某机场APM线站台屏蔽门样机结构性能检测及分析*

刘晓松 吴永昌 许文君 邢宇帆 何宇聪

(广州建设工程质量安全检测中心有限公司，510440，广州//第一作者，高级工程师)

某APM(旅客自动输送系统)线项目，位于机场客运大楼地库，采用了站台屏蔽门系统。在设计、安装和使用过程中，站台屏蔽门须不得侵入列车运行动态包络线，其本身还应满足结构刚度和强度的要求。在人流密集的站台上，人们不可避免地倚靠在站台屏蔽门上，对屏蔽门会形成沿长度方向的整体挤推力；在列车经过站台屏蔽门时，也会产生使屏蔽门杆件和面板位移变形的负风压。这两种荷载工况的叠加情况为站台屏蔽门的最不利工况[1]，测量和控制站台屏蔽门主要受力杆构件及不利点的位移变形，以保证列车及站台屏蔽门使用的安全性。在现场站台屏蔽门安装之前，应对站台屏蔽门样机进行结构性能测试。

1 站台屏蔽门样机结构的选取和工况组合

1.1 样机的选取

为验证新建站台屏蔽门系统在实际工况下能够满足设计要求，需检验以下内容：①本项目站台屏蔽门系统样机是否达到结构(力学)性能设计指标；②站台屏蔽门系统最靠近轨道侧轮廓线的滑动门门框偏向轨道侧的最大弹性变形是否满足要求。此检验也为合理选择站台屏蔽门系统的设计参数提供可靠的试验数据。

本次检测截取了完整的全高式站台屏蔽门样机1套，包含了1对应急门、1对滑动门和1对固定门体。其包含了完整的玻璃面板框架和门机梁盖板部分。样机立面及俯视图如图1所示。

1.2 工况组合

APM线站台屏蔽门主要的荷载有恒荷载和活荷载[2]。恒荷载主要由站台屏蔽门门机框架的钢立柱、铝合金门机梁、玻璃面板、驱动传动设备以及包边的钣金自重等组成。活荷载主要来源于：①由于地铁列车进入站台前，将在隧道中高速运行时产生的空气压缩波在进站时释放，从而产生活塞风作用，其方向是由列车轨道侧指向站台侧；②在列车离开站台时，由于列车在站台屏蔽门和隧道空间中的抽出，产生相对进站时的负向活塞风作用，其方向是由站台侧指向轨道侧。③人群挤压荷载。

a) 样机立面图

b) 样机俯视图

注：尺寸单位mm

图1 香港机场APM线站台屏蔽门项目样机示意图(站台侧)

在站台屏蔽门自然关闭的状态下，特别是滑动门，受到人群的挤推、倚靠、冲撞的概率很高。人群挤压荷载在设计模型里有三种形式，分别为点荷载、线荷载和面荷载。其各有代表意义，在个体无意识的冲击、磕碰站台屏蔽门时，身体的某个部位对站台屏蔽门形成点荷载效应;在大人群流量通过站台屏蔽门和自动扶梯间的狭道处时，肩肘等部位同时对站台屏蔽门形成一种带状的线荷载；在发生拥挤上车或大规模恐慌踩踏事件时，大人群流量的身体、胸部、腹部等部位都会紧贴站台屏蔽门产生面状荷载。以上三种荷载形式尚无系统研究的文献出现。

另外可能遇到的活荷载还包括土建主体沉降引起的位移应力、门体的温度变化引起的应力、列车运行通过轨道传递的低频振动力及隧道遭遇地震作用后对站台屏蔽门的传导力等。本项目的设计组合荷载如表1～2所示。

在工程检测时，一般采用荷载标准组合来进行样机检测验证。荷载原型试验中，DL自然存在，需要施加的荷载为TL1、CL1和CL2。工况3未在本文的验证范围内。在设计荷载时，某机场APM线站台屏蔽门的恒荷载和活荷载的分项系数分别取1.4和1.6，与我国的结构荷载规范有所不同，值得参考。

表1 某机场APM线站台屏蔽门荷载情况

2 检测结果和有限元算例

城市轨道交通站台屏蔽门检测设备需要一个密封的箱体设备及模拟人群挤压荷载的力学机构以及必要的位移测量装置。在长期的工程检测实践中，已研发了1套适用于站台屏蔽门和安全门检测的设备装置。现场安装如图2所示。

图2 某机场APM线站台屏蔽门检测现场实景图

根据项目方案的测点布置，主要截取了靠近站台屏蔽门包络线的各门体杆件的中点位置、门机梁的中心位置和各玻璃面板的形心位置，作为位移的监测点(见图3、表3)。例如：人群挤压荷载的作用中心线距离门槛竖直方向高度为1 100 mm；对线荷载采用的挤压带宽度为180 mm(等效于线荷载)；对于面荷载采用的挤压带带宽为1 000 mm。

图3 检测测点分布及人群挤压面荷载加载示意图

测点号位置描述TL1+CL1工况下位移值/mmTL1+CL2工况下位移值/mm1玻璃形心6.124.892立柱中点2.071.573滑动门体上2.411.354中框中点7.213.755玻璃形心11.845.406下端锚点0.020.017立柱中点3.541.838中框中点8.874.489玻璃形心12.536.03

从表3试验数据可知，工况1相对工况2更不利。在有限元模拟中，取工况1进行分析，各面板的荷载传递采用四边支撑的形式，如图4所示，门机梁的位移变形模拟值如图5所示。

图4 固定门玻璃有限元模拟算值(工况1)

在最不利工况1(DL+TL1+CL1)作用下各测点的位移值、检测结果和有限元模拟分析对比如表4所示。

图5 门机梁有限元模拟算值(工况1)

测点号测点描述实测值/mm模拟值/mm误差/%1固定门玻璃形心6.1212.30101.02固定门立柱中点2.072.3011.13门机横梁中点2.414.3078.44滑动门中框中点7.219.8035.95滑动门玻璃形心11.8415.0026.76滑动门下端锚点0.020.904 400.07滑动门立柱中点3.549.60171.28应急门中框中点8.878.10-8.79应急门玻璃形心12.5312.30-1.8

3 结论

根据实测结果和有限元模拟结果，可得到如下结论：

(1) 该项目在设计工况作用下，工况1人群挤压线荷载的作用效应明显大于工况2面荷载的作用效应。站台屏蔽门的各主要杆件的中点位移值较大，其中滑动门中框的位移值为本项目的主控点，原因是滑动门的平面突出体最靠近列车包络线的位置。

(2) 滑动门的立柱实测值明显小于有限元模拟值。笔者分析其原因为有限元法未能模拟出立柱处杆件叠加刚度的作用效应；或者实测时立柱叠加位置需要分开测量。而各杆件中框处的模拟值与实测值较为吻合，特别应急门处的偏差已控制在10%以内。

(3) 门机梁中点位置由于模拟值未考虑电机以及传动系统的刚度贡献，故位移值偏大。

(4) 实际的偏移值受支座影响较大。受样机的安装精度影响，杆件中点模型算值并未折减支座的偏移，实际各杆件的支座位移实测值和模拟值偏差较大。建议样机安装时各部件处于合理的间隙状态。

(5) 实际测量时关心的是杆件最大位移值，而非挠度值。检测时建议引入挠度概念，在玻璃及杆件的两端支座处引入测点，通过挠度的测值对比，可以取得更小的误差对比精度。

(6) 受试验条件的限制，若能进一步提高人群挤压力的均匀性，则可以获得更准确的试验结果。

(7) 本项目的试验检测值和模拟计算值的比较是对站台屏蔽门检验实践提高的有益尝试，可供同行作参考。