隨著城市交通的迅速發(fā)展,自動(dòng)扶梯在城市中的應(yīng)用越來越廣泛,國家對(duì)自動(dòng)扶梯的安全性能也提出了更高層次的要求,自動(dòng)扶梯的桁架是扶梯的骨架，也是保障扶梯安全運(yùn)行的主要部件之一，這就需要桁架設(shè)計(jì)者在進(jìn)行自動(dòng)扶梯桁架設(shè)計(jì)的過程中掌握一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)。本文結(jié)合我國國標(biāo)中自動(dòng)扶梯桁架設(shè)計(jì)的強(qiáng)度與剛度的要求,提出在自動(dòng)扶梯金屬桁架設(shè)計(jì)過程中關(guān)于應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
    隨著近年來科技的發(fā)展，作為一種便利的輸送工具，自動(dòng)扶梯被車站、機(jī)場、百貨商場等人流量大的地方廣泛的使用。但是自動(dòng)扶梯的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上尚存在一些不足，主要的表現(xiàn)是外形拙笨，存在很大的自重，造價(jià)成本高等現(xiàn)象，本文就針對(duì)這些現(xiàn)象，結(jié)合有限元分析的方法，對(duì)自動(dòng)扶梯的桁架設(shè)計(jì)提出一些要點(diǎn)。
    自動(dòng)扶梯結(jié)構(gòu)承載特點(diǎn)
    自動(dòng)扶梯承受的載荷主要來源于兩個(gè)方面，1）自重，即自動(dòng)扶梯本身的驅(qū)動(dòng)裝置、扶手裝置、階梯梯級(jí)和一些金屬支撐結(jié)構(gòu)等部件的自重。2）載客、載物的載荷，即在階梯上的乘客的體重和帶的貨物的質(zhì)量造成的荷載。但是由于有些自動(dòng)扶梯安裝在商場和車站等人流量比較大的地方，在自動(dòng)扶梯上的載荷分布比較復(fù)雜。比如在車站有些乘客帶著較重的旅行包導(dǎo)致自動(dòng)扶梯局部載荷較大，或者乘客都過多的集中在自動(dòng)扶梯的一部分也造成扶梯的荷載過多的集中在某一側(cè)造成不同的偏載載荷。
    自動(dòng)扶梯支撐結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度要求
    2.1剛度要求
    自動(dòng)扶梯中使用著較多的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)的剛度從某一點(diǎn)上決定了這自動(dòng)扶梯的質(zhì)量。根據(jù)GB16899-2011《自動(dòng)扶梯和人行道的制造與安裝安全規(guī)范》中5.2.5條款的要求，自動(dòng)扶梯在5000N\㎡的乘客載荷下,普通型的自動(dòng)扶梯的支撐結(jié)構(gòu)擾度不應(yīng)超過所支撐距離的1\750,公共型的自動(dòng)扶梯的支撐結(jié)構(gòu)擾度不應(yīng)該超過所支撐距離的1\1000。自動(dòng)扶梯的設(shè)計(jì)必須滿足這樣的剛度要求。
    2.2強(qiáng)度要求
    自動(dòng)扶梯主體的支撐結(jié)構(gòu)是開口式的桁架結(jié)構(gòu)，桁架的橫截面積的形心會(huì)在垂直方向有一定的向下偏移，在自動(dòng)扶梯載荷的作用下桁架結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)整體彎曲變形的趨勢。上弦桿承受著壓力，下弦桿受到拉力的作用。還有在自動(dòng)扶梯內(nèi)部的各個(gè)結(jié)構(gòu)相應(yīng)受到力的作用。在設(shè)計(jì)自動(dòng)扶梯的時(shí)候要運(yùn)用有效的方法對(duì)桿件的受力進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而確定他們的選材。一般情況下，自動(dòng)扶梯的支撐結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)都取2.5，以保證自動(dòng)扶梯安全運(yùn)行。
    自動(dòng)扶梯支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    由于支撐結(jié)構(gòu)在自動(dòng)扶梯中有著較多的使用，支撐結(jié)構(gòu)的性能決定了自動(dòng)扶梯的質(zhì)量。而在支撐結(jié)構(gòu)中剛度和強(qiáng)度是其主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)剛度和強(qiáng)度構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是需著重考慮的。自動(dòng)扶梯在運(yùn)行中以服務(wù)人、便利人行走為主要目的，所以無論是何種的優(yōu)化設(shè)計(jì)，安全是應(yīng)該放在首位的。對(duì)自動(dòng)扶梯的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)從如下幾個(gè)方面入手：
    3.1保證自動(dòng)扶梯的應(yīng)力安全
