隨著城市交通的迅速發(fā)展,自動扶梯在城市中的應(yīng)用越來越廣泛,國家對自動扶梯的安全性能也提出了更高層次的要求,自動扶梯的桁架是扶梯的骨架，也是保障扶梯安全運行的主要部件之一，這就需要桁架設(shè)計者在進行自動扶梯桁架設(shè)計的過程中掌握一些設(shè)計要點。本文結(jié)合我國國標(biāo)中自動扶梯桁架設(shè)計的強度與剛度的要求,提出在自動扶梯金屬桁架設(shè)計過程中關(guān)于應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)等方面的設(shè)計要點。
    隨著近年來科技的發(fā)展，作為一種便利的輸送工具，自動扶梯被車站、機場、百貨商場等人流量大的地方廣泛的使用。但是自動扶梯的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計上尚存在一些不足，主要的表現(xiàn)是外形拙笨，存在很大的自重，造價成本高等現(xiàn)象，本文就針對這些現(xiàn)象，結(jié)合有限元分析的方法，對自動扶梯的桁架設(shè)計提出一些要點。
    自動扶梯結(jié)構(gòu)承載特點
    自動扶梯承受的載荷主要來源于兩個方面，1）自重，即自動扶梯本身的驅(qū)動裝置、扶手裝置、階梯梯級和一些金屬支撐結(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。但是由于有些自動扶梯安裝在商場和車站等人流量比較大的地方，在自動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)致自動扶梯局部載荷較大，或者乘客都過多的集中在自動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。
    自動扶梯支撐結(jié)構(gòu)的剛度與強度要求
    2.1剛度要求
    自動扶梯中使用著較多的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)的剛度從某一點上決定了這自動扶梯的質(zhì)量。根據(jù)GB16899-2011《自動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，自動扶梯在5000N\㎡的乘客載荷下,普通型的自動扶梯的支撐結(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。自動扶梯的設(shè)計必須滿足這樣的剛度要求。
    2.2強度要求
    自動扶梯主體的支撐結(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在垂直方向有一定的向下偏移，在自動扶梯載荷的作用下桁架結(jié)構(gòu)會出現(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。還有在自動扶梯內(nèi)部的各個結(jié)構(gòu)相應(yīng)受到力的作用。在設(shè)計自動扶梯的時候要運用有效的方法對桿件的受力進行計算，進而確定他們的選材。一般情況下，自動扶梯的支撐結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)都取2.5，以保證自動扶梯安全運行。
    自動扶梯支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
    由于支撐結(jié)構(gòu)在自動扶梯中有著較多的使用，支撐結(jié)構(gòu)的性能決定了自動扶梯的質(zhì)量。而在支撐結(jié)構(gòu)中剛度和強度是其主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)，在對支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對剛度和強度構(gòu)件進行優(yōu)化設(shè)計是需著重考慮的。自動扶梯在運行中以服務(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，安全是應(yīng)該放在首位的。對自動扶梯的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)從如下幾個方面入手：
    3.1保證自動扶梯的應(yīng)力安全
    自動扶梯的應(yīng)力變化直接影響著扶梯的安全性能，各個構(gòu)件的應(yīng)力對自動扶梯的安全運行起著決定性的作用。根據(jù)GB16899-2011《自動扶梯和人行道的制造與安裝安全規(guī)范》中對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，這樣才能保證自動扶梯的運行安全。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
    在自動扶梯中主弦桿是最直接、最主要的承載載荷的構(gòu)件，自動扶梯由于有著較笨重的缺點，在進行自動扶梯的設(shè)計時都會通過減少主弦桿的橫截面積、底板的厚度來對自動扶梯進行適當(dāng)?shù)妮p量化設(shè)計，在保證扶梯運行安全的前提下來對自動扶梯進行適當(dāng)?shù)臏p輕自重。自動扶梯中主弦桿的總長度可以達到幾十米甚至是百米，在進行設(shè)計時該結(jié)構(gòu)的重要性是顯而易見的，在進行有限元模型的計算之后可以知道，在自動扶梯的運行中結(jié)構(gòu)應(yīng)力的最大值是出現(xiàn)在上弦桿的，所以在設(shè)計時要使上弦桿的橫截面積大于下弦桿的橫截面積。有時為了保證自動扶梯的強度指標(biāo)，還會在上弦桿的外側(cè)貼板來增加上弦桿的應(yīng)力強度。
    底板在自動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，運用有限元對底板的受力情況進行分析，可以知道底板的厚度對桁架整體的剛度有著很大的貢獻作用，設(shè)計時要確保底板的結(jié)構(gòu)有著足夠的剛度，否則就可能會在自動扶梯運行的時候出現(xiàn)活動梯級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)計時底板的厚度應(yīng)在3mm以上才可以滿足足夠的剛度要求。在某些時候還需要加厚底板或者采用布置適當(dāng)?shù)募訌娊顏硖岣邉偠取?br />     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)計中容易忽略的問題。在扶梯的運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)就會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。最嚴(yán)重的后果是使梯級和裙板間的間隙減少，出現(xiàn)梯級和裙板的摩擦和碰撞，這往往是導(dǎo)致自動扶梯出現(xiàn)事故的主要原因。因此，抗扭性是在進行自動扶梯桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計時重點考慮的因素，可以通過計算合理的布置加強筋來提高抗扭轉(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)計相對都比較復(fù)雜，接頭的質(zhì)量也相對較重，在自動扶梯的運行中接頭部分的磨損是最大的，在長時間的運行中會有受力不均的安全隱患，這時候?qū)宇^的受力也會有偏移，接頭容易出現(xiàn)斷裂。因此自動扶梯金屬桁架設(shè)計者需要在保證自動扶梯運行安全情況下采取合理的設(shè)計減少接頭的數(shù)量，從源頭上避免隱患的出現(xiàn)。

    綜前所述，對自動扶梯的桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計，提出以下要點：
    ①保證自動扶梯的桁架具有足夠的強度、剛度、抗扭性以保障自動扶梯的安全運行。
    ②對上下弦桿的受力不同的特征，可以對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運用合理的分析，綜合考慮自動扶梯的運行，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詣臃鎏葸\行造成的影響。