列車無障礙夾層坡板的研究

覃璐　李濤

摘 要：通常列車車廂地面與站臺地面間存在高差，令行動不便人士上下車困難。為克服困難，提出一種用于列車的無障礙夾層坡板，主要由板體、頂部搭接楔和底部搭接楔組成，重量輕，安全性高，與車廂和站臺搭接牢固、順暢，便于攜帶。

關鍵詞：無障礙裝置；夾層坡板；復合材料力學；列車；站臺；萬能試驗機

中圖分類號：U270.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0070-04

人們上下地鐵或高鐵列車時，常看到列車車廂地面與站臺地面間存在5厘米至10厘米的高差，令老人、殘疾人等行動不便人士上下車困難，見圖1和圖2。這是列車和站臺設計時刻意而為之的。一些列車下方安裝有彈簧，用于減小振動感。當列車下方為空氣彈簧時，空氣彈簧能感應車廂的載重量。載重量增加時空氣彈簧自動充氣，載重量減小時空氣彈簧自動排氣，使車廂地板和軌道的高差始終保持在110厘米。而站臺地面高度為100厘米至105厘米，造成列車車廂地面與站臺地面間5厘米至10厘米的高差[1]。在極端情況下，靠站臺的空氣彈簧破裂，或兩側的空氣彈簧同時破裂，整個列車會向站臺傾斜或整體下沉。列車車廂地面與站臺地面間5厘米至10厘米高差的好處是，防止極端情況下車門下端抵住站臺而無法打開。此外，車輪會隨著運營時間逐漸磨損，這使車輪直徑逐漸減小。列車車廂地面與站臺地面間5厘米至10厘米的高差也為車輪的磨損留出一定空間。

對于列車車廂地面與站臺地面間5厘米至10厘米高差的問題，目前有一些相近的解決方案。魏蓂（2004）針對目前客站內客車車輛與高站臺間存在的空隙對旅客安全乘降造成影響的現狀，提出了采用土建和設備兩種不同的解決方案[2]。該兩種方案僅適用于列車和站臺間存在水平空隙的問題，對于高差的問題不完全適用。錢鈺鈞（2015）設計一種無障礙坡板，該坡板由第一踏板總成、第二踏板總成和縱向連接總成組成，但未說明斜板與臺階頂部和臺階前方的搭接情況[3]。胡笑蘭（2016）等設計一種用于站臺與公交車間縫隙的鏈接，主要由波紋板和臨空邊緣側板組成無障礙斜板，但未做詳細說明[4]。江喜來（2016）等設計一種無障礙斜板結構，該斜板由平板、支撐板、擋邊和中空肋柱等組成，但未說明斜板與臺階頂部和臺階前方的搭接情況[5]。季曉閩（2016）等設計一種分體式無障礙斜板結構，該斜板包括兩對稱的平板在中部通過一粘片連接，平板為碳纖板或玻纖板，平板的外側分別設有擋板，但未說明斜板與臺階頂部和臺階前方的搭接情況[6]。楊瀛（2016）設計一種組合式無障礙坡道，該坡道包括自上而下寬度依次遞增的若干坡道層，所有坡道層的一端均對齊，在每個坡道層的另一端均連接有斜板，每個坡道層的寬度均比其頂部的坡道層寬一個斜板的寬度，該坡道適用于具有固定高度的臺階，但對于列車車廂地面與站臺地面間的高差變化的情況，該坡道不便于調整坡度[7]。

本研究要解決的問題是，提供一種用于列車的無障礙夾層坡板，不僅解決列車車廂地面與站臺地面間高差造成行動不便人士上下車困難的問題，且坡板重量輕，安全性高，與列車車廂和站臺搭接牢固、順暢，在不使用時便于攜帶。本研究立足于復合材料力學[8]，尤其是謝馨媛（2013）[9]、李濤（2013，2013，2014，2014）等[10][11][12][13]、楊陽（2016）[14]、韋斌凝（2017）[15]等對夾層板受力的研究工作，提出了一種列車無障礙夾層坡板。

