列车无障碍夹层坡板的研究

覃璐　李涛

摘 要：通常列车车厢地面与站台地面间存在高差，令行动不便人士上下车困难。为克服困难，提出一种用于列车的无障碍夹层坡板，主要由板体、顶部搭接楔和底部搭接楔组成，重量轻，安全性高，与车厢和站台搭接牢固、顺畅，便于携带。

关键词：无障碍装置；夹层坡板；复合材料力学；列车；站台；万能试验机

中图分类号：U270.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0070-04

人们上下地铁或高铁列车时，常看到列车车厢地面与站台地面间存在5厘米至10厘米的高差，令老人、残疾人等行动不便人士上下车困难，见图1和图2。这是列车和站台设计时刻意而为之的。一些列车下方安装有弹簧，用于减小振动感。当列车下方为空气弹簧时，空气弹簧能感应车厢的载重量。载重量增加时空气弹簧自动充气，载重量减小时空气弹簧自动排气，使车厢地板和轨道的高差始终保持在110厘米。而站台地面高度为100厘米至105厘米，造成列车车厢地面与站台地面间5厘米至10厘米的高差[1]。在极端情况下，靠站台的空气弹簧破裂，或两侧的空气弹簧同时破裂，整个列车会向站台倾斜或整体下沉。列车车厢地面与站台地面间5厘米至10厘米高差的好处是，防止极端情况下车门下端抵住站台而无法打开。此外，车轮会随着运营時间逐渐磨损，这使车轮直径逐渐减小。列车车厢地面与站台地面间5厘米至10厘米的高差也为车轮的磨损留出一定空间。

对于列车车厢地面与站台地面间5厘米至10厘米高差的问题，目前有一些相近的解决方案。魏蓂（2004）针对目前客站内客车车辆与高站台间存在的空隙对旅客安全乘降造成影响的现状，提出了采用土建和设备两种不同的解决方案[2]。该两种方案仅适用于列车和站台间存在水平空隙的问题，对于高差的问题不完全适用。钱钰钧（2015）设计一种无障碍坡板，该坡板由第一踏板总成、第二踏板总成和纵向连接总成组成，但未说明斜板与台阶顶部和台阶前方的搭接情况[3]。胡笑兰（2016）等设计一种用于站台与公交车间缝隙的链接，主要由波纹板和临空边缘侧板组成无障碍斜板，但未做详细说明[4]。江喜来（2016）等设计一种无障碍斜板结构，该斜板由平板、支撑板、挡边和中空肋柱等组成，但未说明斜板与台阶顶部和台阶前方的搭接情况[5]。季晓闽（2016）等设计一种分体式无障碍斜板结构，该斜板包括两对称的平板在中部通过一粘片连接，平板为碳纤板或玻纤板，平板的外侧分别设有挡板，但未说明斜板与台阶顶部和台阶前方的搭接情况[6]。杨瀛（2016）设计一种组合式无障碍坡道，该坡道包括自上而下宽度依次递增的若干坡道层，所有坡道层的一端均对齐，在每个坡道层的另一端均连接有斜板，每个坡道层的宽度均比其顶部的坡道层宽一个斜板的宽度，该坡道适用于具有固定高度的台阶，但对于列车车厢地面与站台地面间的高差变化的情况，该坡道不便于调整坡度[7]。

本研究要解决的问题是，提供一种用于列车的无障碍夹层坡板，不仅解决列车车厢地面与站台地面间高差造成行动不便人士上下车困难的问题，且坡板重量轻，安全性高，与列车车厢和站台搭接牢固、顺畅，在不使用时便于携带。本研究立足于复合材料力学[8]，尤其是谢馨媛（2013）[9]、李涛（2013，2013，2014，2014）等[10][11][12][13]、杨阳（2016）[14]、韦斌凝（2017）[15]等对夹层板受力的研究工作，提出了一种列车无障碍夹层坡板。

