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关于高架车站设计中的关键技术问题探讨

时间:2022-11-02 20:10:04 来源:网友投稿

摘要:高架车站投入运营后为居民提供了“高效、便捷”的出行服务,同时也暴露出自身的不足:比如噪声、振动、节能等问题。本文对高架车站在运营过程中暴露出的问题进行分析。

关键词:高架车站;设计;举措

引言

1.当前高架车站运行中出现的问题

轨道交通系统不可避免地给城乡环境带来诸如噪声、振动、电磁辐射等问题,其中以列车行驶中的噪声和振动影响尤为突出。过量的噪声和振动将严重影响乘客和轨道沿线人们正常的生活;另一方面,噪声和振动还可能引起有关设备和结构以及周边建筑物的疲劳损坏,缩短使用寿命。针对轨道交通的振动和噪声控制问题,国内外先后进行过大量的研究,主要围绕振源与声源控制、振动与声传播控制以及材料和结构控制等三大方面。而针对已经建成的轨道交通系统,主要从新型减振降噪材料的利用、控制振动与噪声传播和声学结构设计三方面着手。

2.减振降噪举措

2.1新型减振降噪材料的利用

列车运行时将产生强烈的振动,其动能由轨道梁、柱传至柱墩基础,最后传递到高架车站临近的受振体(如城市道路、紧邻建筑等)。在这个振动动能消耗过程中,受影响最大的一是高架车站自身结构,二才是车站临近的受振体。因此如何从振动产生的源头进行耗能设计成为解决问题的关键。

金属-橡胶复合减振器是国内外目前应用最为广泛的减振降噪装置,在轨道交通中(按产值计算)占总量的 90%以上。对金属-橡胶复合减振器的研究重点是弹性材料。由于橡胶在很宽的温度范围内具有独特的粘弹行为,不仅可以象钢弹簧一样通过弹性形变来吸收储存冲击能量,而且还可以通过分子链相对运动而大幅度地消耗能量。这种能力是任何其它材料所不具备的。从减振降噪的角度来看,最理想的目标是将轨道车辆上所有的传动和连接全部改成弹性装置。如果这样,整个车厢将用高性能弹性材料“支承”在转向架上。这就不仅要求弹性材料有优异的减振降燥能力,而且要有较强的强度,能作为一种结构材料来使用。橡胶部分既是减振器的主要工作部分,也是影响使用寿命的关键因素。金属-橡胶减振器的失效原因主要是橡胶部分的疲劳破坏、永久变形和老化,在同样使用条件下,金属的寿命比橡胶要长得多。因此金属和橡胶混合的这种弹性结构材料的高性能,特别是强度、耐蠕变、耐疲劳和耐老化等综合性能的显著改善,将使减振器有质的飞跃,大大提高高速列车的舒适性和安全性。

2.2控制振动与噪声传播

声屏障是降低轨道交通运行噪声的一种有效措施。国外都在轨道交通干线上修建声屏障来治理噪声。

现有的吸声型声屏障均为板式结构,所用的吸声材料分别有多孔材料(如泡沫玻璃等)、穿孔板加纤维类吸声材料、微穿孔板等。但频带窄,尤其是低频段吸声系数小,通常只有 0.5左右,这是现有吸声型声屏障的共同缺点。此外,现有吸声型声屏障还存在其他问题,例如,目前市内交通声屏障几乎都采用吸声材料包覆护面穿孔板的形式,不但低频区的吸声效果差,而且由于使用中雨水、灰尘透过穿孔板侵入吸声材料,导致声屏障吸声性能下降,甚至失效。常见的微穿孔板和其他抗性吸声结构对低频噪声比较有效,但在中高频段的吸声系数往往很低。总之,由于交通噪声主要成分分布在 100Hz~5kHz,单纯阻性吸声或抗性材料都难以在如此宽的频率范围内达到满意的吸声效果。因此,国内外都研究阻 抗复合型声屏障作为拓宽吸声频带、提高降噪效果的主要方向。降低成本、厚度、尺寸和重量,提高使用寿命,是新型声屏障研制者的追求。车身吸声涂料由于轨道交通噪声以低频成分为主,普通的吸声涂料对降低列车噪声几乎没有什么作用。国外采取适当延长车身两侧旁板的裙边,并在内侧喷涂泡沫类或纤维类吸声材料,取得了一定的降噪效果,但对低频噪声的效果尚有待进一步改进。

