地铁区间人防门密封装置力学性能分析

□ 赵继平 □ 田江泽 □ 龙智卓 □ 卞 昊 □ 满晓轩

中国建筑标准设计研究院有限公司 北京 100048

1 研究背景

地铁是城市地下交通干线,根据《人民防空法》规定,地铁在战时还必须兼顾人民防空的需要,成为城市人员的紧急掩蔽场所。地铁需要做好安全防护工作,减少灾难发生时人民生命财产的损失。近年来,洪涝灾害高发,如何在洪水来临时采取有效措施,尽可能减少地铁区间隧道和车站内人员生命、财产损失,是今后地铁人防的发展方向。地铁区间人防门兼顾防淹功能,可以有效解决这一问题。笔者对地铁区间人防门密封装置的力学性能进行分析,为今后地铁区间人防设备兼顾防淹功能时的密闭性设计提供参考[1]。

2 地铁区间人防门密封装置结构

地铁区间人防门主要分为接触网式和接触轨式两大类,作为地铁隧道口部及防护单元之间的重要人防设备,战时具备人防功能,灾时兼顾防淹功能[2-5]。接触网式地铁区间人防门是目前国内的主流形式,接触网不便拆卸,战时和灾时要求快速响应,因此在不拆卸接触网的前提下,密闭性设计是重点,也是难点。中国建筑标准设计研究院有限公司的相关专家研发了一种向上顶升式密封装置,可以有效实现接触网密封,响应速度快。

地铁区间人防门密封装置结构如图1所示[6-7],包括主体结构、接触网密封装置、V形压板、汇流排橡胶、密封橡胶。接触网密封装置如图2所示,可以在主体结构中滑动,根据接触网的实际位置调整,接合处有密封橡胶。汇流排橡胶放置于接触网密封装置的中心,包裹接触网,起绝缘和密封的作用。V形压板如图3所示,从上向下挤压汇流排橡胶,实现顶部密封。

3 有限元分析

地铁区间人防门密封装置的主体结构为箱型结构,内部有肋板,强度可抵御6级冲击波荷载。接触网密封装置和V形压板位于接触网周边的槽口内,易受冲击波破坏。于是对接触网密封装置和V形压板进行建模,加载6级冲击波荷载,进行有限元分析[8-10]。

接触网密封装置和V形压板的材质为Q345钢,其屈服强度为345 MPa,抗拉和抗弯强度为310 MPa。在爆炸荷载的作用下,材质的动力强度综合调整因数为1.35,动力设计强度为418.5 MPa。

3.1 接触网密封装置

接触网密封装置有限元模型如图4所示,接触网密封装置应力云图如图5所示,其内剖面应力云图如图6所示。

由图5、图6可以看出,接触网密封装置的最大应力为214.3 MPa,小于Q345钢的动力设计强度,在6级冲击波载荷下不会受到破坏。

3.2 V形压板

V形压板应力云图如图7所示。由图7可以看出,V形压板的最大应力为56.2 MPa,小于Q345钢的动力设计强度,在6级冲击波载荷下不会受到破坏。

4 密封橡胶分析

4.1 接触状态

密封橡胶接触状态如图8所示。图8中,a区域表示密封橡胶与钢板紧密接触的部位,b区域表示密封橡胶与钢板发生接触并滑动的部位,c区域表示密封橡胶与钢板将要发生接触的部位。由图8可以看到,密封橡胶与钢结构紧密接触,密封效果良好。

4.2 变形

密封橡胶变形如图9所示。由图9可以看出,密封橡胶的最大变形量为10 mm,满足密封橡胶设计压缩量8～10 mm的要求。

5 结束语

地铁区间人防门密封装置由主体结构、接触网密封装置、V形压板、汇流排橡胶、密封橡胶组成,可以随接触网位置的变化而调整,操作便捷,战时或灾时响应快。对地铁区间人防门密封装置的力学性能进行分析,接触网密封装置在6级冲击波荷载作用下的最大应力为214.3 MPa,V形压板在6级冲击波荷载作用下的最大应力为56.2 MPa,均满足强度要求。密封橡胶与钢结构紧密接触,密封效果良好。密封橡胶的最大变形量为10 mm,满足设计压缩量的要求。