虞偉家，張麗平，楊榮山

(1.蘇州軌道交通有限公司，江蘇蘇州 215000;2.西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610031)

地鐵區(qū)間疏散平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

虞偉家1，張麗平1，楊榮山2

(1.蘇州軌道交通有限公司，江蘇蘇州 215000;2.西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610031)

設(shè)計(jì)了一種地鐵隧道內(nèi)乘客緊急疏散平臺，并根據(jù)這種結(jié)構(gòu)建立了結(jié)構(gòu)有限元分析模型，研究了H型鋼不同布置間距的情況下疏散平臺的受力情況，繼而對該種疏散平臺的各部件進(jìn)行靜力檢算。最后研究結(jié)果表明：H型鋼布置間距在1.8 m以下時(shí)，各部件受力情況良好，滿足使用要求。同時(shí)，為運(yùn)營接管后該設(shè)備的維修保養(yǎng)部門更有針對性地進(jìn)行預(yù)防性檢修提供了依據(jù)。

地鐵 疏散平臺 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 布置間距

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各大中城市的交通狀況逐漸擁擠。地鐵憑著它快捷、舒適等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸成為解決這些城市交通問題的有效途徑。幾乎所有城市的地鐵車站、地鐵列車內(nèi)人員都非常密集。在乘坐地鐵列車遇到恐怖襲擊、輸電系統(tǒng)故障以及發(fā)生火災(zāi)等事故時(shí)，如何能迅速、有序地從區(qū)間隧道內(nèi)組織乘客盡快疏散，消除或減少因疏散通道不通暢造成的傷亡?設(shè)置暢通的疏散通道成了解決上述問題的關(guān)鍵，而在隧道區(qū)間正線設(shè)緊急疏散平臺便是一種比較有效的方法。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的疏散平臺采用預(yù)制鋼筋混凝土平臺板與平臺鋼梁的組合結(jié)構(gòu)形式，圖1為其結(jié)構(gòu)組成。

主要結(jié)構(gòu)特征為：

1)選用150×150的H型鋼作為疏散平臺的鋼梁，并根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017—2003)的規(guī)定設(shè)置3道橫向加勁肋，加勁肋厚10 mm;

圖1 疏散平臺結(jié)構(gòu)

2)混凝土平臺板采用75 mm厚的現(xiàn)澆板，考慮到連續(xù)梁受力的不確定性，可能導(dǎo)致平臺板發(fā)生破壞，建議采用簡支板，配筋形式為單向配5φ12@200 mm;

3)根據(jù)規(guī)范要求，建議選用尺寸為300 mm×250 mm×14 mm的端頭鋼板，并由4個(gè)對稱布置的M20定型化學(xué)錨栓固定，螺桿選擇鍍鋅的性能等級為8.8級的鋼螺桿，如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)檢算

2.1 檢算標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 螺栓檢算標(biāo)準(zhǔn)

本設(shè)計(jì)所用的螺栓為M20定型化學(xué)錨栓，螺桿選擇鍍鋅的性能等級為8.8級的鋼螺桿?？芍渎菟ú馁|(zhì)公稱抗拉強(qiáng)度為800 MPa級，屈服強(qiáng)度比值為0.8，公稱屈服強(qiáng)度達(dá)800×0.8=640 MPa級。

2.1.2 端頭鋼板和H型鋼檢算標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊可知Q235B鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215 MPa，最大撓度與跨度的比值要控制在1/400以內(nèi)。

2.1.3 混凝土檢算標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)力檢算根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10002.3—2005)規(guī)定的數(shù)值。

2.2 計(jì)算模型

2.2.1 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算參數(shù)如表1所示。

2.2.2 計(jì)算模型

利用ANSYS軟件建立有限元模型，在計(jì)算模型中，H型鋼、端頭鋼板、螺栓、仰拱均采用Solid45實(shí)體單元模擬，采用連續(xù)分布參數(shù)軌道模型而不用簡化的等效集中參數(shù)軌道模型，以適合于復(fù)雜問題的定量分析，其中為節(jié)約計(jì)算時(shí)間和空間，仰拱只選取截面尺寸和端頭鋼板同樣大小，厚度為螺栓錨固厚度這一部分進(jìn)行計(jì)算，部分模型如圖2～圖4所示。

表1 計(jì)算參數(shù)