2.3声学结构设计

声学结构设计是从建筑、结构设计初始,就将减振降噪作为己任的做法,也是本人比较推崇的做法。首先,选择低噪声轨道梁形式。据日本业界对各种断面形式的桥梁结构进行对比试验,其结果表明空板形式降噪能力最强。因此,近年来国内外轨道交通高架桥梁中均采用箱型结构梁,并取得了良好的使用效果。

其次,优先选择建桥分离的结构体系也不失为一种有效的方法。建桥分离结构体系就是把车站的建筑结构与轨道桥梁结构从根本上分开,避免乘客使用的建筑地面与车辆振动源进行刚性连接。一举两得的作用还有---建桥分离体系中,建筑荷载和桥梁荷载分别作用在各自结构上,均可以执行各自的设计规范,均有各自较成熟的结构计算程序和构造措施,避免了设计中关于指导原则分工不清的问题。

第三,在车站屋盖和内环境设计中,建议结合顶棚保温隔热要求,设置一些兼具吸声、隔热和装饰多重作用的构件。比如纸面石膏板、隔声充气塑料薄膜,纸蜂窝芯复合板、阻燃玻璃钢隔声罩和)镁合金孔洞板的使用。

3.节能减排举措

3.1节约运行能耗

降低运行能耗,人们采取了多种节能措施,比如车辆轻量化、节能线路设计和采用移动闭塞列车控制系统等。其中节能线路设计是最为经济合理的方法。节能坡,顾名思义是指,将车站设在纵断面的凸形坡段上,使列车进站时上坡,将动能转化为势能,列车出站时下坡,再将势能转化为动能,这样有利于减少能量消耗,达到节能的目的。因此,在设计线路时,尽量让地下或高架车站布 置在纵断面的凸形部位上,并合理设置进出站的坡度。

节能坡长度一般在200~300米左右,用在高架线时上下行线需要等高,坡道不宜太大一般在千分之五左右。由于车站和区间的高差不同,需要解决好排水问题。

3.2车站生态内环境营造

高架车站在为人们提供高效、便捷的交通服务之余,也应注意为乘客提供赏析悦目的出行环境,其中最直接的反应在采光和室内“小气候”两方面。

(1)采光方面。天然光是人们最喜爱的光源,充分利用天然光已得到共识。高架车站在日间运营时,乘客区主要以天然光为主,按国家规范《建筑采光设计标准》对室内采光度进行恰当优化。在夜间运营时,通过照明弥补或改善车站在日间的形象,进行艺术创作、重塑形象,给不同车站衬以独特的视觉气氛,让人获得感知上的愉悦。出于节能考虑,照明设计应着重突出车站有特色或艺术感较强的地方。比如,高架车站的外形轮廓比较丰富,那么可以用轮廓灯、霓虹灯管或光纤来勾划车站外形。再如,在高架车站的一般公共区域仅按最低照度要求设置灯具,而在出入口、售检票口、楼扶梯、站台边缘等重点部位采用重点照明,达到充分利用资源、注重车站内环境下人的视觉感受,建设高质量与高节能的“绿色照明”工程的目的。

(2)室内“小气候”。由于轨道交通提供了快捷、准时的服务,乘客一般在车站内等候的时间较短。而高架车站又具有比地下站通透开敞的空间,因此一般只在高架站的站厅内设空调系统,在站台部分更注重通过建筑构造的设计来创造站台“小气候”,提供舒适宜人的候车环境。

4.结束语

进入新世纪,我国轨道交通建设进入一个大发展期,车站建设也呈现出新的趋势。然而高架车站作为一种新的建筑形式,无论建设单位还是设计单位都处在探索阶段,认真对待以往线路在运营过程中出现的如噪音、振动、节能等问题,在新线新车站的设计中,未雨绸缪,提供稳妥可靠的构造措施予以改善。

参考文献

[1]何永春,轨道交通中的节能坡及其工程应用,中国工控网.

[2] 赵中旺等.对铁路最佳节能纵断面形式的研究.石家庄铁道学院学报,1999,(1):82~85

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