對城市軌道交通站臺屏蔽門結(jié)構(gòu)測試的修改建議

夏美霞 鄧協(xié)和 孫 斌 陳春元 謝 珺

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院,200072,上海∥第一作者,高級工程師)

城市軌道交通站臺屏蔽門在站臺與軌道的交界處形成了100多m長、1 m多或3 m多高的屏障。它承受地鐵列車行駛時對其產(chǎn)生的疲勞應力、隧道通風系統(tǒng)和車站通風系統(tǒng)產(chǎn)生的風壓,承受乘客擁擠對其產(chǎn)生的擠壓力、沖擊力,以及地面、土建結(jié)構(gòu)的振動等對其造成的載荷綜合作用。因此,屏蔽門應有足夠的強度、剛度及疲勞強度,應有合理的結(jié)構(gòu),以適應地鐵運行環(huán)境條件的要求,確保地鐵列車安全可靠地運行。

屏蔽門的整體結(jié)構(gòu)要求在中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標準CJ/T 236—2006《城市軌道交通站臺屏蔽門》(以下簡為《標準》)中作了規(guī)定。屏蔽門的結(jié)構(gòu)測試主要用于測試樣機是否滿足設(shè)計強度、剛度的要求。其測試方法參見《標準》的附錄B.1。但是,《標準》中有關(guān)屏蔽門結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求及其測試方法的條文在編寫上不盡完善,有修改補充的空間。

本文就屏蔽門的結(jié)構(gòu)要求及其測試方法等進行了分析,指出了《標準》現(xiàn)有條文的不足之處,同時也提出了相應的修改建議。

1 《標準》的有關(guān)規(guī)定

1.1 技術(shù)要求

《標準》的5.1.7節(jié)對屏蔽門整體結(jié)構(gòu)規(guī)定了以下技術(shù)要求。

在工程設(shè)計給定的荷載或組合荷載作用下,門機、門扇等運動構(gòu)件不應發(fā)生功能障礙,強度、剛度、疲勞強度應滿足設(shè)計要求,門體軌道側(cè)的最大絕對變形量應滿足下列要求:

1)門體高度小于等于4 000 mm,最接近列車動態(tài)包絡(luò)線的構(gòu)件的最大變形量不大于15 mm;

2)門體高度大于4 000 mm,最接近列車動態(tài)包絡(luò)線的構(gòu)件的最大變形量不大于20 mm;

3)半高屏蔽門頂部最接近列車的構(gòu)件的最大變形量不大于15 mm;

4)半高屏蔽門活動門扇的最大變形量不大于50 mm;

5)所有門體構(gòu)件均不發(fā)生永久塑性變形,殘余變形量不大于1 mm。

與屏蔽門結(jié)構(gòu)有關(guān)的還有《標準》的5.1、5.2等節(jié)中的諸多條款,因與本文的內(nèi)容關(guān)系不大,故不一一摘錄。

1.2 試驗方法

試驗方法詳見《標準》的附錄B之B.1。其中規(guī)定,風載荷的施加在風室里進行。其試驗裝置及試驗示意圖如圖1所示。試驗步驟為:先按《標準》的規(guī)定對被試樣機施加負風壓和乘客擠壓力,進行聯(lián)合荷載試驗,測定規(guī)定部位的變形量(位移量)和殘余變形,并觀測屏蔽門有無結(jié)構(gòu)破壞或有無出現(xiàn)功能障礙;然后施加正風壓并進行測量。

圖1 負風壓荷載試驗和乘客擠壓試驗聯(lián)合試驗示意圖

2 《標準》的幾點瑕疵

筆者認為:《標準》的現(xiàn)有條文在屏蔽門整體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)測試方法的表述上存在一定的瑕疵,有商榷的必要。以下對此擇要做一些剖析。

1)圖、文混淆,造成了某些混亂。《標準》在表述正壓力(其作用方向為由軌道側(cè)指向站臺側(cè))、負壓力(吸力,作用力方向與正壓力相反)時,圖、文混淆,造成了測試方法表述上的混亂。例如,《標準》的圖B.1是“負風壓荷載試驗和乘客擠壓荷載聯(lián)合試驗示意圖”,但B.1.4 c)卻以正壓力進行表述——“從零開始分級對門體加正壓,……”。可見圖、文相悖。文中的“正壓”應改為“負壓”。

2)在 B.1.4的末尾,《標準》寫道:“按上述步驟對門體施加負壓并測量變形”。此處的“負壓”應改為“正壓”。但施加值是多少?怎樣施加?測量點在哪里?《標準》中并沒有陳述清楚。在列車的實際運行中,對屏蔽門產(chǎn)生的正壓力、負壓力兩者并不對稱。《標準》規(guī)定“按上述步驟對門體施加正壓并測量變形”。如果正壓的施加值、施加方法、測量點位置等完全和負壓一致,是否符合實際運行情況?

