某游樂園安裝1臺(tái)88m高的鋼索桁架結(jié)構(gòu)觀覽車，竣工后申請(qǐng)檢測(cè)，經(jīng)過80次額定載荷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)觀覽車結(jié)構(gòu)的桿件斷裂彎曲，桿件端頭焊接處有開裂，屬于不合格產(chǎn)品。

生產(chǎn)廠家對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了*底的整改，更換了所有斜支桿和所有鋼索。為了安全使用，必須對(duì)桿件進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，以確定觀覽車的安全裕度。

測(cè)試儀器及方法

為了測(cè)試觀覽車的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)觀覽車采用電阻應(yīng)變片法，在滿載和空載條件下進(jìn)行了動(dòng)應(yīng)力測(cè)試，檢測(cè)項(xiàng)目有如下內(nèi)容。

1.對(duì)觀覽車關(guān)鍵部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試。

2.對(duì)觀覽車鋼絲繩的工作過程中的變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

所有工作應(yīng)力動(dòng)態(tài)測(cè)試分為滿載、空載兩個(gè)過程進(jìn)行，采樣頻率均為1000Hz。

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，多通道設(shè)計(jì)，所有通道同步采樣。全軟件操作，測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，自動(dòng)保存，并可在線生成報(bào)告，打印報(bào)告。

測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)選擇主要是為考察幾個(gè)關(guān)鍵部件的強(qiáng)度，根據(jù)各構(gòu)件的受力分析，基本確定為單向應(yīng)力狀態(tài)。因此考慮以單向片為主，在34號(hào)吊艙所在位置以下部位分布測(cè)點(diǎn)，工作應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置如下。

1. 內(nèi)環(huán)應(yīng)力：在內(nèi)環(huán)內(nèi)外表面沿環(huán)向布置各1片，共計(jì)2片，2號(hào)和3號(hào)片。

2. 內(nèi)外環(huán)連接桿應(yīng)力；在每根斜桿沿軸向各1片，共計(jì)4片，4、5、6、7號(hào)片。

3. 外環(huán)應(yīng)力：在外環(huán)內(nèi)表面沿環(huán)向布置，計(jì)1片，8號(hào)片。

4. 鋼絲繩應(yīng)變；對(duì)側(cè)選2根，離固定螺栓約50cm，共計(jì)2個(gè)，9、10片。

溫度補(bǔ)償片貼在同材質(zhì)的非受力鋼板上，該鋼板固定在4號(hào)片附近。

測(cè)試結(jié)果

滿載測(cè)試結(jié)果

觀覽車首先對(duì)滿載條件下的工作應(yīng)力進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)試，并在每個(gè)吊艙中加上沙袋，待沙袋加裝完畢后開始測(cè)試，連續(xù)運(yùn)行4圈記錄應(yīng)變值。

由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算其各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值。滿載時(shí)各測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的*大應(yīng)力值見表1（斜桿鋼材彈性模量取20*10⁴MPa，鋼絲繩彈性模量取10*10⁴MPa）。

空載測(cè)試結(jié)果

空載條件下工作應(yīng)力的動(dòng)態(tài)測(cè)試第二天完成，將每個(gè)吊艙中的沙袋卸裝完畢后測(cè)試，連續(xù)運(yùn)行4圈記錄應(yīng)變值。

同樣由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算其各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值見表2。

測(cè)試結(jié)果的討論和分析

內(nèi)外環(huán)應(yīng)力情況

從滿載、空載下內(nèi)環(huán)內(nèi)外表面、外環(huán)內(nèi)表面應(yīng)力與角度關(guān)系曲線可知，內(nèi)外環(huán)應(yīng)力在觀覽車運(yùn)行期間呈現(xiàn)良好的周期性。內(nèi)環(huán)應(yīng)力在滿載和空載時(shí)變化不大，在180°時(shí)達(dá)到*大值，整個(gè)周期內(nèi)應(yīng)力幅值為50MPa左右，且內(nèi)環(huán)內(nèi)外表面應(yīng)力接近，表明內(nèi)環(huán)受軸向載荷作用，基本無彎曲變形。外環(huán)應(yīng)力在滿載和空載時(shí)變化同樣不大，但分別在90°和270°時(shí)達(dá)到最小和*大值，整個(gè)周期內(nèi)應(yīng)力幅值約為35MPa。從數(shù)據(jù)可以看出，內(nèi)外環(huán)整體工作應(yīng)力水平不高。

