列車無(wú)障礙夾層坡板的研究

覃璐　李濤

摘 要：通常列車車廂地面與站臺(tái)地面間存在高差，令行動(dòng)不便人士上下車?yán)щy。為克服困難，提出一種用于列車的無(wú)障礙夾層坡板，主要由板體、頂部搭接楔和底部搭接楔組成，重量輕，安全性高，與車廂和站臺(tái)搭接牢固、順暢，便于攜帶。

關(guān)鍵詞：無(wú)障礙裝置；夾層坡板；復(fù)合材料力學(xué)；列車；站臺(tái)；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)

中圖分類號(hào)：U270.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）16-0070-04

人們上下地鐵或高鐵列車時(shí)，?？吹搅熊囓噹孛媾c站臺(tái)地面間存在5厘米至10厘米的高差，令老人、殘疾人等行動(dòng)不便人士上下車?yán)щy，見(jiàn)圖1和圖2。這是列車和站臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)刻意而為之的。一些列車下方安裝有彈簧，用于減小振動(dòng)感。當(dāng)列車下方為空氣彈簧時(shí)，空氣彈簧能感應(yīng)車廂的載重量。載重量增加時(shí)空氣彈簧自動(dòng)充氣，載重量減小時(shí)空氣彈簧自動(dòng)排氣，使車廂地板和軌道的高差始終保持在110厘米。而站臺(tái)地面高度為100厘米至105厘米，造成列車車廂地面與站臺(tái)地面間5厘米至10厘米的高差[1]。在極端情況下，靠站臺(tái)的空氣彈簧破裂，或兩側(cè)的空氣彈簧同時(shí)破裂，整個(gè)列車會(huì)向站臺(tái)傾斜或整體下沉。列車車廂地面與站臺(tái)地面間5厘米至10厘米高差的好處是，防止極端情況下車門下端抵住站臺(tái)而無(wú)法打開(kāi)。此外，車輪會(huì)隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間逐漸磨損，這使車輪直徑逐漸減小。列車車廂地面與站臺(tái)地面間5厘米至10厘米的高差也為車輪的磨損留出一定空間。

對(duì)于列車車廂地面與站臺(tái)地面間5厘米至10厘米高差的問(wèn)題，目前有一些相近的解決方案。魏蓂（2004）針對(duì)目前客站內(nèi)客車車輛與高站臺(tái)間存在的空隙對(duì)旅客安全乘降造成影響的現(xiàn)狀，提出了采用土建和設(shè)備兩種不同的解決方案[2]。該兩種方案僅適用于列車和站臺(tái)間存在水平空隙的問(wèn)題，對(duì)于高差的問(wèn)題不完全適用。錢鈺鈞（2015）設(shè)計(jì)一種無(wú)障礙坡板，該坡板由第一踏板總成、第二踏板總成和縱向連接總成組成，但未說(shuō)明斜板與臺(tái)階頂部和臺(tái)階前方的搭接情況[3]。胡笑蘭（2016）等設(shè)計(jì)一種用于站臺(tái)與公交車間縫隙的鏈接，主要由波紋板和臨空邊緣側(cè)板組成無(wú)障礙斜板，但未做詳細(xì)說(shuō)明[4]。江喜來(lái)（2016）等設(shè)計(jì)一種無(wú)障礙斜板結(jié)構(gòu)，該斜板由平板、支撐板、擋邊和中空肋柱等組成，但未說(shuō)明斜板與臺(tái)階頂部和臺(tái)階前方的搭接情況[5]。季曉閩（2016）等設(shè)計(jì)一種分體式無(wú)障礙斜板結(jié)構(gòu)，該斜板包括兩對(duì)稱的平板在中部通過(guò)一粘片連接，平板為碳纖板或玻纖板，平板的外側(cè)分別設(shè)有擋板，但未說(shuō)明斜板與臺(tái)階頂部和臺(tái)階前方的搭接情況[6]。楊瀛（2016）設(shè)計(jì)一種組合式無(wú)障礙坡道，該坡道包括自上而下寬度依次遞增的若干坡道層，所有坡道層的一端均對(duì)齊，在每個(gè)坡道層的另一端均連接有斜板，每個(gè)坡道層的寬度均比其頂部的坡道層寬一個(gè)斜板的寬度，該坡道適用于具有固定高度的臺(tái)階，但對(duì)于列車車廂地面與站臺(tái)地面間的高差變化的情況，該坡道不便于調(diào)整坡度[7]。

本研究要解決的問(wèn)題是，提供一種用于列車的無(wú)障礙夾層坡板，不僅解決列車車廂地面與站臺(tái)地面間高差造成行動(dòng)不便人士上下車?yán)щy的問(wèn)題，且坡板重量輕，安全性高，與列車車廂和站臺(tái)搭接牢固、順暢，在不使用時(shí)便于攜帶。本研究立足于復(fù)合材料力學(xué)[8]，尤其是謝馨媛（2013）[9]、李濤（2013，2013，2014，2014）等[10][11][12][13]、楊陽(yáng)（2016）[14]、韋斌凝（2017）[15]等對(duì)夾層板受力的研究工作，提出了一種列車無(wú)障礙夾層坡板。

