4的末尾,《标准》写道:“按上述步骤对门体施加负压并测量变形”。此处的“负压”应改为“正压”。但施加值是多少?怎样施加?测量点在哪里?《标准》中并没有陈述清楚。在列车的实际运行中,对屏蔽门产生的正压力、负压力两者并不对称。《标准》规定“按上述步骤对门体施加正压并测量变形”。如果正压的施加值、施加方法、测量点位置等完全和负压一致,是否符合实际运行情况?

3)施加乘客挤压力与负压力(或正压力)组成的复合荷载,进行荷载联合试验,是否必要?B.1.4 d)的规定,显然是要求对屏蔽门施加复合荷载,进行荷载联合试验,这与实际情况并不很相吻合。乘客挤压力、负压力的复合荷载或乘客挤压力、正压力的复合荷载在列车运行时并不会出现。负压力发生在列车驶离站台时,此时不可能再出现乘客挤压屏蔽门的现象;而列车进站,停车后先打开车门,稍后接着开启滑动门,在乘客发生挤压前,正压力已基本消失。显然,上述两种复合荷载的情况都不会出现。如果放站,列车快速通过站台,此时固然会对屏蔽门形成很大的负压力,但乘客绝对不会去挤压屏蔽门。鉴于此,进行屏蔽门结构测试时,对屏蔽门施加复合荷载,进行荷载联合试验也就显得没有必要了。还需要指出的是:正压力、乘客挤压力两者的作用方向是相反的,因此它们对屏蔽门的作用效果是相互抵消的,组成这类复合荷载施加于屏蔽门,对屏蔽门的强度、刚度考核来说并不是最严酷的。此时,乘客挤压力显然不必要施加。《标准》对此应有所强调。

4)风荷载呈正压是否会使轨道侧“门体最接近列车动态包络线部位”产生危及“与列车动态包络线之间的安全距离”的位移或变形?风荷载呈正压时,压力是由轨道侧指向站台侧的,此时,“门体最接近列车动态包络线部位”产生的位移或变形是否会对“与列车动态包络线之间的安全距离”有不利的影响?似乎不会。因此,在风荷载呈正压时,门体轨道侧有关“最接近列车动态包络线部位的最大位移值”没有必要测定。

5)技术要求、试验方法相互之间在某些内容上还缺乏呼应和协调。《标准》中的“5要求”与“附录B(资料性附录)试验方法”的条文表述有多处在内容上缺乏协调,例如:

·技术要求规定“屏蔽门的承受人群挤压荷载不应低于1 000 N/m”,而B.1.4 d)要求“对门体施加乘客挤压力,从0升至设计荷载”。这两者之间缺乏应有的呼应。如果设计荷载低于技术要求规定的1 000 N/m,应如何处理?笔者认为:如果设计荷载低于1 000 N/m,则按1 000 N/m施加;如果高于1 000 N/m,则应按设计荷载施加。此外,乘客挤压力的施加部位(离地高度)尚不明确,而这恰恰是应该明确的。因为乘客挤压力的施加部位不同,其对屏蔽门的作用效果往往是不同的。又如,《标准》规定“结构测试的样机至少包括两扇对开的滑动门、一扇固定门……”这意味着对固定门也要施加乘客挤压力,这似乎也可商榷。在地铁列车实际运行中,乘客对固定门可能会有所触摸甚至是擦碰,但似乎并不会对其构成挤压力。

·技术要求规定“屏蔽门整体结构在工程设计给定的荷载或荷载组合作用下,门机、门扇等运动构件不应发生功能障碍”(见《标准》的5.1.7节),而试验方法的“合格评定依据”中却缺乏“不应发生功能障碍”等评定内容。“不应发生功能障碍”应该列为评定屏蔽门结构合格与否的基本条件之一。

·5.1.7e)、B.1.5既要求“不发生永久塑性变形”、“无塑性变形”,又规定“残余变形量不大于1 mm”、“最大残余变形量小于等于1 mm”。这些条文的技术要求相互之间显然存在着不协调——既允许有不大于1 mm的残余变形量,那就不应同时要求“不发生永久塑性变形”,“无塑性变形”。

·技术要求规定的对象是“门机、门扇等运动构件”,而试验方法则反复强调“门体主要受力杆件”。“运动构件”主要是滑动门(是否还包括顶箱内的传动构件),而“受力构件”则不仅仅是滑动门,还应有固定门、顶箱、支承结构、门槛等;“构件”、“杆件”两者的概念也不相同,滑动门、固定门等显然都不宜称为“杆件”。

·《标准》对半高屏蔽门的结构提出了要求,但试验方法中却缺乏相应的描述。半高屏蔽门的试验方法与全高屏蔽门还是有所不同的。

·《标准》的正文理应科学、规范;“资料性附录”虽然给出标准正文的附加信息,以帮助理解和使用标准,不是应遵守的条款,但也应力求准确。《标准》在“一般要求”、“结构测试”的内容上存有不足,有予以修改的必要。

6)术语不够统一,表述上欠严谨。笔者注意到,《标准》在描述屏蔽门的结构及其测试时,术语不够统一,也显得欠简明、欠严谨。在不多的条款中,《标准》中至少使用了以下十几个术语——变形,永久变形,塑性变形,永久塑性变形,变形量,弹性变形量,最大变形量,残余变形量,最大残余变形量,最大绝对变形量,最大位移值等等。这么多用语搅在一起,并无必要,也对正确理解和执行《标准》带来不利,有必要再作适当的梳理。