1 技术方案

见图3，一种用于列车的无障碍夹层坡板，包括板体、顶部搭接楔和底部搭接楔。顶部搭接楔搭接在列车车厢地面上；底部搭接楔搭接在站台地面上。

坡板倾斜的正方向与反方向定义为受力方向，与受力方向垂直且为水平的方向定义为非受力方向，见图3。

见图4，板体为矩形板。板体在非受力方向总的宽度不小于1米，且不大于列车车门和站台屏蔽门的有效宽度。板体的坡度不大于1：8。为了防止拐杖头和轮椅前面的小轮滑出，板体的非受力方向的临空边缘设置遮挡板，遮挡板高出板体上表面不小于50mm，两侧遮挡板间的净距不小于1米。见图5和图6，板体为夹层板，包括上、下两层面板和中间层芯板。上、下两层面板的厚度都小于芯板的厚度。上、下两层面板的强度、刚度和密度都不小于芯板的强度、刚度和密度。面板和芯板可靠粘结，粘结强度不小于芯板的强度。为了保护板体的边缘，板体边缘有槽型块包裹。槽型块的强度不小于面板的强度。槽型块与板体可靠粘结，粘结强度不小于槽型块或面板的强度。板体的非受力方向的临空边缘的槽型块与遮挡板成为一体。坡板满足现行无障碍设计规范[16]。

当上、下面板为相同材料时，芯板的弯矩允许值按式（1）计算，上、下面板的弯矩允许值按式（2）计算[10]：

当Mmax≤Mu1且Mmax≤Mu2且Qmax≤Qu1时，板体满足承载力验算。

见图7，顶部搭接楔为三棱柱体。为了通行顺畅，其高度与板体的厚度相等。其宽度与板体的宽度相等。其位置与板体对齐。其上表面的坡度不大于1：8。在使用时，其下表面与列车车厢地面平行。其下表面与其侧表面垂直。其下表面与其背表面垂直。其下表面与列车车厢地面间的摩擦系数不小于1：8。顶部搭接楔满足现行无障碍设计规范[16]。

见图8，底部搭接楔为三棱柱体。为了通行顺畅，其高度与板体的厚度相等。其宽度与板体的宽度相等。其位置与板体对齐。

其上表面的坡度不大于1：8。在使用时，其下表面与站台地面平行。其下表面与其侧表面垂直。其下表面与其背表面垂直。其下表面与站台地面间的摩擦系数不小于1：8。底部搭接楔满足现行无障碍设计规范[16]。

见图9和图10，板体与顶部搭接楔间有合页连接。合页上有螺钉孔。合页的一个页用螺钉固定于板体的受力方向的上边缘，另一个页用螺钉固定于顶部搭接楔下表面。当坡板不使用时，通过改变合页两个页的夹角，即改变板体与顶部搭接楔间的夹角，将坡板折叠起来，起到便携的作用，见图11。

见图9和图12，板体与底部搭接楔间有合页连接。合页上有螺钉孔。合页的一个页用螺钉固定于板体的受力方向的下边缘，另一页用螺钉固定于底部搭接楔上表面。当坡板不使用时，个通过改变合页两个页的夹角，即改变板体与底部搭接楔间的夹角，将坡板折叠起来，起到便携的作用，见图11。

见图9和图13，板体侧表面与顶部搭接楔侧表面间有角度固定装置，用于固定板体与顶部搭接楔间的角度。见图9和图14，板体侧表面与底部搭接楔侧表面间有角度固定装置，用于固定板体与底部搭接楔间的角度。角度固定装置有两个臂，两个臂上有螺钉孔，一个臂用螺钉固定于板体侧表面，另一个臂用螺钉固定于顶部搭接楔侧表面或底部搭接楔侧表面。

见图9、图15和图16，在角度固定装置的两个臂的连接处，其中一个臂上固定有螺栓，另一个臂上有臂孔洞，臂孔洞的直径大于螺栓的直径，螺栓穿过臂孔洞。螺栓穿过臂孔洞后，再穿过一个垫片，该垫片有一垫片孔洞，垫片孔洞的直径大于螺栓的直径，螺栓穿过垫片孔洞。螺栓穿过垫片孔洞后，有一个螺母，该螺母与螺栓配套，螺母用于拧紧螺栓。垫片孔洞的直径不大于螺母的外尺寸。螺母在环向外表面有助拧齿，助拧齿便于用手拧紧螺母。角度固定装置的两个臂的相互接触面有锯齿，当螺母与螺栓拧紧时，两个臂的锯齿相互咬合，导致两个臂间的角度固定，进而固定板体与顶部搭接楔或底部搭接楔间的角度；当螺母与螺栓拧松时，两个臂的锯齿相互脱开，导致两个臂间的角度可变，进而板体与顶部搭接楔或底部搭接楔间的角度可变。角度固定装置的转轴与合页的转轴相同。

