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摘要：
随着城市交通的迅速发展，自动扶梯在城市中的应用越来越广泛，国家对自动扶梯的安全性能也提出了更高层次的要求，自动扶梯的桁架是扶梯的骨架，也是保障扶梯安全运行的主要部件之一，这就需要桁架设计者在进行自动扶梯桁架设计的过程中掌握一些设计要点。本文结合我国国标中自动扶梯桁架设计的强度与刚度的要求，提出在自动扶梯金属桁架设计过程中关于应力和扭转等方面的设计要点。
【关键词】自动扶梯 应力 扭转 桁架
引言
随着近年来科技的发展，作为一种便利的输送工具，自动扶梯被车站、机场、百货商场等人流量大的地方广泛的使用。但是自动扶梯的桁架结构设计上尚存在一些不足，主要的表现是外形拙笨，存在很大的自重，造价成本高等现象，本文就针对这些现象，结合有限元分析的方法，对自动扶梯的桁架设计提出一些要点。
1.自动扶梯结构承载特点
自动扶梯承受的载荷主要来源于两个方面，1）自重，即自动扶梯本身的驱动装置、扶手装置、阶梯梯级和一些金属支撑结构等部件的自重。2）载客、载物的载荷，即在阶梯上的乘客的体重和带的货物的质量造成的荷载。但是由于有些自动扶梯安装在商场和车站等人流量比较大的地方，在自动扶梯上的载荷分布比较复杂。比如在车站有些乘客带着较重的旅行包导致自动扶梯局部载荷较大，或者乘客都过多的集中在自动扶梯的一部分也造成扶梯的荷载过多的集中在某一侧造成不同的偏载载荷。
2.自动扶梯支撑结构的刚度与强度要求
2.1刚度要求
自动扶梯中使用着较多的支撑结构，支撑结构的刚度从某一点上决定了这自动扶梯的质量。根据GB16899-2011《自动扶梯和人行道的制造与安装安全规范》中5.2.5条款的要求，自动扶梯在5000N＼㎡的乘客载荷下，普通型的自动扶梯的支撑结构扰度不应超过所支撑距离的1＼750，公共型的自动扶梯的支撑结构扰度不应该超过所支撑距离的1＼1000。自动扶梯的设计必须满足这样的刚度要求。
3.2强度要求
自动扶梯主体的支撑结构是开口式的桁架结构，桁架的横截面积的形心会在垂直方向有一定的向下偏移，在自动扶梯载荷的作用下桁架结构会出现整体弯曲变形的趋势。上弦杆承受着压力，下弦杆受到拉力的作用。还有在自动扶梯内部的各个结构相应受到力的作用。在设计自动扶梯的时候要运用有效的方法对杆件的受力进行计算，进而确定他们的选材。一般情况下，自动扶梯的支撑结构的安全系数都取2.5，以保证自动扶梯安全运行。
4.自动扶梯支撑结构的优化设计
由于支撑结构在自动扶梯中有着较多的使用，支撑结构的性能决定了自动扶梯的质量。而在支撑结构中刚度和强度是其主要的判断标准，在对支撑结构设计时，对刚度和强度构件进行优化设计是需着重考虑的。自动扶梯在运行中以服务人、便利人行走为主要目的，所以无论是何种的优化设计，安全是应该放在首位的。对自动扶梯的优化设计应从如下几个方面入手：
4.1保证自动扶梯的应力安全
自动扶梯的应力变化直接影响着扶梯的安全性能，各个构件的应力对自动扶梯的安全运行起着决定性的作用。根据GB16899-2011《自动扶梯和人行道的制造与安装安全规范》中对扶梯的刚度有着明确的规范和要求，构件的应力安全系数都应在2以上，这样才能保证自动扶梯的运行安全。尤其是扶梯中主弦杆、接头、底板的应力安全。
4.2注意杆件几何受力的变化
在自动扶梯中主弦杆是最直接、最主要的承载载荷的构件，自动扶梯由于有着较笨重的缺点，在进行自动扶梯的设计时都会通过减少主弦杆的横截面积、底板的厚度来对自动扶梯进行适当的轻量化设计，在保证扶梯运行安全的前提下来对自动扶梯进行适当的减轻自重。自动扶梯中主弦杆的总长度可以达到几十米甚至是百米，在进行设计时该结构的重要性是显而易见的，在进行有限元模型的计算之后可以知道，在自动扶梯的运行中结构应力的最大值是出现在上弦杆的，所以在设计时要使上弦杆的横截面积大于下弦杆的横截面积。有时为了保证自动扶梯的强度指标，还会在上弦杆的外侧贴板来增加上弦杆的应力强度。
底板在自动扶梯中也是必不可少的受力部件，一般在扶梯桁架结构的底部都有覆盖，运用有限元对底板的受力情况进行分析，可以知道底板的厚度对桁架整体的刚度有着很大的贡献作用，设计时要确保底板的结构有着足够的刚度，否则就可能会在自动扶梯运行的时候出现活动梯级和裙板间的碰撞摩擦事故，造成很大的安全隐患。通常在设计时底板的厚度应在3mm以上才可以满足足够的刚度要求。在某些时候还需要加厚底板或者采用布置适当的加强筋来提高刚度。