3)施加乘客擠壓力與負壓力(或正壓力)組成的復合荷載,進行荷載聯(lián)合試驗,是否必要?B.1.4 d)的規(guī)定,顯然是要求對屏蔽門施加復合荷載,進行荷載聯(lián)合試驗,這與實際情況并不很相吻合。乘客擠壓力、負壓力的復合荷載或乘客擠壓力、正壓力的復合荷載在列車運行時并不會出現(xiàn)。負壓力發(fā)生在列車駛離站臺時,此時不可能再出現(xiàn)乘客擠壓屏蔽門的現(xiàn)象;而列車進站,停車后先打開車門,稍后接著開啟滑動門,在乘客發(fā)生擠壓前,正壓力已基本消失。顯然,上述兩種復合荷載的情況都不會出現(xiàn)。如果放站,列車快速通過站臺,此時固然會對屏蔽門形成很大的負壓力,但乘客絕對不會去擠壓屏蔽門。鑒于此,進行屏蔽門結(jié)構(gòu)測試時,對屏蔽門施加復合荷載,進行荷載聯(lián)合試驗也就顯得沒有必要了。還需要指出的是:正壓力、乘客擠壓力兩者的作用方向是相反的,因此它們對屏蔽門的作用效果是相互抵消的,組成這類復合荷載施加于屏蔽門,對屏蔽門的強度、剛度考核來說并不是最嚴酷的。此時,乘客擠壓力顯然不必要施加。《標準》對此應有所強調(diào)。

4)風荷載呈正壓是否會使軌道側(cè)“門體最接近列車動態(tài)包絡(luò)線部位”產(chǎn)生危及“與列車動態(tài)包絡(luò)線之間的安全距離”的位移或變形?風荷載呈正壓時,壓力是由軌道側(cè)指向站臺側(cè)的,此時,“門體最接近列車動態(tài)包絡(luò)線部位”產(chǎn)生的位移或變形是否會對“與列車動態(tài)包絡(luò)線之間的安全距離”有不利的影響?似乎不會。因此,在風荷載呈正壓時,門體軌道側(cè)有關(guān)“最接近列車動態(tài)包絡(luò)線部位的最大位移值”沒有必要測定。

5)技術(shù)要求、試驗方法相互之間在某些內(nèi)容上還缺乏呼應和協(xié)調(diào)。《標準》中的“5要求”與“附錄B(資料性附錄)試驗方法”的條文表述有多處在內(nèi)容上缺乏協(xié)調(diào),例如:

·技術(shù)要求規(guī)定“屏蔽門的承受人群擠壓荷載不應低于1 000 N/m”,而B.1.4 d)要求“對門體施加乘客擠壓力,從0升至設(shè)計荷載”。這兩者之間缺乏應有的呼應。如果設(shè)計荷載低于技術(shù)要求規(guī)定的1 000 N/m,應如何處理?筆者認為:如果設(shè)計荷載低于1 000 N/m,則按1 000 N/m施加;如果高于1 000 N/m,則應按設(shè)計荷載施加。此外,乘客擠壓力的施加部位(離地高度)尚不明確,而這恰恰是應該明確的。因為乘客擠壓力的施加部位不同,其對屏蔽門的作用效果往往是不同的。又如,《標準》規(guī)定“結(jié)構(gòu)測試的樣機至少包括兩扇對開的滑動門、一扇固定門……”這意味著對固定門也要施加乘客擠壓力,這似乎也可商榷。在地鐵列車實際運行中,乘客對固定門可能會有所觸摸甚至是擦碰,但似乎并不會對其構(gòu)成擠壓力。

·技術(shù)要求規(guī)定“屏蔽門整體結(jié)構(gòu)在工程設(shè)計給定的荷載或荷載組合作用下,門機、門扇等運動構(gòu)件不應發(fā)生功能障礙”(見《標準》的5.1.7節(jié)),而試驗方法的“合格評定依據(jù)”中卻缺乏“不應發(fā)生功能障礙”等評定內(nèi)容。“不應發(fā)生功能障礙”應該列為評定屏蔽門結(jié)構(gòu)合格與否的基本條件之一。