1 技術(shù)方案

見(jiàn)圖3，一種用于列車的無(wú)障礙夾層坡板，包括板體、頂部搭接楔和底部搭接楔。頂部搭接楔搭接在列車車廂地面上；底部搭接楔搭接在站臺(tái)地面上。

坡板傾斜的正方向與反方向定義為受力方向，與受力方向垂直且為水平的方向定義為非受力方向，見(jiàn)圖3。

見(jiàn)圖4，板體為矩形板。板體在非受力方向總的寬度不小于1米，且不大于列車車門和站臺(tái)屏蔽門的有效寬度。板體的坡度不大于1：8。為了防止拐杖頭和輪椅前面的小輪滑出，板體的非受力方向的臨空邊緣設(shè)置遮擋板，遮擋板高出板體上表面不小于50mm，兩側(cè)遮擋板間的凈距不小于1米。見(jiàn)圖5和圖6，板體為夾層板，包括上、下兩層面板和中間層芯板。上、下兩層面板的厚度都小于芯板的厚度。上、下兩層面板的強(qiáng)度、剛度和密度都不小于芯板的強(qiáng)度、剛度和密度。面板和芯板可靠粘結(jié)，粘結(jié)強(qiáng)度不小于芯板的強(qiáng)度。為了保護(hù)板體的邊緣，板體邊緣有槽型塊包裹。槽型塊的強(qiáng)度不小于面板的強(qiáng)度。槽型塊與板體可靠粘結(jié)，粘結(jié)強(qiáng)度不小于槽型塊或面板的強(qiáng)度。板體的非受力方向的臨空邊緣的槽型塊與遮擋板成為一體。坡板滿足現(xiàn)行無(wú)障礙設(shè)計(jì)規(guī)范[16]。

當(dāng)上、下面板為相同材料時(shí)，芯板的彎矩允許值按式（1）計(jì)算，上、下面板的彎矩允許值按式（2）計(jì)算[10]：

當(dāng)Mmax≤Mu1且Mmax≤Mu2且Qmax≤Qu1時(shí)，板體滿足承載力驗(yàn)算。

見(jiàn)圖7，頂部搭接楔為三棱柱體。為了通行順暢，其高度與板體的厚度相等。其寬度與板體的寬度相等。其位置與板體對(duì)齊。其上表面的坡度不大于1：8。在使用時(shí)，其下表面與列車車廂地面平行。其下表面與其側(cè)表面垂直。其下表面與其背表面垂直。其下表面與列車車廂地面間的摩擦系數(shù)不小于1：8。頂部搭接楔滿足現(xiàn)行無(wú)障礙設(shè)計(jì)規(guī)范[16]。

見(jiàn)圖8，底部搭接楔為三棱柱體。為了通行順暢，其高度與板體的厚度相等。其寬度與板體的寬度相等。其位置與板體對(duì)齊。

其上表面的坡度不大于1：8。在使用時(shí)，其下表面與站臺(tái)地面平行。其下表面與其側(cè)表面垂直。其下表面與其背表面垂直。其下表面與站臺(tái)地面間的摩擦系數(shù)不小于1：8。底部搭接楔滿足現(xiàn)行無(wú)障礙設(shè)計(jì)規(guī)范[16]。

見(jiàn)圖9和圖10，板體與頂部搭接楔間有合頁(yè)連接。合頁(yè)上有螺釘孔。合頁(yè)的一個(gè)頁(yè)用螺釘固定于板體的受力方向的上邊緣，另一個(gè)頁(yè)用螺釘固定于頂部搭接楔下表面。當(dāng)坡板不使用時(shí)，通過(guò)改變合頁(yè)兩個(gè)頁(yè)的夾角，即改變板體與頂部搭接楔間的夾角，將坡板折疊起來(lái)，起到便攜的作用，見(jiàn)圖11。

見(jiàn)圖9和圖12，板體與底部搭接楔間有合頁(yè)連接。合頁(yè)上有螺釘孔。合頁(yè)的一個(gè)頁(yè)用螺釘固定于板體的受力方向的下邊緣，另一頁(yè)用螺釘固定于底部搭接楔上表面。當(dāng)坡板不使用時(shí)，個(gè)通過(guò)改變合頁(yè)兩個(gè)頁(yè)的夾角，即改變板體與底部搭接楔間的夾角，將坡板折疊起來(lái)，起到便攜的作用，見(jiàn)圖11。