1 技術方案

見圖3，一種用于列車的無障礙夾層坡板，包括板體、頂部搭接楔和底部搭接楔。頂部搭接楔搭接在列車車廂地面上；底部搭接楔搭接在站臺地面上。

坡板傾斜的正方向與反方向定義為受力方向，與受力方向垂直且為水平的方向定義為非受力方向，見圖3。

見圖4，板體為矩形板。板體在非受力方向總的寬度不小于1米，且不大于列車車門和站臺屏蔽門的有效寬度。板體的坡度不大于1：8。為了防止拐杖頭和輪椅前面的小輪滑出，板體的非受力方向的臨空邊緣設置遮擋板，遮擋板高出板體上表面不小于50mm，兩側遮擋板間的凈距不小于1米。見圖5和圖6，板體為夾層板，包括上、下兩層面板和中間層芯板。上、下兩層面板的厚度都小于芯板的厚度。上、下兩層面板的強度、剛度和密度都不小于芯板的強度、剛度和密度。面板和芯板可靠粘結，粘結強度不小于芯板的強度。為了保護板體的邊緣，板體邊緣有槽型塊包裹。槽型塊的強度不小于面板的強度。槽型塊與板體可靠粘結，粘結強度不小于槽型塊或面板的強度。板體的非受力方向的臨空邊緣的槽型塊與遮擋板成為一體。坡板滿足現行無障礙設計規范[16]。

當上、下面板為相同材料時，芯板的彎矩允許值按式（1）計算，上、下面板的彎矩允許值按式（2）計算[10]：

當Mmax≤Mu1且Mmax≤Mu2且Qmax≤Qu1時，板體滿足承載力驗算。

見圖7，頂部搭接楔為三棱柱體。為了通行順暢，其高度與板體的厚度相等。其寬度與板體的寬度相等。其位置與板體對齊。其上表面的坡度不大于1：8。在使用時，其下表面與列車車廂地面平行。其下表面與其側表面垂直。其下表面與其背表面垂直。其下表面與列車車廂地面間的摩擦系數不小于1：8。頂部搭接楔滿足現行無障礙設計規范[16]。

見圖8，底部搭接楔為三棱柱體。為了通行順暢，其高度與板體的厚度相等。其寬度與板體的寬度相等。其位置與板體對齊。

其上表面的坡度不大于1：8。在使用時，其下表面與站臺地面平行。其下表面與其側表面垂直。其下表面與其背表面垂直。其下表面與站臺地面間的摩擦系數不小于1：8。底部搭接楔滿足現行無障礙設計規范[16]。

見圖9和圖10，板體與頂部搭接楔間有合頁連接。合頁上有螺釘孔。合頁的一個頁用螺釘固定于板體的受力方向的上邊緣，另一個頁用螺釘固定于頂部搭接楔下表面。當坡板不使用時，通過改變合頁兩個頁的夾角，即改變板體與頂部搭接楔間的夾角，將坡板折疊起來，起到便攜的作用，見圖11。

見圖9和圖12，板體與底部搭接楔間有合頁連接。合頁上有螺釘孔。合頁的一個頁用螺釘固定于板體的受力方向的下邊緣，另一頁用螺釘固定于底部搭接楔上表面。當坡板不使用時，個通過改變合頁兩個頁的夾角，即改變板體與底部搭接楔間的夾角，將坡板折疊起來，起到便攜的作用，見圖11。

見圖9和圖13，板體側表面與頂部搭接楔側表面間有角度固定裝置，用于固定板體與頂部搭接楔間的角度。見圖9和圖14，板體側表面與底部搭接楔側表面間有角度固定裝置，用于固定板體與底部搭接楔間的角度。角度固定裝置有兩個臂，兩個臂上有螺釘孔，一個臂用螺釘固定于板體側表面，另一個臂用螺釘固定于頂部搭接楔側表面或底部搭接楔側表面。

見圖9、圖15和圖16，在角度固定裝置的兩個臂的連接處，其中一個臂上固定有螺栓，另一個臂上有臂孔洞，臂孔洞的直徑大于螺栓的直徑，螺栓穿過臂孔洞。螺栓穿過臂孔洞后，再穿過一個墊片，該墊片有一墊片孔洞，墊片孔洞的直徑大于螺栓的直徑，螺栓穿過墊片孔洞。螺栓穿過墊片孔洞后，有一個螺母，該螺母與螺栓配套，螺母用于擰緊螺栓。墊片孔洞的直徑不大于螺母的外尺寸。螺母在環向外表面有助擰齒，助擰齒便于用手擰緊螺母。角度固定裝置的兩個臂的相互接觸面有鋸齒，當螺母與螺栓擰緊時，兩個臂的鋸齒相互咬合，導致兩個臂間的角度固定，進而固定板體與頂部搭接楔或底部搭接楔間的角度；當螺母與螺栓擰松時，兩個臂的鋸齒相互脫開，導致兩個臂間的角度可變，進而板體與頂部搭接楔或底部搭接楔間的角度可變。角度固定裝置的轉軸與合頁的轉軸相同。

