地铁站台屏蔽门系统结构测试方法

曲泽超 任艳江 王永刚

地铁站台屏蔽门系统结构测试方法

曲泽超1任艳江1王永刚2

（1.郑州市轨道交通有限公司，450000，郑州；2.中国船舶重工集团公司第七一三研究所，450015，郑州//第一作者，工程师）

综合分析国内外屏蔽门系统结构仿真分析方法的现状和发展水平，提出一种通过均布点荷载模拟等效面载荷的结构测试方法，并在工程样机上进行实例验证。仿真分析及实例验证表明，该测试方法满足行业标准的技术要求。关键词 地铁；站台屏蔽门；结构测试方法

地铁站台屏蔽门承受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、乘客拥挤对其产生的挤压力和冲击力，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、刚度和疲劳强度，以及合理的结构，以适应地铁运行环境条件的要求，确保列车安全可靠运行。本文在综合分析国内外屏蔽门系统结构仿真分析方法的基础上，开展地铁屏蔽门系统结构测试方法研究，提出了通过均布的点载荷模拟等效面载荷的结构测试方案，并在屏蔽门样机上进行了工程实例验证。

1 门体结构仿真分析

采用ANSYS有限元分析软件对站台屏蔽门系统的门体及玻璃进行结构静力分析计算。根据CJ/T 236—2006《城市轨道交通站台屏蔽门》的相关要求，屏蔽门系统应能承受以下载荷：

（1）在正负1 500 Pa风载荷作用下，其结构稳定，应无明显振荡和声响；

（2）1 000 N/m（距站台面1.1 m高处，垂直门面）人为挤压载荷。

在上述综合作用下，门体无塑性变形，弹性变形量不大于15 mm。

1.1 滑动门门体

1.1.1 载荷分析

在静力分析中，只考虑风压和人群载荷，不考虑冲击载荷作用。风压载荷为滑动门宽度×滑动门高度×标准风载荷=1.080 m×2.150 m×1 500 N/m2=3 483 N。人群载荷大小为1.080 m×1 000 N/m=1 080 N。

由于按滑动门整体计算网格数较大，解算相对困难，故在计算中取1/4模型（在站台侧看为左上部分）。在滑动门挂板处施加固定约束，模型端面处施加对称约束，并在对应位置施加人群载荷和风压。人群载荷按1 080 N/4=270 N施加，风压载荷按3 483 N/4=870 N施加。

1.1.2 有限元计算及结果

根据滑动门图纸进行建模，用ANSYS有限元软件进行计算。步骤如下：

（1）建立模型：选择三维实体单元SOLID92。

（2）材料常数：模型设置为结构→线性→弹性→各向同性。铝合金弹性模量为7×1010Pa，泊松比为0.3；钢化玻璃弹性模量为7.2×1010Pa，泊松比为0.20。

（3）划分网格：选择Volumes-Tet，四面体单元。网格由软件自动生成，图1为滑动门1/4模型网格图。

（4）输入各项载荷，并施加在如上所述的结点上。

（5）处理约束条件：按上述情况，在对应位置施加相应的约束条件。

（6）求解，得到位移、应力等结果。

（7）后处理：生成应力分布图（见图2、3）。

（8）将分析结果进行归纳，见表1。

图1 滑动门1/4模型网格图

图2 滑动门1/4模型合应变图

图3 滑动门1/4模型合应力图

表1 滑动门门体分析结果

由《机械设计手册》可知，铝合金6063，供货状态为T 6的抗拉强度为205 MPa。由《特种玻璃·结构·幕墙》可知，5～12 mm厚的钢化玻璃强度设计值为84 MPa。

从图2、3及表1可以看出，最大应变出现在门体玻璃中心，应变值为12.758 0 mm；最大应力值为54.1 MPa，应力最大值出现在门体玻璃与滑动门的粘接处，这是由于应力集中造成的。而固定门门体整体应力并不是很大（小于30 MPa）。所以，滑动门门体满足强度要求。

2 结构测试方案

将均匀布置的汽缸固定在可移动装配架上，装配架固定在地面或平台上，以保证不能产生移动且确保汽缸对应的测试点的位置正确。结构测试示意图如图4所示。其中，在距离站台装修面1.1 m处布置的一排汽缸A用来模拟人群荷载，其余汽缸B用来模拟列车风压。将汽缸A与汽缸B通过两路管路分别连接在空压机上，通过固定在不同管路上的调压阀来调节并提供压力给不同的受力点，以满足载荷的要求。