2.2.3 邊界條件

1)黏結(jié)處理

由于H型鋼與端頭鋼板焊接在一起，所以H型鋼與端頭鋼板假定為黏結(jié);螺栓是緊緊地鎖在端頭鋼板上，所以端頭鋼板與螺栓假定為黏結(jié);螺栓是錨固在仰拱里，所以螺栓和仰拱假定為黏結(jié)(鋼板和仰拱并無黏結(jié)，只是通過螺栓相互聯(lián)系)，以保證實(shí)現(xiàn)計(jì)算目的。

2)接觸處理

由于端部鋼板和仰拱是接觸關(guān)系，所以端部鋼板和仰拱接觸采用接觸分析，其接觸采用剛體—柔體的接觸(由于端頭鋼板的剛度較大，于是選擇端頭鋼板為剛體部分，仰拱為柔體部分)。選擇端頭鋼板上與仰拱接觸的面為目標(biāo)面，用單元Targe170進(jìn)行模擬，并定義其摩擦系數(shù)為0.8;選擇仰拱上與端頭鋼板接觸的面為接觸面，用單元Conta173進(jìn)行模擬。

3)約束

在仰拱的6個(gè)面中，除與端頭鋼板接觸的面以外的5個(gè)面假定為全約束。

2.2.4 荷載

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，參照當(dāng)人流可能密集時(shí)樓梯的均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，取疏散平臺預(yù)制混凝土板均布活荷載為5 kN/m2;混凝土平臺板采用的是C30混凝土，重度取25 kN/m3。

2.3 H型鋼布置間距研究

H型鋼布置間距直接影響疏散平臺的受力情況，布置越密集結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，但是造價(jià)也越高，因此選擇一個(gè)合理的布置間距是非常必要的。本文選取不同H型鋼布置間距進(jìn)行計(jì)算，以求一個(gè)最合理、經(jīng)濟(jì)的H型鋼布置間距，計(jì)算時(shí)考慮到H型鋼與端頭鋼板焊接處為最薄弱處，所以將此處受力情況作為參考值。表2為不同的H型鋼布置間距時(shí)，H型鋼的最大應(yīng)力值。

表2 不同的間距下H型鋼的最大應(yīng)力值

由表2可知，當(dāng)布置間距＞1.8 m時(shí)，其最大應(yīng)力超過了其限值215 MPa，故本文建議H型鋼布置間距取1.8 m。

2.4 結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果

根據(jù)H型鋼布置間距計(jì)算，本設(shè)計(jì)的H型鋼布置間距取1.8 m，其人流荷載為60 kN/m2，混凝土平臺板自重荷載為22.5 kN/m2，經(jīng)過計(jì)算，疏散平臺部分部件的受力情況如圖5～圖10所示。

將計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表3中。

表3 疏散平臺結(jié)構(gòu)受力匯總

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：

1)應(yīng)力都集中兩個(gè)地方，第一是在H型鋼和端頭鋼板焊接處，第二是螺栓處;

2)螺栓所受到的應(yīng)力遠(yuǎn)小于其屈服極限640 MPa，滿足使用要求;

3)端頭鋼板各項(xiàng)條件都滿足使用要求;

4)H型鋼的拉應(yīng)力沒有超過其限值215 MPa，且其撓度滿足要求;

5)仰拱螺栓錨固處，出現(xiàn)應(yīng)力集中，其拉應(yīng)力遠(yuǎn)超其限值，所以在螺栓周圍會出現(xiàn)混凝土拉裂的情況，這是局部現(xiàn)象，不影響結(jié)構(gòu)的整體性能，但是會影響螺栓錨固抗拔力的耐久性。

3 結(jié)語

本文提供的地鐵疏散平臺，屬錨固在地鐵仰拱的鋼梁—混凝土板結(jié)構(gòu)，受力明確，安裝簡便，且易于養(yǎng)護(hù)維修。不失為一種較好的地下鐵道疏散平臺。

［1］宋勇.精通ANSYS有限元分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［2］周長城.ANSYS 11.0基礎(chǔ)與典型范例［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［3］徐錫江.大跨橋上縱連板式軌道縱向力計(jì)算研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007.

［4］趙國堂.高速鐵路無碴軌道結(jié)構(gòu)［M］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［5］段玉振，張麗平，楊榮山.隧道內(nèi)摩擦板和端刺方案研究［J］.鐵道建筑，2011(6)：61-64.

U231+.92

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2012.10-17

1003-1995(2012)10-0055-03

2012-03-20;

2012-06-18

虞偉家(1986— )，男，河南省光山縣人，助理工程師。

(責(zé)任審編 孟慶伶)