地铁区间疏散平台结构设计研究

摘 要: 设计了一种地铁隧道内乘客紧急疏散平台，并根据这种结构建立了结构有限元分析模型，研究了H 型钢不同布置间距的情况下疏散平台的受力情况，继而对该种疏散平台的各部件进行静力检算。最后研究结果表明: H 型钢布置间距在 1. 8 m 以下时，各部件受力情况良好，满足使用要求。同时，为运营接管后该设备的维修保养部门更有针对性地进行预防性检修提供了依据。 关键词: 地铁 疏散平台 结构设计 布置间距

随着国民经济的迅速发展，各大中城市的交通状况逐渐拥挤。地铁凭着它快捷、舒适等优点已经逐渐成为解决这些城市交通问题的有效途径。几乎所有城市的地铁车站、地铁列车内人员都非常密集。在乘坐地铁列车遇到恐怖袭击、输电系统故障以及发生火灾等事故时，如何能迅速、有序地从区间隧道内组织乘客尽快疏散，消除或减少因疏散通道不通畅造成的伤亡?设置畅通的疏散通道成了解决上述问题的关键，而在隧道区间正线设紧急疏散平台便是一种比较有效的方法。

1 结构设计

本文设计的疏散平台采用预制钢筋混凝土平台板与平台钢梁的组合结构形式，图 1 为其结构组成。主要结构特征为:

1 ) 选用150 × 150 的 H 型钢作为疏散平台的钢梁，并根据《钢结构设计规范》( GB 50017—2003) 的规定设置 3 道横向加劲肋，加劲肋厚 10 mm;

2) 混凝土平台板采用 75 mm 厚的现浇板，考虑到连续梁受力的不确定性，可能导致平台板发生破坏，建议采用简支板，配筋形式为单向配 512@200 mm;

3) 根据规范要求，建议选用尺寸为 300 mm × 250mm × 14 mm 的端头钢板，并由 4 个对称布置的 M20定型化学锚栓固定，螺杆选择镀锌的性能等级为 8. 8级的钢螺杆，如图 1 所示。

2 结构检算 2. 1 检算标准 2. 1. 1 螺栓检算标准

本设计所用的螺栓为 M20 定型化学锚栓，螺杆选择镀锌的性能等级为 8. 8 级的钢螺杆。可知，其螺栓材质公称抗拉强度为 800 MPa 级，屈服强度比值为0. 8，公称屈服强度达 800 × 0. 8 = 640 MPa 级。

2. 1. 2 端头钢板和 H 型钢检算标准

根据钢结构设计手册可知 Q235B 钢材的强度设计值 f = 215 MPa，最大挠度与跨度的比值要控制在1 /400以内。 2. 1. 3 混凝土检算标准

应力检算根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》( TB 10002. 3—2005) 规定的数值。 2. 2 计算模型 2. 2. 1 计算参数

计算参数如表 1 所示。

2. 2. 2 计算模型

利用 ANSYS 软件建立有限元模型，在计算模型中，H 型钢、端头钢板、螺栓、仰拱均采用 Solid45 实体单元模拟，采用连续分布参数轨道模型而不用简化的等效集中参数轨道模型，以适合于复杂问题的定量分析，其中为节约计算时间和空间，仰拱只选取截面尺寸和端头钢板同样大小，厚度为螺栓锚固厚度这一部分进行计算，部分模型如图 2 ～ 图 4 所示。

2. 2. 3 边界条件 1) 黏结处理

由于 H 型钢与端头钢板焊接在一起，所以 H 型钢与端头钢板假定为黏结; 螺栓是紧紧地锁在端头钢板上，所以端头钢板与螺栓假定为黏结; 螺栓是锚固在仰拱里，所以螺栓和仰拱假定为黏结( 钢板和仰拱并无黏结，只是通过螺栓相互联系) ，以保证实现计算目的。 2) 接触处理

由于端部钢板和仰拱是接触关系，所以端部钢板和仰拱接触采用接触分析，其接触采用刚体—柔体的接触( 由于端头钢板的刚度较大，于是选择端头钢板为刚体部分，仰拱为柔体部分) 。选择端头钢板上与仰拱接触的面为目标面，用单元 Targe170 进行模拟，并定义其摩擦系数为 0. 8; 选择仰拱上与端头钢板接触的面为接触面，用单元 Conta173 进行模拟。 3) 约束

在仰拱的 6 个面中，除与端头钢板接触的面以外的 5 个面假定为全约束。 2. 2. 4 荷载

根据《建筑结构荷载规范》，参照当人流可能密集时楼梯的均布活荷载标准值，取疏散平台预制混凝土板均布活荷载为 5 kN/m2; 混凝土平台板采用的是C30 混凝土，重度取 25 kN / m3。 2. 3 H 型钢布置间距研究

H 型钢布置间距直接影响疏散平台的受力情况，布置越密集结构越稳定，但是造价也越高，因此选择一个合理的布置间距是非常必要的。本文选取不同 H型钢布置间距进行计算，以求一个最合理、经济的 H型钢布置间距，计算时考虑到 H 型钢与端头钢板焊接处为最薄弱处，所以将此处受力情况作为参考值。表 2 为不同的 H 型钢布置间距时，H 型钢的最大应力值。

由表 2 可知，当布置间距 ＞1. 8 m 时，其最大应力超过了其限值 215 MPa，故本文建议 H 型钢布置间距取 1. 8 m。

2. 4 结构检算结果

根据 H 型钢布置间距计算，本设计的 H 型钢布置间距取1. 8 m，其人流荷载为60 kN/m2，混凝土平台板自重荷载为 22. 5 kN/m2，经过计算，疏散平台部分部件的受力情况如图 5 ～ 图 10 所示。 将计算结果统计于表 3 中。

根据计算结果可知:

1) 应力都集中两个地方，第一是在 H 型钢和端头钢板焊接处，第二是螺栓处;

2) 螺栓所受到的应力远小于其屈服极限 640MPa，满足使用要求;

3) 端头钢板各项条件都满足使用要求;

4) H 型钢的拉应力没有超过其限值 215 MPa，且其挠度满足要求;

5) 仰拱螺栓锚固处，出现应力集中，其拉应力远超其限值，所以在螺栓周围会出现混凝土拉裂的情况，这是局部现象，不影响结构的整体性能，但是会影响螺栓锚固抗拔力的耐久性。 3 结语

本文提供的地铁疏散平台，属锚固在地铁仰拱的钢梁—混凝土板结构，受力明确，安装简便，且易于养护维修。不失为一种较好的地下铁道疏散平台。

参 考 文 献

［1］宋勇． 精通 ANSYS 有限元分析［M］． 北京: 清华大学出版社，2004．

［2］周长城． ANSYS 11. 0 基础与典型范例［M］． 北京: 电子工业出版社，2007．

［3］徐锡江． 大跨桥上纵连板式轨道纵向力计算研究［D］． 成都: 西南交通大学，2007．

［4］赵国堂． 高速铁路无碴轨道结构［M］． 北京: 中国铁道出版社，2006．