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(yàn)技術(shù)研究院,200072,上?！蔚谝蛔髡?高級(jí)工程師)

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

屏蔽門的整體結(jié)構(gòu)要求在中華人民共和國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 236—2006《城市軌道交通站臺(tái)屏蔽門》(以下簡(jiǎn)為《標(biāo)準(zhǔn)》)中作了規(guī)定。屏蔽門的結(jié)構(gòu)測(cè)試主要用于測(cè)試樣機(jī)是否滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度的要求。其測(cè)試方法參見《標(biāo)準(zhǔn)》的附錄B.1。但是,《標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)屏蔽門結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求及其測(cè)試方法的條文在編寫上不盡完善,有修改補(bǔ)充的空間。

本文就屏蔽門的結(jié)構(gòu)要求及其測(cè)試方法等進(jìn)行了分析,指出了《標(biāo)準(zhǔn)》現(xiàn)有條文的不足之處,同時(shí)也提出了相應(yīng)的修改建議。

1 《標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定

1.1 技術(shù)要求

《標(biāo)準(zhǔn)》的5.1.7節(jié)對(duì)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(jì)給定的荷載或組合荷載作用下,門機(jī)、門扇等運(yùn)動(dòng)構(gòu)件不應(yīng)發(fā)生功能障礙,強(qiáng)度、剛度、疲勞強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求,門體軌道側(cè)的最大絕對(duì)變形量應(yīng)滿足下列要求:

1)門體高度小于等于4 000 mm,最接近列車動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)》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(yàn)方法

試驗(yàn)方法詳見《標(biāo)準(zhǔn)》的附錄B之B.1。其中規(guī)定,風(fēng)載荷的施加在風(fēng)室里進(jìn)行。其試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)示意圖如圖1所示。試驗(yàn)步驟為:先按《標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定對(duì)被試樣機(jī)施加負(fù)風(fēng)壓和乘客擠壓力,進(jìn)行聯(lián)合荷載試驗(yàn),測(cè)定規(guī)定部位的變形量(位移量)和殘余變形,并觀測(cè)屏蔽門有無(wú)結(jié)構(gòu)破壞或有無(wú)出現(xiàn)功能障礙;然后施加正風(fēng)壓并進(jìn)行測(cè)量。

圖1 負(fù)風(fēng)壓荷載試驗(yàn)和乘客擠壓試驗(yàn)聯(lián)合試驗(yàn)示意圖

2 《標(biāo)準(zhǔn)》的幾點(diǎn)瑕疵

筆者認(rèn)為:《標(biāo)準(zhǔn)》的現(xiàn)有條文在屏蔽門整體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)測(cè)試方法的表述上存在一定的瑕疵,有商榷的必要。以下對(duì)此擇要做一些剖析。

1)圖、文混淆,造成了某些混亂?！稑?biāo)準(zhǔn)》在表述正壓力(其作用方向?yàn)橛绍壍纻?cè)指向站臺(tái)側(cè))、負(fù)壓力(吸力,作用力方向與正壓力相反)時(shí),圖、文混淆,造成了測(cè)試方法表述上的混亂。例如,《標(biāo)準(zhǔn)》的圖B.1是“負(fù)風(fēng)壓荷載試驗(yàn)和乘客擠壓荷載聯(lián)合試驗(yàn)示意圖”,但B.1.4 c)卻以正壓力進(jìn)行表述——“從零開始分級(jí)對(duì)門體加正壓,……”。可見圖、文相悖。文中的“正壓”應(yīng)改為“負(fù)壓”。

2)在 B.1.4的末尾,《標(biāo)準(zhǔn)》寫道:“按上述步驟對(duì)門體施加負(fù)壓并測(cè)量變形”。此處的“負(fù)壓”應(yīng)改為“正壓”。但施加值是多少?怎樣施加?測(cè)量點(diǎn)在哪里?《標(biāo)準(zhǔn)》中并沒有陳述清楚。在列車的實(shí)際運(yùn)行中,對(duì)屏蔽門產(chǎn)生的正壓力、負(fù)壓力兩者并不對(duì)稱?！稑?biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“按上述步驟對(duì)門體施加正壓并測(cè)量變形”。如果正壓的施加值、施加方法、測(cè)量點(diǎn)位置等完全和負(fù)壓一致,是否符合實(shí)際運(yùn)行情況?