·5.1.7e)、B.1.5既要求“不發(fā)生永久塑性變形”、“無塑性變形”,又規(guī)定“殘余變形量不大于1 mm”、“最大殘余變形量小于等于1 mm”。這些條文的技術(shù)要求相互之間顯然存在著不協(xié)調(diào)——既允許有不大于1 mm的殘余變形量,那就不應同時要求“不發(fā)生永久塑性變形”,“無塑性變形”。

·技術(shù)要求規(guī)定的對象是“門機、門扇等運動構(gòu)件”,而試驗方法則反復強調(diào)“門體主要受力桿件”。“運動構(gòu)件”主要是滑動門(是否還包括頂箱內(nèi)的傳動構(gòu)件),而“受力構(gòu)件”則不僅僅是滑動門,還應有固定門、頂箱、支承結(jié)構(gòu)、門檻等;“構(gòu)件”、“桿件”兩者的概念也不相同,滑動門、固定門等顯然都不宜稱為“桿件”。

·《標準》對半高屏蔽門的結(jié)構(gòu)提出了要求,但試驗方法中卻缺乏相應的描述。半高屏蔽門的試驗方法與全高屏蔽門還是有所不同的。

·《標準》的正文理應科學、規(guī)范;“資料性附錄”雖然給出標準正文的附加信息,以幫助理解和使用標準,不是應遵守的條款,但也應力求準確。《標準》在“一般要求”、“結(jié)構(gòu)測試”的內(nèi)容上存有不足,有予以修改的必要。

6)術(shù)語不夠統(tǒng)一,表述上欠嚴謹。筆者注意到,《標準》在描述屏蔽門的結(jié)構(gòu)及其測試時,術(shù)語不夠統(tǒng)一,也顯得欠簡明、欠嚴謹。在不多的條款中,《標準》中至少使用了以下十幾個術(shù)語——變形,永久變形,塑性變形,永久塑性變形,變形量,彈性變形量,最大變形量,殘余變形量,最大殘余變形量,最大絕對變形量,最大位移值等等。這么多用語攪在一起,并無必要,也對正確理解和執(zhí)行《標準》帶來不利,有必要再作適當?shù)氖崂怼?/p>

7)未明確對測得值如何進行記錄和處理。《標準》的B.1.4 f)規(guī)定:“重復上述步驟 3次”。但對3次的測得值如何記錄和處理,卻沒有作出相應的規(guī)定。是以3次測得值的“最大值”,還是以3次測得值的“算術(shù)平均值”作為最終的測試結(jié)果,往往會影響到該質(zhì)量特性的基本結(jié)論。作為標準,這是必須給以明確的。

3 風荷載應如何折算為線性荷載

《標準》的B.1.2規(guī)定:“風荷載的施加可以在風室里進行,也可以將風荷載折算為線性荷載后加載”。但風荷載應如何折算為線性荷載,《標準》并沒有給予相應的說明、指導或規(guī)定。對此,筆者有以下的初步思考。

風荷載是均勻分布的面荷載,而線性荷載則為均布的線荷載,兩種為不同屬性的荷載。因此,當它們各自作用于屏蔽門時,對屏蔽門產(chǎn)生的作用效果是不完全相同的。故如何折算才顯得比較合理,作為標準是應該作出明確規(guī)定的。但現(xiàn)有的《標準》條款對此未有相應的表述。為利于《標準》的貫徹執(zhí)行,應對此有一些最必要的補充。

筆者認為,折算時應遵循作用效果基本等效的原則。它可由以下兩項原則組成:

1)產(chǎn)生的最大應力相同的原則(從強度等效的角度考慮);

2)產(chǎn)生的最大變形量相同的原則(從剛度等效的角度考慮)。

一般來說,按這兩項原則折算后的線性荷載是不相等的,因此,如何確定線性折算荷載也是值得仔細考慮的。

由于線性荷載難以作用于屏蔽門的支承結(jié)構(gòu)、門檻、立柱、橫梁等部位,因此線性荷載似乎只擬對門體施加。由此,也會帶來一系列相關(guān)的問題:例如,許多部位在線性荷載作用下產(chǎn)生的變形量會比實際風荷載作用下產(chǎn)生的變形量小些;又如,線性荷載的施加方向(水平方向、豎直方向、對角線方向等),是否也會影響到荷載的最終作用效果;等等。對折算中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題似乎還有待于作精細的思考分析和計算。

