地铁屏蔽门风压实测研究
摘 要 将风洞动态测压技术应用于地铁屏蔽门风压测试,进行国内首次地铁屏蔽门风压现场实测,确定各种工况下屏蔽门上的风压大小和规律。重点介绍了测试方法并选择性地对测试结果进行分析。（参考《www.jianzhu518.com》）
关键词 地铁车站,屏蔽门,风压,实测
屏蔽门系统设置于地铁站台边缘,在列车到达和出发时可自动开启和关闭。其功能门部分一般由固定门、滑动门、应急门及端门组成。屏蔽门承受外荷载主要有:①风压,②人群荷载,③冲击荷载,④地震荷载。其中风压主要由列车活塞效应和车站空调系统造成,一般根据工程经验估计[1],也有通过数值模拟分析确定。但不同工况下实际风压究竟多大,目前未见有相关文献介绍。由于地铁屏蔽门造价昂贵,且其设计是否合理关系到人民的生命安全,所以进行地铁屏蔽门风压实测,获得风压的大小及分布规律,为屏蔽门的设计及相关研究提供依据具有实际意义。
1 测试方案的确定
进行地铁屏蔽门风压实测主要存在以下两个问题:①测点位置在屏蔽门近轨道的一侧,直接关系到列车的正常运行,需要多方面的密切配合才能实现;②由于地铁的行驶速度较快,测试仪器必须具有相当高的采集速度和精度才能满足需要。
对于问题①,除进行严密的组织、统筹外,关键在确定布点方案时应做到:选择有代表性的测点,尽量减少测点的数量;测点布置在合适的位置,确定稳固可靠的连接固定方案,确保不对列车安全造成影响。
对于问题②,目前风压测量使用的仪器主要有:补偿式微压计,机械式风速计,热线风速仪,电子扫描阀系统。其中补偿式微压计和机械式风速计无法满足测试的采样速度要求;热线风速仪可以满足速度和精度要求,但列车运营时带起的灰尘无法控制,不能满足该仪器对工作环境的要求。故上述三者不宜采用。而以电子扫描阀为主要测量仪器的风洞动态测压技术作为确定被测物体表面风压分布的常规方法已被广泛应用于航空、建筑、桥梁和汽车等领域,具有数据采集速度快、精度高、可靠性和稳定性好等特点。目前比较先进的电子扫描阀如DSM3200的采样频率最高达50kHz,精度可达到0.508Pa,可实现多点同时测试[2]。所以将风洞动态测压技术应用于轨道交通区间隧道、车站隧道的风压测试研究,可以满足测试的需要。
测试在广州地铁2号线市二宫站进行。在区间隧道、车站隧道内挑选有代表性的测点9个;采用毕托管、传压管路和DSM3200电子扫描阀组成信号采集系统,分别测试4种典型工况下测点位置处风压随时间变化的历程。两次信号采集的时间间隔为0.5ms,满足采集速度的要求。
2 测点布置
测点分布于屏蔽门和区间隧道壁(如图1所示):
1)固定门及其上方布置6个测点,编号分别为1~6。其中4、5、6号测点位于固定门立柱附近,离站台地面的垂直距离分别约为0.7、1.1、0.7m;1、2、3号测点位于屏蔽门顶箱上方隧道壁。
2)区间隧道侧壁布置8、9两个测点。
3)屏蔽门端门布置1个测点,编号7,离站台地面的垂直距离约为1.1m。
压力基准点(屏蔽门上所有测点风压取值均为测点风压绝对值与压力基准点风压绝对值的压差)和电子扫描阀一起放置在车站站台的仪器箱中,既可保证压力基准点风压与站台风压一致,又可最大程度地减弱风压波动带来的影响。
3 测试工况
经过分析比较并结合现场的实际情况,特别考虑了在特殊情况下列车以70km/h过站的情况。
测试在以下4种工况下进行:
1)车站隧道风机和站内空调通风系统正常运行,没有列车经过或进站时;
2)车站隧道风机和站内空调通风系统正常运行,列车进站、出站时;
3)车站隧道风机和站内空调通风系统正常运行,区间隧道4台风机排风,列车进站、出站时;
4)车站隧道风机和站内空调通风系统正常运行,区间隧道风机排风,列车以70km/h的速度过站时。
4 测试仪器
本次试验采用目前美国Scanivalve公司生产的DSM3200电子式压力扫描阀系统,扫描频率为50kHz。在各测点处布置毕托管,毕托管的总压方向指向列车进入测试区间的方向。毕托管和扫描阀间以传压管连接,由计算机控制扫描阀进行数据采集。测试系统框图如图2所示。为了在计算机上进行自动数据采集和处理,采用Labview VB编程语言为本次测试开发了专用的数据采集和处理软件。
5 典型测试结果分析
风压均垂直于测点所在表面,规定正值为指向某个表面的力(压力),负值为离开某个表面的力(吸力)。
由于篇幅原因,本文仅对最具有代表性的第2种工况下4、5、6号测点的结果进行简要介绍和分析。
从图3~5可见,列车进站时:①整个列车进站的过程中,风压表现为负压向正压变化的过程;②在列车靠近站台、进站过程中,负压逐步减小,转为正压并逐步增强;③由于列车进站是一个减速过程,正压在达到最大后也逐步下降;④由于列车靠近测点6时已经处于较低的速度,所以测点6的风压比测点4、5小。
6 结论
1)通过将风洞动态测压技术应用于地铁屏蔽门风压测试,顺利地进行了地铁屏蔽门风压实测,所获得的数据是可靠的。
2)各测点的风压分布与风速分布情况比较相似。各种工况下各测点的风压变化测试值的变化规律均与理论分析吻合。
3)可以通过屏蔽门的风压变化推算风速变化规律,为相关的研究提供依据。
参考文献
[1]陈海辉.地铁屏蔽门的机械设计及力学模型[J].华南理工大学学报(自然科学版),2004(4):74.
[2]马思龙.风速(量)测试方法探讨[J].中国测试技术,2003(6):41.
[3]舒新玲,周岱,王泳芳.风荷载测试与模拟技术的回顾及展望[J].振动与冲击,2002(3):6.