3)施加乘客擠壓力與負(fù)壓力(或正壓力)組成的復(fù)合荷載,進(jìn)行荷載聯(lián)合試驗(yàn),是否必要?B.1.4 d)的規(guī)定,顯然是要求對(duì)屏蔽門施加復(fù)合荷載,進(jìn)行荷載聯(lián)合試驗(yàn),這與實(shí)際情況并不很相吻合。乘客擠壓力、負(fù)壓力的復(fù)合荷載或乘客擠壓力、正壓力的復(fù)合荷載在列車運(yùn)行時(shí)并不會(huì)出現(xiàn)。負(fù)壓力發(fā)生在列車駛離站臺(tái)時(shí),此時(shí)不可能再出現(xiàn)乘客擠壓屏蔽門的現(xiàn)象;而列車進(jìn)站,停車后先打開車門,稍后接著開啟滑動(dòng)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(fù)合荷載的情況都不會(huì)出現(xiàn)。如果放站,列車快速通過(guò)站臺(tái),此時(shí)固然會(huì)對(duì)屏蔽門形成很大的負(fù)壓力,但乘客絕對(duì)不會(huì)去擠壓屏蔽門。鑒于此,進(jìn)行屏蔽門結(jié)構(gòu)測(cè)試時(shí),對(duì)屏蔽門施加復(fù)合荷載,進(jìn)行荷載聯(lián)合試驗(yàn)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(duì)屏蔽門的作用效果是相互抵消的,組成這類復(fù)合荷載施加于屏蔽門,對(duì)屏蔽門的強(qiáng)度、剛度考核來(lái)說(shuō)并不是最嚴(yán)酷的。此時(shí),乘客擠壓力顯然不必要施加?！稑?biāo)準(zhǔn)》對(duì)此應(yīng)有所強(qiáng)調(diào)。

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

5)技術(shù)要求、試驗(yàn)方法相互之間在某些內(nèi)容上還缺乏呼應(yīng)和協(xié)調(diào)?！稑?biāo)準(zhǔn)》中的“5要求”與“附錄B(資料性附錄)試驗(yàn)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(yīng)低于1 000 N/m”,而B.1.4 d)要求“對(duì)門體施加乘客擠壓力,從0升至設(shè)計(jì)荷載”。這兩者之間缺乏應(yīng)有的呼應(yīng)。如果設(shè)計(jì)荷載低于技術(shù)要求規(guī)定的1 000 N/m,應(yīng)如何處理?筆者認(rèn)為:如果設(shè)計(jì)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(yīng)按設(shè)計(jì)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(yīng)該明確的。因?yàn)槌丝蛿D壓力的施加部位不同,其對(duì)屏蔽門的作用效果往往是不同的。又如,《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“結(jié)構(gòu)測(cè)試的樣機(jī)至少包括兩扇對(duì)開的滑動(dòng)門、一扇固定門……”這意味著對(duì)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(shí)際運(yùn)行中,乘客對(duì)固定門可能會(huì)有所觸摸甚至是擦碰,但似乎并不會(huì)對(duì)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(jì)給定的荷載或荷載組合作用下,門機(jī)、門扇等運(yùn)動(dòng)構(gòu)件不應(yīng)發(fā)生功能障礙”(見《標(biāo)準(zhǔn)》的5.1.7節(jié)),而試驗(yàn)方法的“合格評(píng)定依據(jù)”中卻缺乏“不應(yīng)發(fā)生功能障礙”等評(píng)定內(nèi)容?！安粦?yīng)發(fā)生功能障礙”應(yīng)該列為評(píng)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(wú)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(yīng)同時(shí)要求“不發(fā)生永久塑性變形”,“無(wú)塑性變形”。