4 對《標準》的修改建議

對《標準》中涉及屏蔽門結(jié)構(gòu)及其測試的內(nèi)容,筆者提出以下修改建議。

4.1 術(shù)語應統(tǒng)一

對于涉及的術(shù)語,建議能作進一步的梳理。例如,相同的含義不必要使用多個術(shù)語——“永久變形”、“塑性變形”、“永久塑性變形”、“殘余變形”,不妨統(tǒng)一為“塑性變形”;“變形量”,“彈性變形量”,“最大變形量”,“最大絕對變形量”,“最大位移值”等可以簡化為“變形量”;“最大變形量不大于15 mm”可以表述為“變形量不大于15 mm”等。力爭以最簡明的術(shù)語作出最恰當?shù)谋硎觥?/p>

4.2 重點應突出

對于屏蔽門結(jié)構(gòu)及其測試來講,應抓住主要要求,有重點地進行考核。重點要求是否可主要反映在以下幾個方面。

1)屏蔽門在實際運行時所受的荷載主要是正壓風荷載、負壓風荷載、乘客擠壓力,均為單一荷載,而正壓風荷載或負壓風荷載與乘客擠壓力構(gòu)成的復合荷載則可以刪去。

2)考核的重點是屏蔽門的功能、強度、剛度,即要求屏蔽門在規(guī)定的荷載作用下做到:①安全玻璃應不碎裂;②屏蔽門應無損壞;③應不發(fā)生妨礙其正常工作的功能障礙;④其塑性變形、變形量(或位移量)應不超過規(guī)定的限值(《標準》中應規(guī)定具體的限值)。

3)主要考核的屏蔽門運動構(gòu)件、受力構(gòu)件(《標準》中用“受力桿件”似乎不很恰當)是門體(或門扇)。在屏蔽門結(jié)構(gòu)中,諸多運動構(gòu)件、受力構(gòu)件中相對薄弱的構(gòu)件無疑是門體。它是板狀構(gòu)件,受力面大,直接受正、負壓風荷載及乘客擠壓力的作用。一般而言,在上述荷載的作用下,相對于門框、頂箱、立柱、橫梁、門檻、屏蔽門基礎(chǔ)部位等,門體要經(jīng)受強度、剛度上的強勢考核。因此,對屏蔽門結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求及其試驗測定是否可以考慮集中圍繞門體來進行;屏蔽門的其他結(jié)構(gòu)部位、受力構(gòu)件則可將“無結(jié)構(gòu)損壞或破壞”、“不發(fā)生功能障礙”等作為綜合性的定性考核要求即可。

4.3 條文內(nèi)容應適度簡化,條文之間應加強協(xié)調(diào)

鑒于上述理由,建議《標準》的現(xiàn)有條文,特別是測試方法部分,應作適度的簡化,突出重點,合理考核。枝節(jié)的要求或者并無必要實施的測量內(nèi)容可以考慮刪去。

作為技術(shù)標準條文內(nèi)容的屏蔽門結(jié)構(gòu)技術(shù)要求及其試驗方法,與屏蔽門的結(jié)構(gòu)設(shè)計是有一定區(qū)別的。進行屏蔽門結(jié)構(gòu)設(shè)計時,設(shè)計人員應充分考慮各種可能的使用工況對屏蔽門強度、剛度、性能、使用壽命的影響,應按設(shè)計規(guī)范正確地計算并留有合理的安全裕度,以避免設(shè)計考慮不周帶來的設(shè)計缺陷;而對制造、安裝、調(diào)試的屏蔽門提出質(zhì)量要求并進行試驗考核時則宜抓住要點,勿過于繁瑣。

屏蔽門結(jié)構(gòu)的有關(guān)條文可以參考幕墻玻璃的技術(shù)標準,但在借鑒時務必結(jié)合屏蔽門的具體情況和具體特點,對幕墻玻璃的有關(guān)技術(shù)條文有所篩選。

內(nèi)容相關(guān)的條文之間應要求一致,互相協(xié)調(diào)匹配,不發(fā)生抵觸和沖撞。

4.4 對折算的方法應作一些必要的補充

既然允許“將風荷載折算為線性荷載后加載”,那么希望能進一步提供具體的而在操作上又是可行的、可復現(xiàn)的折算方法,以有利于當需要時或缺乏條件建立風室時,可以采用正確地加載線性荷載的方法來實施屏蔽門的結(jié)構(gòu)測試。

[1]洪生偉.標準文件編寫指南[M].北京:中國標準出版社,2004.

[2]徐灝,邱宣懷,蔡春源,等.機械設(shè)計手冊[M].北京:中國機械工業(yè)出版社,1992.