2 試驗驗證

試驗對象為一種用于列車的無障礙夾層坡板。共10個樣本。平均重量為2.8千克。

板體在非受力方向總寬度為1.05米，在受力方向的總長度為0.9米，坡度為1：9。板體的上、下兩層面板的厚度皆為1.4毫米，芯板的厚度為6毫米。上、下兩層面板的材料為聚丙烯樹脂，屈服強度為25MPa，彈性模量為2000MPa，密度為0.92克每立方厘米；芯板的材料為發泡聚苯乙烯，抗壓強度為13MPa，抗拉強度為25MPa，抗剪強度為11MPa，彈性模量為424MPa，密度為0.024克每立方厘米。面板和芯板間采用黏膠可靠粘結。

頂部搭接楔的材料為聚丙烯樹脂。高度為7毫米。寬度為1.2米。長度為100毫米。上表面的坡度為0.07。下表面與潮濕的列車車廂地面間的摩擦系數為0.2。

底部搭接楔的材料為聚丙烯樹脂。高度為7毫米。寬度為1.2米。長度為100毫米。上表面的坡度為0.07。下表面與潮濕的站臺地面間的摩擦系數為0.2。

將頂部搭接楔搭接在高度為10厘米的臺階頂部，底部搭接楔搭接在臺階前方。采用電子式萬能試驗機[17]對坡板跨中施加集中荷載，以荷載-位移曲線突然下降為破壞判別標準，單調加載直到破壞。10個樣本的極限承載力見表1。

按式（1）至式（5）計算，得到坡板的計算極限承載力為1.1297kN。10個樣本的試驗極限承載力的均值為1.1532kN，高于計算極限承載力2.08%。

3 結語

本研究提供了一種用于列車的無障礙夾層坡板，解決了列車車廂地面與站臺地面間高差造成行動不便人士上下車困難的問題。坡板重量輕，平均重量為2.8千克。安全性高，滿足現行無障礙設計規范，且試驗極限承載力的均值高于計算極限承載力2.08%。頂部和底部搭接楔與列車車廂和站臺間的摩擦系數0.2，合頁受力合理，角度固定裝置可靠固定頂部和底部搭接楔的角度，因此坡板搭接牢固。在不使用時可折疊起來，便于攜帶。

參考文獻

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[2]魏蓂.鐵路旅客列車與高站臺間空隙的解決方案[J].鐵道勘測與設計，2004，（6）：29-30.

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[4]廈門新凱復材科技有限公司.無障礙斜板：中國，20163043 8382.6[P].2017-02-15.

[5]廈門新凱復材科技有限公司.一種無障礙斜板結構：中國，201620975354.2[P].2017-05-10.

[6]廈門新凱復材科技有限公司.一種分體式無障礙斜板結構：中國，201620972429.1[P]. 2017-04-19.

[7]楊瀛.一種組合式無障礙坡道：中國，201620096914.7[P].2016-09-28.

[8]劉錫禮，王秉權同.復合材料力學基礎[M].中國建筑工業出版社，1984.

[9]謝馨媛.輕木夾層板彎曲性能分析[D].廣西大學，2013.

[10]李濤，韋斌凝.一種木材夾層板的抗彎承載能力[J].科技資訊，2013，（32）：59-62.

[11]李濤，劉韡堃，韋斌凝.以各向同性材料為面板的木材夾層板在橫力彎曲時的內力[J].中國科技縱橫，2013，（24）：116-120.

[12]李濤.以各向同性材料為面板的木材夾層板在均布荷載作用下的應力[J].中國科技縱橫，2014，（8）：118-120.

[13]李濤.輕木夾層板的可靠度研究及實驗[D].廣西大學，2014.

[14]楊陽.輕木夾層板力學性能分析[D].廣西大學，2016.

[15]韋斌凝，徐華明，李濤.輕木夾層板可靠度分析的有限元模擬與試驗[J].廣西大學學報（自然科學版），2017，42（1）：142-147.

[16]GB50763-2012，無障礙設計規范[S].

[17]GB/T16491-1996，電子式萬能試驗機[S].