7)未明确对测得值如何进行记录和处理。《标准》的B.1.4 f)规定:“重复上述步骤 3次”。但对3次的测得值如何记录和处理,却没有作出相应的规定。是以3次测得值的“最大值”,还是以3次测得值的“算术平均值”作为最终的测试结果,往往会影响到该质量特性的基本结论。作为标准,这是必须给以明确的。

3 风荷载应如何折算为线性荷载

《标准》的B.1.2规定:“风荷载的施加可以在风室里进行,也可以将风荷载折算为线性荷载后加载”。但风荷载应如何折算为线性荷载,《标准》并没有给予相应的说明、指导或规定。对此,笔者有以下的初步思考。

风荷载是均匀分布的面荷载,而线性荷载则为均布的线荷载,两种为不同属性的荷载。因此,当它们各自作用于屏蔽门时,对屏蔽门产生的作用效果是不完全相同的。故如何折算才显得比较合理,作为标准是应该作出明确规定的。但现有的《标准》条款对此未有相应的表述。为利于《标准》的贯彻执行,应对此有一些最必要的补充。

笔者认为,折算时应遵循作用效果基本等效的原则。它可由以下两项原则组成:

1)产生的最大应力相同的原则(从强度等效的角度考虑);

2)产生的最大变形量相同的原则(从刚度等效的角度考虑)。

一般来说,按这两项原则折算后的线性荷载是不相等的,因此,如何确定线性折算荷载也是值得仔细考虑的。

由于线性荷载难以作用于屏蔽门的支承结构、门槛、立柱、横梁等部位,因此线性荷载似乎只拟对门体施加。由此,也会带来一系列相关的问题:例如,许多部位在线性荷载作用下产生的变形量会比实际风荷载作用下产生的变形量小些;又如,线性荷载的施加方向(水平方向、竖直方向、对角线方向等),是否也会影响到荷载的最终作用效果;等等。对折算中可能出现的技术问题似乎还有待于作精细的思考分析和计算。

4 对《标准》的修改建议

对《标准》中涉及屏蔽门结构及其测试的内容,笔者提出以下修改建议。

4.1 术语应统一

对于涉及的术语,建议能作进一步的梳理。例如,相同的含义不必要使用多个术语——“永久变形”、“塑性变形”、“永久塑性变形”、“残余变形”,不妨统一为“塑性变形”;“变形量”,“弹性变形量”,“最大变形量”,“最大绝对变形量”,“最大位移值”等可以简化为“变形量”;“最大变形量不大于15 mm”可以表述为“变形量不大于15 mm”等。力争以最简明的术语作出最恰当的表述。

4.2 重点应突出

对于屏蔽门结构及其测试来讲,应抓住主要要求,有重点地进行考核。重点要求是否可主要反映在以下几个方面。

1)屏蔽门在实际运行时所受的荷载主要是正压风荷载、负压风荷载、乘客挤压力,均为单一荷载,而正压风荷载或负压风荷载与乘客挤压力构成的复合荷载则可以删去。

2)考核的重点是屏蔽门的功能、强度、刚度,即要求屏蔽门在规定的荷载作用下做到:①安全玻璃应不碎裂;②屏蔽门应无损坏;③应不发生妨碍其正常工作的功能障碍;④其塑性变形、变形量(或位移量)应不超过规定的限值(《标准》中应规定具体的限值)。

3)主要考核的屏蔽门运动构件、受力构件(《标准》中用“受力杆件”似乎不很恰当)是门体(或门扇)。在屏蔽门结构中,诸多运动构件、受力构件中相对薄弱的构件无疑是门体。它是板状构件,受力面大,直接受正、负压风荷载及乘客挤压力的作用。一般而言,在上述荷载的作用下,相对于门框、顶箱、立柱、横梁、门槛、屏蔽门基础部位等,门体要经受强度、刚度上的强势考核。因此,对屏蔽门结构的技术要求及其试验测定是否可以考虑集中围绕门体来进行;屏蔽门的其他结构部位、受力构件则可将“无结构损坏或破坏”、“不发生功能障碍”等作为综合性的定性考核要求即可。

4.3 条文内容应适度简化,条文之间应加强协调

鉴于上述理由,建议《标准》的现有条文,特别是测试方法部分,应作适度的简化,突出重点,合理考核。枝节的要求或者并无必要实施的测量内容可以考虑删去。

作为技术标准条文内容的屏蔽门结构技术要求及其试验方法,与屏蔽门的结构设计是有一定区别的。进行屏蔽门结构设计时,设计人员应充分考虑各种可能的使用工况对屏蔽门强度、刚度、性能、使用寿命的影响,应按设计规范正确地计算并留有合理的安全裕度,以避免设计考虑不周带来的设计缺陷;而对制造、安装、调试的屏蔽门提出质量要求并进行试验考核时则宜抓住要点,勿过于繁琐。

屏蔽门结构的有关条文可以参考幕墙玻璃的技术标准,但在借鉴时务必结合屏蔽门的具体情况和具体特点,对幕墙玻璃的有关技术条文有所筛选。

内容相关的条文之间应要求一致,互相协调匹配,不发生抵触和冲撞。

4.4 对折算的方法应作一些必要的补充

既然允许“将风荷载折算为线性荷载后加载”,那么希望能进一步提供具体的而在操作上又是可行的、可复现的折算方法,以有利于当需要时或缺乏条件建立风室时,可以采用正确地加载线性荷载的方法来实施屏蔽门的结构测试。

[1]洪生伟.标准文件编写指南[M].北京:中国标准出版社,2004.

[2]徐灏,邱宣怀,蔡春源,等.机械设计手册[M].北京:中国机械工业出版社,1992.