見(jiàn)圖9和圖13，板體側(cè)表面與頂部搭接楔側(cè)表面間有角度固定裝置，用于固定板體與頂部搭接楔間的角度。見(jiàn)圖9和圖14，板體側(cè)表面與底部搭接楔側(cè)表面間有角度固定裝置，用于固定板體與底部搭接楔間的角度。角度固定裝置有兩個(gè)臂，兩個(gè)臂上有螺釘孔，一個(gè)臂用螺釘固定于板體側(cè)表面，另一個(gè)臂用螺釘固定于頂部搭接楔側(cè)表面或底部搭接楔側(cè)表面。

見(jiàn)圖9、圖15和圖16，在角度固定裝置的兩個(gè)臂的連接處，其中一個(gè)臂上固定有螺栓，另一個(gè)臂上有臂孔洞，臂孔洞的直徑大于螺栓的直徑，螺栓穿過(guò)臂孔洞。螺栓穿過(guò)臂孔洞后，再穿過(guò)一個(gè)墊片，該墊片有一墊片孔洞，墊片孔洞的直徑大于螺栓的直徑，螺栓穿過(guò)墊片孔洞。螺栓穿過(guò)墊片孔洞后，有一個(gè)螺母，該螺母與螺栓配套，螺母用于擰緊螺栓。墊片孔洞的直徑不大于螺母的外尺寸。螺母在環(huán)向外表面有助擰齒，助擰齒便于用手?jǐn)Q緊螺母。角度固定裝置的兩個(gè)臂的相互接觸面有鋸齒，當(dāng)螺母與螺栓擰緊時(shí)，兩個(gè)臂的鋸齒相互咬合，導(dǎo)致兩個(gè)臂間的角度固定，進(jìn)而固定板體與頂部搭接楔或底部搭接楔間的角度；當(dāng)螺母與螺栓擰松時(shí)，兩個(gè)臂的鋸齒相互脫開(kāi)，導(dǎo)致兩個(gè)臂間的角度可變，進(jìn)而板體與頂部搭接楔或底部搭接楔間的角度可變。角度固定裝置的轉(zhuǎn)軸與合頁(yè)的轉(zhuǎn)軸相同。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)對(duì)象為一種用于列車的無(wú)障礙夾層坡板。共10個(gè)樣本。平均重量為2.8千克。

板體在非受力方向總寬度為1.05米，在受力方向的總長(zhǎng)度為0.9米，坡度為1：9。板體的上、下兩層面板的厚度皆為1.4毫米，芯板的厚度為6毫米。上、下兩層面板的材料為聚丙烯樹(shù)脂，屈服強(qiáng)度為25MPa，彈性模量為2000MPa，密度為0.92克每立方厘米；芯板的材料為發(fā)泡聚苯乙烯，抗壓強(qiáng)度為13MPa，抗拉強(qiáng)度為25MPa，抗剪強(qiáng)度為11MPa，彈性模量為424MPa，密度為0.024克每立方厘米。面板和芯板間采用黏膠可靠粘結(jié)。

頂部搭接楔的材料為聚丙烯樹(shù)脂。高度為7毫米。寬度為1.2米。長(zhǎng)度為100毫米。上表面的坡度為0.07。下表面與潮濕的列車車廂地面間的摩擦系數(shù)為0.2。

底部搭接楔的材料為聚丙烯樹(shù)脂。高度為7毫米。寬度為1.2米。長(zhǎng)度為100毫米。上表面的坡度為0.07。下表面與潮濕的站臺(tái)地面間的摩擦系數(shù)為0.2。

將頂部搭接楔搭接在高度為10厘米的臺(tái)階頂部，底部搭接楔搭接在臺(tái)階前方。采用電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)[17]對(duì)坡板跨中施加集中荷載，以荷載-位移曲線突然下降為破壞判別標(biāo)準(zhǔn)，單調(diào)加載直到破壞。10個(gè)樣本的極限承載力見(jiàn)表1。

按式（1）至式（5）計(jì)算，得到坡板的計(jì)算極限承載力為1.1297kN。10個(gè)樣本的試驗(yàn)極限承載力的均值為1.1532kN，高于計(jì)算極限承載力2.08%。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究提供了一種用于列車的無(wú)障礙夾層坡板，解決了列車車廂地面與站臺(tái)地面間高差造成行動(dòng)不便人士上下車?yán)щy的問(wèn)題。坡板重量輕，平均重量為2.8千克。安全性高，滿足現(xiàn)行無(wú)障礙設(shè)計(jì)規(guī)范，且試驗(yàn)極限承載力的均值高于計(jì)算極限承載力2.08%。頂部和底部搭接楔與列車車廂和站臺(tái)間的摩擦系數(shù)0.2，合頁(yè)受力合理，角度固定裝置可靠固定頂部和底部搭接楔的角度，因此坡板搭接牢固。在不使用時(shí)可折疊起來(lái)，便于攜帶。

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