斜桿工作應(yīng)力情況

從滿載、空載下斜桿應(yīng)力與角度關(guān)系曲線可以看出，斜桿應(yīng)力在觀覽車運(yùn)行過程中基本呈現(xiàn)周期性。滿載和空載時(shí)變化不大，在180°時(shí)達(dá)到*大值，整個(gè)周期內(nèi)應(yīng)力幅值約為20MPa。從曲線圖可以看出，對(duì)角的斜桿受力基本相似，同側(cè)的斜桿拉*軸力方向基本相反，斜桿整體工作應(yīng)力水平不高。

鋼絲繩工作應(yīng)力情況

從空載、滿載下鋼絲繩及外環(huán)變形曲線可以看出，鋼絲繩的變化在觀覽車運(yùn)行期間呈現(xiàn)良好的周期性，*大值出現(xiàn)在180°位置。滿載時(shí)，鋼絲繩的變形在180°和270°兩個(gè)位置發(fā)生抖動(dòng)。東南側(cè)的鋼絲繩在滿載時(shí)，*大應(yīng)力達(dá)到400MPa以上（彈性模量按10*10⁴MPa計(jì)算），空載時(shí)也達(dá)到了300MPa。而對(duì)角的鋼絲繩變形明顯偏小，只有東南側(cè)的1/3到1/2，說明鋼絲繩受力不均。

溫度補(bǔ)償情況

從內(nèi)環(huán)及補(bǔ)償片空載應(yīng)變曲線和4根斜桿空載應(yīng)變曲線可以看出，應(yīng)力發(fā)生了漂移，每一次循環(huán)理論上應(yīng)力應(yīng)該*全重復(fù)原來的周期，但由于多種原因，實(shí)際測(cè)試的應(yīng)力不可能*全一致。對(duì)本次影響*大的因素是溫度場(chǎng)的不均勻性。不同位置的應(yīng)變片，溫度不一樣，同一個(gè)應(yīng)變片在不同的旋轉(zhuǎn)位置溫度不一樣，不同的時(shí)間段，溫度場(chǎng)也不一樣。因此要對(duì)非常復(fù)雜的溫度場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，應(yīng)該采用一對(duì)一的補(bǔ)償，采用半橋電路，而且補(bǔ)償片和測(cè)試片的空間位置盡量靠近。

結(jié)論

1. 滿載條件下，構(gòu)件整體工作應(yīng)力水平不高。空載條件下，所測(cè)各構(gòu)件的工作應(yīng)力比滿載時(shí)略低。

2. 鋼絲繩應(yīng)力水平較高，而且對(duì)角的2根鋼絲繩受力不均，在運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鋼絲繩的檢查。

3. 應(yīng)力測(cè)試表明所檢測(cè)部位構(gòu)件沒有明顯應(yīng)力突變現(xiàn)象，構(gòu)件在運(yùn)行過程中受力較平穩(wěn)。

4. 由于安裝應(yīng)力未知，僅根據(jù)工作應(yīng)力測(cè)試結(jié)果難以給出構(gòu)件強(qiáng)度安全裕度的總體評(píng)價(jià)。如果安裝應(yīng)力水平偏高，再疊加工作應(yīng)力（根據(jù)所測(cè)得的約0.2σ），桿件的實(shí)際應(yīng)力有可能達(dá)到或超過σ，則有必要考慮主要構(gòu)件的低周疲勞問題。