站台屏蔽门样机结构性能检测及分析*

任珺 张仲强 单磊 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

站台屏蔽门，主要保障了乘客上下车时的绝对安全。因此，在设计、安装和使用过程中，要求站台屏蔽门不得侵入列车运行动态包络线，且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，人们不可避免地依靠在站台屏蔽门上，对屏蔽门形成沿长度方向的整体挤推力；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。笔者提出了这两种荷载工况的叠加情况为站台屏蔽门的最不利工况，通过测量站台屏蔽门主要受力构件及不利点的位移形变，验证方法的正确性，可用于对站台屏蔽门进行结构性能的检测及验收。

1 站台屏蔽门样机结构和最不利工况

1.1 站台屏蔽门样机结构

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，需检测以下内容：

1）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。

此检测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的1扇滑动门，其包含了完整的玻璃面板框架和门机梁盖板部分。试验前在样机门上布置了3个不同位置的检测点，如图1所示。分别在这3个位置上布置位移传感器，监控不同工况下，门机不同位置的位移状况。

图1 站台屏蔽门样机及测点布置

1.2 荷载组合-最不利工况组合

站台屏蔽门主要的荷载有恒定荷载和活动荷载。恒定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。

活动荷载主要来源：1）由于地铁列车进入站台前，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作用，其方向是由站台侧指向轨道侧；3）人群挤压荷载。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倚靠、挤推、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。在个体无意识地冲击、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，人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。以上三种荷载形成在地板强度检测的要求中有所体现。

根据英国和德国屏蔽门公司提供的测试委托要求和门体结构设计要求，风荷载取值一般在900～1 500 Pa，人群挤压荷载取值一般在 1 000～1 500 N/m，且距离门槛高度垂直方向为1.1 m处施加，本项目的设计组合荷载如表1所示。

表1 站台屏蔽门荷载情况

2 检测结果

城市轨道交通站台屏蔽门结构性能检测设备需要一个密封的箱体设备、模拟人群挤压荷载的力学机构以及必要的位移测量装置。现已研发了1套适用于站台屏蔽门结构性能检测的设备装置：风机最高风压达到 6 000 Pa，准确度为 1 Pa ；位移计量程为100 mm，计量1级合格等。实现了风荷载和人群挤压荷载的同时同步分级加压的试验方式。

样机承受的风压荷载，以模拟列车最高时速80 km/h 时产生的风压约 1 000 Pa为参考值p=1 000 Pa；样机承受的人群挤压载荷F=1 500 N/m×1.5 m=2 250 N；人群挤压载荷作用线高度：1.1 m；对线荷载CP1采用的挤压带宽度为180 mm，对面荷载CP2采用的挤压带带宽为1 000 mm；位移测量点为图1所示的3个位置。检测过程见图2，检测结果见表2。

图2 站台屏蔽门检测

表2 构件测量点布置和检测值

由表2可知，几种工况组合下，正向风荷载和人群挤压荷载联合加载为最不利荷载工况，其位移量最大；最大位移位于滑动门玻璃中心处；测试结果括号内数值为卸载后的残余变形，均在1 mm以内。所以，可以判断该样机基本恢复到初始位置，发生的变形为弹性变形。在实际的观测中，发现满荷载位移值和零荷载残余变形值均随时间的变化而不断变化，建议加载稳定的时间为1 min，卸载后稳定的时间为 5 min。

3 结语

1）滑动门上部门板和下端锚点实测值明显小于中心处，分析其原因应为门体和立柱处刚性材料叠加刚度的作用。因此，地铁屏蔽门结构性能的检测应以扰度作为检测重点而不是位移值。参考现行的玻璃幕墙检测标准，对面板材料和杆件进行扰度值的控制，在保证杆件自身不屈服不失稳的前提下，可以极大降低由于在风压作用下玻璃破碎的概率。因此，须对主要受力的固定门门框、滑动门门框进行杆件的挠度测试，对主要受力的应急门可进行类似单扇单锁点门窗的角位移测试，对于主要受力的玻璃面板可以进行玻璃面板材料的挠度值测试，对于主要受力的支座节点等位置进行残余变形量的测试，并且不超过幕墙门窗标准规定的杆件面板材料的限值要求。

2）该项目在设计工况作用下，工况2人群挤压线荷载的作用明显大于工况1面荷载的作用效应，且样机的中点位移值较大。但在实际中站台屏蔽门能遇到的活塞风没有设计时通常采用的风压力值那么大。加之隧道的风机作用及站台的空调荷载，屏蔽门能遇到的风荷载并不像幕墙门窗能遇到的风荷载那么强大。而人群加压荷载也并不是频遇线荷载，甚至只是偶然点荷载。但是从安全的角度考虑，人群挤压荷载和正向风荷载的联合工况仍是地铁屏蔽门需要考虑的最不利工况。

3）本项目的试验检测值是对站台屏蔽门检测实践提高的有益尝试，并已形成了一套完整的检测程式，具有良好的可行性。必将推动和发展地铁屏蔽门的检测方法，有利于屏蔽门行业更好、更健康地发展。