4.3注意桁架的抗扭性
开口桁架结构的扭转性是在扶梯的结构设计中容易忽略的问题。在扶梯的运行中存在着各种的偏载情况，使扶梯的受力不均匀，这样扶梯的整体结构就会出现扭转。最严重的后果是使梯级和裙板间的间隙减少，出现梯级和裙板的摩擦和碰撞，这往往是导致自动扶梯出现事故的主要原因。因此，抗扭性是在进行自动扶梯桁架结构设计时重点考虑的因素，可以通过计算合理的布置加强筋来提高抗扭转性能。
4.4减少接头组的数量
在扶梯的桁架结构的连接中，接头是最主要的连接构件，但是在桁架结构的连接中要保证足够的刚度要求，接头结构的设计相对都比较复杂，接头的质量也相对较重，在自动扶梯的运行中接头部分的磨损是最大的，在长时间的运行中会有受力不均的安全隐患，这时候对接头的受力也会有偏移，接头容易出现断裂。因此自动扶梯金属桁架设计者需要在保证自动扶梯运行安全情况下采取合理的设计减少接头的数量，从源头上避免隐患的出现。
结论
综前所述，对自动扶梯的桁架结构设计，提出以下要点：
①保证自动扶梯的桁架具有足够的强度、刚度、抗扭性以保障自动扶梯的安全运行。
②对上下弦杆的受力不同的特征，可以对上下弦杆采用不同横截面积的型材。
③减少不必要的接头构件，从而减小自重，降低因接头损坏造成的安全事故的发生。
④运用合理的分析，综合考虑自动扶梯的运行，要考虑电梯在偏载载荷下的受力特征。充分注意受力不均匀对自动扶梯运行造成的影响。
参考文献：
[1]朱昌明.电梯与自动扶梯.上海.上海交通大学出版社，1995.
[2]张燕涵.自动扶梯金属结构的强度刚度分析.起重运输机械，1999（4）：7-11.
[3]乔宇虹，朱昌明.自动扶梯金属桁架结构设计中应注意的问题[j].起重运输机械.2003，（7）；81-21.
[4]朱昌明，电梯与自动扶梯原理，结构，安装，测试[m].上海：上海交通大学出版社，1999.
[5]自动扶梯和人行道的制造与安装安全规范（GB16899-2011）.
随着城市交通的迅速发展，自动扶梯在城市中的应用越来越广泛，国家对自动扶梯的安全性能也提出了更高层次的要求，自动扶梯的桁架是扶梯的骨架，也是保障扶梯安全运行的主要部件之一，这就需要桁架设计者在进行自动扶梯桁架设计的过程中掌握一些设计要点。本文结合我国国标中自动扶梯桁架设计的强度与刚度的要求，提出在自动扶梯金属桁架设计过程中关于应力和扭转等方面的设计要点。
【关键词】自动扶梯 应力 扭转 桁架
引言
随着近年来科技的发展，作为一种便利的输送工具，自动扶梯被车站、机场、百货商场等人流量大的地方广泛的使用。但是自动扶梯的桁架结构设计上尚存在一些不足，主要的表现是外形拙笨，存在很大的自重，造价成本高等现象，本文就针对这些现象，结合有限元分析的方法，对自动扶梯的桁架设计提出一些要点。
1.自动扶梯结构承载特点
自动扶梯承受的载荷主要来源于两个方面，1）自重，即自动扶梯本身的驱动装置、扶手装置、阶梯梯级和一些金属支撑结构等部件的自重。2）载客、载物的载荷，即在阶梯上的乘客的体重和带的货物的质量造成的荷载。但是由于有些自动扶梯安装在商场和车站等人流量比较大的地方，在自动扶梯上的载荷分布比较复杂。比如在车站有些乘客带着较重的旅行包导致自动扶梯局部载荷较大，或者乘客都过多的集中在自动扶梯的一部分也造成扶梯的荷载过多的集中在某一侧造成不同的偏载载荷。
2.自动扶梯支撑结构的刚度与强度要求
2.1刚度要求
自动扶梯中使用着较多的支撑结构，支撑结构的刚度从某一点上决定了这自动扶梯的质量。根据GB16899-2011《自动扶梯和人行道的制造与安装安全规范》中5.2.5条款的要求，自动扶梯在5000N＼㎡的乘客载荷下，普通型的自动扶梯的支撑结构扰度不应超过所支撑距离的1＼750，公共型的自动扶梯的支撑结构扰度不应该超过所支撑距离的1＼1000。自动扶梯的设计必须满足这样的刚度要求。
3.2强度要求