图4 结构测试示意图

汽缸按水平方向间距500 mm、垂直方向间距500 mm均匀分布，平均每只汽缸作用面积为0.25 m2。汽缸作用形式示意图如图5所示。其中FIX表示固定门，ASD表示滑动门，EED表示应急门。将测试所需压强值换算成压力值，再通过汽缸与样机的接触面积换算成气泵输出所要达到的气压。

图5 汽缸作用形式示意图

3 结构测试计算

测试时，载荷作用范围为1扇固定门、2扇滑动门和2扇应急门，气缸均匀分布，如图6所示。测试过程中每个气缸所需施加的载荷的计算过程如下：

样机总体承受风压载荷：

P1=样机总作用面积×风压载荷=7.016 m×3.00 m×1 500 N/m2=31 572 N

样机总体承受人群挤压载荷：

P2=样机总长度×人群挤压载荷=7.016 m×1 000 N/m=7 016 N

每个B气缸模拟的风压载荷：

P3=P1/B气缸数量=31 572 N/（5×14）=451 N每个A型气缸模拟的人群挤压载荷：

P4=P2/A气缸数量=7 016 N/14=501.14 N

由此可知，A型气缸模拟压力值为501.14 N，B型气缸模拟压力值为451 N。

图6 载荷作用范围及气缸布置示意图

4 结构测试工程实例验证

4.1 测试前准备

（1）测试架。将可移动装配架固定好，将汽缸按照布局位置安装在装配架上，并连接好气动管路。通过预加气压，确保汽缸、接口及各连接零部件的气密性完好。

（2）位移传感器。位移传感器安装在样机的位移传感器固定支架上，用来测量门扇竖框和玻璃中心距站台装修面1.1 m高处的位移。样机的结构测试共需设置6个位移传感器测试点，分别是：①应急门玻璃中心1.1 m高处；②应急门竖框1.1 m高处；③左滑动门玻璃中心1.1 m高处；④左滑动门右竖框1.1 m高处；⑤固定门玻璃中心1.1 m高处；⑥固定门竖框1.1 m高处。

（3）力传感器。将力传感器紧贴门体放置在与气缸相对应的位置，并用支架固定。力传感器布置如图7所示。

图7 力传感器布置图

将所有传感器与传感器显示盘上的对应电子显示表相连接，确认电路系统连接正确和所有仪表工作正常。

4.2 测试步骤

4.2.1 站台侧风压载荷与人群载荷联合测试

小气缸回路（B回路70个）加载1 500 N/m2载荷，同时大气缸回路（A回路14个）加载1 000 N/m载荷，直到B回路气缸和门体间的力传感器的压力达到规定值（力传感器的读数为398.4 N），A回路气缸和门体间的力传感器的压力达到规定值（力传感器的读数为501.14 N），关闭空气压缩机1和2的阀门，测量每个位移传感器处的门体变形量；打开A、B回路的排气装置，释放空气和载荷，测量每个位移传感器处门体变形量。填写表2。

表2 位移记录表

4.2.2 测试结果

结构测试最终结果以数据表格和现场测试实景图片相结合的形式体现。测试过程实景图如图8所示。

5 结论

图8 结构测试过程实景图

经过在屏蔽门样机进行实例验证，屏蔽门试验单元无结构破坏和塑性变形，主要受力杆件的弹性变形量和门体最接近列车动态包络线部位的最大位移不超过设计值（15 mm），最大残余变形量小于等于 1 mm。对比滑动门门体仿真结果数据，两者相差不大，均满足相关行业技术要求。

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Testing Method for the System Structure of Metro Platform Screen Door

QU Zechao，REN Yanjiang，WANG Yonggang

The status and development level of the simulation analysis method for metro screen door system in the world are comprehensive analyzed.A new method is proposed to test the structure of the equivalent plane load through uniform point load simulation，and has been verified by the engineering prototype.The simulation and test results show that this testing method could meet the technical requirements of industry standards.

metro； platform screen door；structural test

U291.6+5：U231.4

10.16037/j.1007-869x.2017.10.028

First-author′s address Zhengzhou Rail Transit Co.，Ltd.，450015，Zhengzhou，China

2016-01-28）