    自動(dòng)扶梯的應(yīng)力變化直接影響著扶梯的安全性能，各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力對(duì)自動(dòng)扶梯的安全運(yùn)行起著決定性的作用。根據(jù)GB16899-2011《自動(dòng)扶梯和人行道的制造與安裝安全規(guī)范》中對(duì)扶梯的剛度有著明確的規(guī)范和要求，構(gòu)件的應(yīng)力安全系數(shù)都應(yīng)在2以上，這樣才能保證自動(dòng)扶梯的運(yùn)行安全。尤其是扶梯中主弦桿、接頭、底板的應(yīng)力安全。
    3.2注意桿件幾何受力的變化
    在自動(dòng)扶梯中主弦桿是最直接、最主要的承載載荷的構(gòu)件，自動(dòng)扶梯由于有著較笨重的缺點(diǎn)，在進(jìn)行自動(dòng)扶梯的設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)通過減少主弦桿的橫截面積、底板的厚度來對(duì)自動(dòng)扶梯進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮p量化設(shè)計(jì)，在保證扶梯運(yùn)行安全的前提下來對(duì)自動(dòng)扶梯進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p輕自重。自動(dòng)扶梯中主弦桿的總長度可以達(dá)到幾十米甚至是百米，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)該結(jié)構(gòu)的重要性是顯而易見的，在進(jìn)行有限元模型的計(jì)算之后可以知道，在自動(dòng)扶梯的運(yùn)行中結(jié)構(gòu)應(yīng)力的最大值是出現(xiàn)在上弦桿的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要使上弦桿的橫截面積大于下弦桿的橫截面積。有時(shí)為了保證自動(dòng)扶梯的強(qiáng)度指標(biāo)，還會(huì)在上弦桿的外側(cè)貼板來增加上弦桿的應(yīng)力強(qiáng)度。
    底板在自動(dòng)扶梯中也是必不可少的受力部件，一般在扶梯桁架結(jié)構(gòu)的底部都有覆蓋，運(yùn)用有限元對(duì)底板的受力情況進(jìn)行分析，可以知道底板的厚度對(duì)桁架整體的剛度有著很大的貢獻(xiàn)作用，設(shè)計(jì)時(shí)要確保底板的結(jié)構(gòu)有著足夠的剛度，否則就可能會(huì)在自動(dòng)扶梯運(yùn)行的時(shí)候出現(xiàn)活動(dòng)梯級(jí)和裙板間的碰撞摩擦事故，造成很大的安全隱患。通常在設(shè)計(jì)時(shí)底板的厚度應(yīng)在3mm以上才可以滿足足夠的剛度要求。在某些時(shí)候還需要加厚底板或者采用布置適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋來提高剛度。
    3.3注意桁架的抗扭性
    開口桁架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)性是在扶梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易忽略的問題。在扶梯的運(yùn)行中存在著各種的偏載情況，使扶梯的受力不均勻，這樣扶梯的整體結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。最嚴(yán)重的后果是使梯級(jí)和裙板間的間隙減少，出現(xiàn)梯級(jí)和裙板的摩擦和碰撞，這往往是導(dǎo)致自動(dòng)扶梯出現(xiàn)事故的主要原因。因此，抗扭性是在進(jìn)行自動(dòng)扶梯桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮的因素，可以通過計(jì)算合理的布置加強(qiáng)筋來提高抗扭轉(zhuǎn)性能。
    3.4減少接頭組的數(shù)量    
    在扶梯的桁架結(jié)構(gòu)的連接中，接頭是最主要的連接構(gòu)件，但是在桁架結(jié)構(gòu)的連接中要保證足夠的剛度要求，接頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相對(duì)都比較復(fù)雜，接頭的質(zhì)量也相對(duì)較重，在自動(dòng)扶梯的運(yùn)行中接頭部分的磨損是最大的，在長時(shí)間的運(yùn)行中會(huì)有受力不均的安全隱患，這時(shí)候?qū)宇^的受力也會(huì)有偏移，接頭容易出現(xiàn)斷裂。因此自動(dòng)扶梯金屬桁架設(shè)計(jì)者需要在保證自動(dòng)扶梯運(yùn)行安全情況下采取合理的設(shè)計(jì)減少接頭的數(shù)量，從源頭上避免隱患的出現(xiàn)。

    綜前所述，對(duì)自動(dòng)扶梯的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出以下要點(diǎn)：
    ①保證自動(dòng)扶梯的桁架具有足夠的強(qiáng)度、剛度、抗扭性以保障自動(dòng)扶梯的安全運(yùn)行。
    ②對(duì)上下弦桿的受力不同的特征，可以對(duì)上下弦桿采用不同橫截面積的型材。
    ③減少不必要的接頭構(gòu)件，從而減小自重，降低因接頭損壞造成的安全事故的發(fā)生。
    ④運(yùn)用合理的分析，綜合考慮自動(dòng)扶梯的運(yùn)行，要考慮電梯在偏載載荷下的受力特征。充分注意受力不均勻?qū)ψ詣?dòng)扶梯運(yùn)行造成的影響。