自动扶梯主体的支撑结构是开口式的桁架结构，桁架的横截面积的形心会在垂直方向有一定的向下偏移，在自动扶梯载荷的作用下桁架结构会出现整体弯曲变形的趋势。上弦杆承受着压力，下弦杆受到拉力的作用。还有在自动扶梯内部的各个结构相应受到力的作用。在设计自动扶梯的时候要运用有效的方法对杆件的受力进行计算，进而确定他们的选材。一般情况下，自动扶梯的支撑结构的安全系数都取2.5，以保证自动扶梯安全运行。
4.自动扶梯支撑结构的优化设计
由于支撑结构在自动扶梯中有着较多的使用，支撑结构的性能决定了自动扶梯的质量。而在支撑结构中刚度和强度是其主要的判断标准，在对支撑结构设计时，对刚度和强度构件进行优化设计是需着重考虑的。自动扶梯在运行中以服务人、便利人行走为主要目的，所以无论是何种的优化设计，安全是应该放在首位的。对自动扶梯的优化设计应从如下几个方面入手：
4.1保证自动扶梯的应力安全
自动扶梯的应力变化直接影响着扶梯的安全性能，各个构件的应力对自动扶梯的安全运行起着决定性的作用。根据GB16899-2011《自动扶梯和人行道的制造与安装安全规范》中对扶梯的刚度有着明确的规范和要求，构件的应力安全系数都应在2以上，这样才能保证自动扶梯的运行安全。尤其是扶梯中主弦杆、接头、底板的应力安全。
4.2注意杆件几何受力的变化
在自动扶梯中主弦杆是最直接、最主要的承载载荷的构件，自动扶梯由于有着较笨重的缺点，在进行自动扶梯的设计时都会通过减少主弦杆的横截面积、底板的厚度来对自动扶梯进行适当的轻量化设计，在保证扶梯运行安全的前提下来对自动扶梯进行适当的减轻自重。自动扶梯中主弦杆的总长度可以达到几十米甚至是百米，在进行设计时该结构的重要性是显而易见的，在进行有限元模型的计算之后可以知道，在自动扶梯的运行中结构应力的最大值是出现在上弦杆的，所以在设计时要使上弦杆的横截面积大于下弦杆的横截面积。有时为了保证自动扶梯的强度指标，还会在上弦杆的外侧贴板来增加上弦杆的应力强度。
底板在自动扶梯中也是必不可少的受力部件，一般在扶梯桁架结构的底部都有覆盖，运用有限元对底板的受力情况进行分析，可以知道底板的厚度对桁架整体的刚度有着很大的贡献作用，设计时要确保底板的结构有着足够的刚度，否则就可能会在自动扶梯运行的时候出现活动梯级和裙板间的碰撞摩擦事故，造成很大的安全隐患。通常在设计时底板的厚度应在3mm以上才可以满足足够的刚度要求。在某些时候还需要加厚底板或者采用布置适当的加强筋来提高刚度。
4.3注意桁架的抗扭性
开口桁架结构的扭转性是在扶梯的结构设计中容易忽略的问题。在扶梯的运行中存在着各种的偏载情况，使扶梯的受力不均匀，这样扶梯的整体结构就会出现扭转。最严重的后果是使梯级和裙板间的间隙减少，出现梯级和裙板的摩擦和碰撞，这往往是导致自动扶梯出现事故的主要原因。因此，抗扭性是在进行自动扶梯桁架结构设计时重点考虑的因素，可以通过计算合理的布置加强筋来提高抗扭转性能。
4.4减少接头组的数量
在扶梯的桁架结构的连接中，接头是最主要的连接构件，但是在桁架结构的连接中要保证足够的刚度要求，接头结构的设计相对都比较复杂，接头的质量也相对较重，在自动扶梯的运行中接头部分的磨损是最大的，在长时间的运行中会有受力不均的安全隐患，这时候对接头的受力也会有偏移，接头容易出现断裂。因此自动扶梯金属桁架设计者需要在保证自动扶梯运行安全情况下采取合理的设计减少接头的数量，从源头上避免隐患的出现。
结论
综前所述，对自动扶梯的桁架结构设计，提出以下要点：
①保证自动扶梯的桁架具有足够的强度、刚度、抗扭性以保障自动扶梯的安全运行。
②对上下弦杆的受力不同的特征，可以对上下弦杆采用不同横截面积的型材。
③减少不必要的接头构件，从而减小自重，降低因接头损坏造成的安全事故的发生。
④运用合理的分析，综合考虑自动扶梯的运行，要考虑电梯在偏载载荷下的受力特征。充分注意受力不均匀对自动扶梯运行造成的影响。
参考文献：
[1]朱昌明.电梯与自动扶梯.上海.上海交通大学出版社，1995.
[2]张燕涵.自动扶梯金属结构的强度刚度分析.起重运输机械，1999（4）：7-11.
[3]乔宇虹，朱昌明.自动扶梯金属桁架结构设计中应注意的问题[j].起重运输机械.2003，（7）；81-21.
[4]朱昌明，电梯与自动扶梯原理，结构，安装，测试[m].上海：上海交通大学出版社，1999.
[5]自动扶梯和人行道的制造与安装安全规范（GB16899-2011）.