·技術(shù)要求規(guī)定的對(duì)象是“門機(jī)、門扇等運(yùn)動(dòng)構(gòu)件”,而試驗(yàn)方法則反復(fù)強(qiáng)調(diào)“門體主要受力桿件”?！斑\(yùn)動(dòng)構(gòu)件”主要是滑動(dòng)門(是否還包括頂箱內(nèi)的傳動(dòng)構(gòu)件),而“受力構(gòu)件”則不僅僅是滑動(dòng)門,還應(yīng)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(dòng)門、固定門等顯然都不宜稱為“桿件”。

·《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)半高屏蔽門的結(jié)構(gòu)提出了要求,但試驗(yàn)方法中卻缺乏相應(yīng)的描述。半高屏蔽門的試驗(yàn)方法與全高屏蔽門還是有所不同的。

·《標(biāo)準(zhǔn)》的正文理應(yīng)科學(xué)、規(guī)范;“資料性附錄”雖然給出標(biāo)準(zhǔn)正文的附加信息,以幫助理解和使用標(biāo)準(zhǔn),不是應(yīng)遵守的條款,但也應(yīng)力求準(zhǔn)確?！稑?biāo)準(zhǔn)》在“一般要求”、“結(jié)構(gòu)測(cè)試”的內(nèi)容上存有不足,有予以修改的必要。

6)術(shù)語(yǔ)不夠統(tǒng)一,表述上欠嚴(yán)謹(jǐn)。筆者注意到,《標(biāo)準(zhǔn)》在描述屏蔽門的結(jié)構(gòu)及其測(cè)試時(shí),術(shù)語(yǔ)不夠統(tǒng)一,也顯得欠簡(jiǎn)明、欠嚴(yán)謹(jǐn)。在不多的條款中,《標(biāo)準(zhǔn)》中至少使用了以下十幾個(gè)術(shù)語(yǔ)——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(duì)變形量,最大位移值等等。這么多用語(yǔ)攪在一起,并無(wú)必要,也對(duì)正確理解和執(zhí)行《標(biāo)準(zhǔn)》帶來(lái)不利,有必要再作適當(dāng)?shù)氖崂怼?/p>

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

3 風(fēng)荷載應(yīng)如何折算為線性荷載

《標(biāo)準(zhǔn)》的B.1.2規(guī)定:“風(fēng)荷載的施加可以在風(fēng)室里進(jìn)行,也可以將風(fēng)荷載折算為線性荷載后加載”。但風(fēng)荷載應(yīng)如何折算為線性荷載,《標(biāo)準(zhǔn)》并沒有給予相應(yīng)的說(shuō)明、指導(dǎo)或規(guī)定。對(duì)此,筆者有以下的初步思考。

風(fēng)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(dāng)它們各自作用于屏蔽門時(shí),對(duì)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(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)該作出明確規(guī)定的。但現(xiàn)有的《標(biāo)準(zhǔn)》條款對(duì)此未有相應(yīng)的表述。為利于《標(biāo)準(zhǔn)》的貫徹執(zhí)行,應(yīng)對(duì)此有一些最必要的補(bǔ)充。

筆者認(rèn)為,折算時(shí)應(yīng)遵循作用效果基本等效的原則。它可由以下兩項(xiàng)原則組成:

1)產(chǎn)生的最大應(yīng)力相同的原則(從強(qiáng)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(lái)說(shuō),按這兩項(xiàng)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(xì)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(duì)門體施加。由此,也會(huì)帶來(lái)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(huì)比實(shí)際風(fēng)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(duì)角線方向等),是否也會(huì)影響到荷載的最終作用效果;等等。對(duì)折算中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題似乎還有待于作精細(xì)的思考分析和計(jì)算。