2 试验验证

试验对象为一种用于列车的无障碍夹层坡板。共10个样本。平均重量为2.8千克。

板体在非受力方向总宽度为1.05米，在受力方向的总长度为0.9米，坡度为1：9。板体的上、下两层面板的厚度皆为1.4毫米，芯板的厚度为6毫米。上、下两层面板的材料为聚丙烯树脂，屈服强度为25MPa，弹性模量为2000MPa，密度为0.92克每立方厘米；芯板的材料为发泡聚苯乙烯，抗压强度为13MPa，抗拉强度为25MPa，抗剪强度为11MPa，弹性模量为424MPa，密度为0.024克每立方厘米。面板和芯板间采用黏胶可靠粘结。

顶部搭接楔的材料为聚丙烯树脂。高度为7毫米。宽度为1.2米。长度为100毫米。上表面的坡度为0.07。下表面与潮湿的列车车厢地面间的摩擦系数为0.2。

底部搭接楔的材料为聚丙烯树脂。高度为7毫米。宽度为1.2米。长度为100毫米。上表面的坡度为0.07。下表面与潮湿的站台地面间的摩擦系数为0.2。

将顶部搭接楔搭接在高度为10厘米的台阶顶部，底部搭接楔搭接在台阶前方。采用电子式万能试验机[17]对坡板跨中施加集中荷载，以荷载-位移曲线突然下降为破坏判别标准，单调加载直到破坏。10个样本的极限承载力见表1。

按式（1）至式（5）计算，得到坡板的计算极限承载力为1.1297kN。10个样本的试验极限承载力的均值为1.1532kN，高于计算极限承载力2.08%。

3 结语

本研究提供了一种用于列车的无障碍夹层坡板，解决了列车车厢地面与站台地面间高差造成行动不便人士上下车困难的问题。坡板重量轻，平均重量为2.8千克。安全性高，满足现行无障碍设计规范，且试验极限承载力的均值高于计算极限承载力2.08%。顶部和底部搭接楔与列车车厢和站台间的摩擦系数0.2，合页受力合理，角度固定装置可靠固定顶部和底部搭接楔的角度，因此坡板搭接牢固。在不使用时可折叠起来，便于携带。

参考文献

[1]GB/T 12817-2004，铁道客车通用技术条件[S].

[2]魏蓂.铁路旅客列车与高站台间空隙的解决方案[J].铁道勘测与设计，2004，（6）：29-30.

[3]钱钰钧.无障碍坡板：中国，201521074431.9[P].2016-05-18.

[4]厦门新凯复材科技有限公司.无障碍斜板：中国，20163043 8382.6[P].2017-02-15.

[5]厦门新凯复材科技有限公司.一种无障碍斜板结构：中国，201620975354.2[P].2017-05-10.

[6]厦门新凯复材科技有限公司.一种分体式无障碍斜板结构：中国，201620972429.1[P]. 2017-04-19.

[7]杨瀛.一种组合式无障碍坡道：中国，201620096914.7[P].2016-09-28.

[8]刘锡礼，王秉权同.复合材料力学基础[M].中国建筑工业出版社，1984.

[9]谢馨媛.轻木夹层板弯曲性能分析[D].广西大学，2013.

[10]李涛，韦斌凝.一种木材夹层板的抗弯承载能力[J].科技资讯，2013，（32）：59-62.

[11]李涛，刘韡堃，韦斌凝.以各向同性材料为面板的木材夹层板在横力弯曲时的内力[J].中國科技纵横，2013，（24）：116-120.

[12]李涛.以各向同性材料为面板的木材夹层板在均布荷载作用下的应力[J].中国科技纵横，2014，（8）：118-120.

[13]李涛.轻木夹层板的可靠度研究及实验[D].广西大学，2014.

[14]杨阳.轻木夹层板力学性能分析[D].广西大学，2016.

[15]韦斌凝，徐华明，李涛.轻木夹层板可靠度分析的有限元模拟与试验[J].广西大学学报（自然科学版），2017，42（1）：142-147.

[16]GB50763-2012，无障碍设计规范[S].

[17]GB/T16491-1996，电子式万能试验机[S].