复合材料疏散平台荷载试验与分析
摘 要：地铁隧道疏散平台采用复合材料可有效提高地铁建（构）筑物的防锈防腐性能，保证地铁结构使用寿命和运营安全，为了检验其结构刚度和强度，模拟人群静载和隧道活塞风载对某隧道进行了现场荷载试验，结果均满足设计要求。
关键词：疏散平台；复合材料；荷载试验
1引言
地铁站及地铁列车内人员密集，一旦发生火灾或其他紧急情况，则易因乘客逃生困难而造成群死群伤的严重后果，因此隧道的安全疏散就成为地铁设计中的一个研究课题。由于地铁客流量巨大，遇紧急情况时逃生条件差、距离长、途径少及时间紧迫，地铁隧道设计必须采取有效措施解决这一难题，因此设置火灾逃生的消防疏散平台是当前解决地铁隧道火灾等问题的有效方法之一。
众所周知，若隧道区间消防疏散平台构件选择金属材质，在潮湿的隧道环境中不仅易被锈蚀，也易受隧道内敷设的线缆的电化腐蚀，而这些锈蚀或腐蚀不仅会增加运营的维修、保养工作量，严重时还会造成意外事故的发生，甚至影响到结构的使用寿命与运营安全。
针对上述技术难点，广州地铁3、4号线建设过程中提出应用复合材料替代隧道中易腐蚀钢构件的研究课题，并研究开发出满足地铁工程的耐腐蚀且具有良好的绝缘性能、热性能、防火性能、力学性能和性价比合理的高分子复合材料以及相关应用技术，解决长期困扰的金属腐蚀、绝缘安装、运营安全和安装维护等技术难题，填补国内轨道交通工程复合材料应用技术的空白，推动轨道交通领域的技术进步。
采用复合材料的疏散平台不仅具有轻质高强、安装方便简易、易于调整、易于运营的性能，且有效地提高了地铁建（构）筑物的防锈防腐性能，是提高地铁建设速度的有效措施。尤其是复合材料防火性能较好，导热系数低，有利于降低消防疏散平台在隧道火灾工况下的温升速度，使人员安全疏散，但对于产品是否满足功能的强度及刚度要求，必须进行模拟现场荷载试验。
2工程概况
广州地铁3、4号线是国内首家采用侧向疏散平台进行乘客疏散设计的地铁线路［1］，为了检验疏散平台的结构刚度和强度是否满足设计要求，我们在地铁4号线某隧道施工现场内对采用复合材料制成的疏散平台进行了荷载试验。
本次试验构件长6m，跨径布置为6×1m，宽度为1.1m。设计正向静载要求为5kN/ m2，隧道活塞风等效反向静载要求为3.5kN /m2，安全系数n=3。
3荷载试验方案
3.1试验目的
通过测试该疏散平台在设计荷载作用下的应力（应变）、挠度特性等力学性能，判断其结构刚度和强度能否满足工程设计要求。
3.2试验内容
本次试验主要分为模拟人群静载试验和模拟隧道活塞风载试验两部分，具体如下：
⑴模拟人群静载试验：分别测试结构在荷载P、2P（设计荷载）作用下的应力（应变）和挠度，并观察结构在3P作用下的结构响应。
⑵模拟隧道活塞风载试验：测试结构在模拟隧道活塞风载作用下的结构响应。
3.3试验方法
⑴模拟人群静力荷载试验：在安装于隧道壁的疏散平台上任取相邻两跨平台进行，如图1所示。图中W1、W2为量程0～30mm、最小读数0.01mm的百分表，分别测取设计荷载下的平台中心挠度和横梁的最大竖向位移。
⑵模拟隧道活塞风载试验：在安装于隧道壁的疏散平台上任取相邻两跨平台进行，在平台底部绑上面积与平台相等的泡沫塑料和20mm厚的夹板，夹板中央放置1块20×20保护钢板，便可用带读数的千斤顶在两钢板中部同时加载，如图2所示。
3.4加载方式与设计要求
⑴在平台上施加P=5kN /m2并持荷60min，平台中心挠度应满足W1≤L1150=6.66mm，横梁最大挠度应满足W2≤L2125=8.8mm的要求（L1、L2分别为平台跨距和横梁长度）。
⑵拆除百分表，在平台上施加3P（15kN m2）并持荷20min，平台结构各构件不应产生材料崩落、局部开裂等破坏现象。
⑶在使用千斤顶（模拟隧道活塞风载）对疏散平台反向加载过程中，前两级加载时间均为5min。当荷载达到3P时加载20min，疏散平台不应发生上掀而使结构产生肢解破裂的现象。
4荷载试验结果分析
4.1结构刚度
在各级正向荷载作用下，W1、W2挠度观测点试验结果如下：
⑴平面踏板：在1P（11kN）加载60min后，挠度为-3.56mm；在2P （22kN）加载30min后，挠度为-5.08mm；在3P（33kN）加载20min后，各构件未产生材料崩落局部开裂等现象；结构刚度满足设计要求。
⑵横梁：在1P（11kN）加载60min后，挠度为-1.89mm；在2P（22kN）加载30min后，挠度为-4.84mm；在3P（33kN）加载20min后，各构件未产生材料崩落、局部开裂等现象；结构刚度满足设计要求。
⑶疏散平台整体：在各级反向荷载作用下的响应结果如下：在1P（7.7kN）、2P（15.4kN）分别加载并持荷5min后，各构件工作性能良好；在3P（23.1kN）加载并持荷20min后，疏散平台未发生上掀而使结构产生肢解破裂的现象。
4.2结构强度
通过对横梁和斜撑在荷载作用下的应力变化测试来评定，测点布置如图3，在荷载作用下各测点的应力测试结果见表1。
5结论
5.1在模拟人群荷载试验中，结构在1P、2P（设计荷载）作用下，平台踏板和横梁的挠度值均未超过设计允许值，在3P作用下结构各构件未产生材料崩落、局部开裂等现象，且结构强度满足要求。
5.2在模拟隧道活塞风荷载试验中，结构在3P作用下，各构件工作性能良好，疏散平台未发生上掀而使结构产生肢解破裂的现象。
试验结果表明，广州地铁4号线某隧道内使用的复合材料疏散平台的刚度和强度均能满足设计要求。复合材料疏散平台可有效提高地铁建构筑物的防锈防腐性能，保证结构使用寿命和运营安全，值得推广应用。
参 考 文 献
［1］李毅雄，刘书春.装有侧向疏散平台的地铁区间乘客疏散［J］.都市快轨交通，2007（4）
京公网安备 11010202007575号