4 對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)》的修改建議

對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)》中涉及屏蔽門結(jié)構(gòu)及其測(cè)試的內(nèi)容,筆者提出以下修改建議。

4.1 術(shù)語(yǔ)應(yīng)統(tǒng)一

對(duì)于涉及的術(shù)語(yǔ),建議能作進(jìn)一步的梳理。例如,相同的含義不必要使用多個(gè)術(shù)語(yǔ)——“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(duì)變形量”,“最大位移值”等可以簡(jiǎn)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(zhēng)以最簡(jiǎn)明的術(shù)語(yǔ)作出最恰當(dāng)?shù)谋硎觥?/p>

4.2 重點(diǎn)應(yīng)突出

對(duì)于屏蔽門結(jié)構(gòu)及其測(cè)試來(lái)講,應(yīng)抓住主要要求,有重點(diǎn)地進(jìn)行考核。重點(diǎn)要求是否可主要反映在以下幾個(gè)方面。

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

2)考核的重點(diǎn)是屏蔽門的功能、強(qiáng)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(yīng)不碎裂;②屏蔽門應(yīng)無(wú)損壞;③應(yīng)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(yīng)不超過(guò)規(guī)定的限值(《標(biāo)準(zhǔn)》中應(yīng)規(guī)定具體的限值)。

3)主要考核的屏蔽門運(yùn)動(dòng)構(gòu)件、受力構(gòu)件(《標(biāo)準(zhǔn)》中用“受力桿件”似乎不很恰當(dāng))是門體(或門扇)。在屏蔽門結(jié)構(gòu)中,諸多運(yùn)動(dòng)構(gòu)件、受力構(gòu)件中相對(duì)薄弱的構(gòu)件無(wú)疑是門體。它是板狀構(gòu)件,受力面大,直接受正、負(fù)壓風(fēng)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(duì)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(qiáng)度、剛度上的強(qiáng)勢(shì)考核。因此,對(duì)屏蔽門結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求及其試驗(yàn)測(cè)定是否可以考慮集中圍繞門體來(lái)進(jìn)行;屏蔽門的其他結(jié)構(gòu)部位、受力構(gòu)件則可將“無(wú)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(yīng)適度簡(jiǎn)化,條文之間應(yīng)加強(qiáng)協(xié)調(diào)

鑒于上述理由,建議《標(biāo)準(zhǔn)》的現(xiàn)有條文,特別是測(cè)試方法部分,應(yīng)作適度的簡(jiǎn)化,突出重點(diǎn),合理考核。枝節(jié)的要求或者并無(wú)必要實(shí)施的測(cè)量?jī)?nèi)容可以考慮刪去。

作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條文內(nèi)容的屏蔽門結(jié)構(gòu)技術(shù)要求及其試驗(yàn)方法,與屏蔽門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是有一定區(qū)別的。進(jìn)行屏蔽門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮各種可能的使用工況對(duì)屏蔽門強(qiáng)度、剛度、性能、使用壽命的影響,應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范正確地計(jì)算并留有合理的安全裕度,以避免設(shè)計(jì)考慮不周帶來(lái)的設(shè)計(jì)缺陷;而對(duì)制造、安裝、調(diào)試的屏蔽門提出質(zhì)量要求并進(jìn)行試驗(yàn)考核時(shí)則宜抓住要點(diǎn),勿過(guò)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(biāo)準(zhǔn),但在借鑒時(shí)務(wù)必結(jié)合屏蔽門的具體情況和具體特點(diǎn),對(duì)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(yīng)要求一致,互相協(xié)調(diào)匹配,不發(fā)生抵觸和沖撞。

4.4 對(duì)折算的方法應(yīng)作一些必要的補(bǔ)充

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

[1]洪生偉.標(biāo)準(zhǔn)文件編寫指南[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[2]徐灝,邱宣懷,蔡春源,等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)機(jī)械工業(yè)出版社,1992.