游乐园观览车杆件应力测试

某游乐园安装1台88m高的钢索桁架结构观览车，竣工后申请检测，经过80次额定载荷试验，发现观览车结构的杆件断裂弯曲，杆件端头焊接处有开裂，属于不合格产品。

生产厂家对该设备进行了彻底的整改，更换了所有斜支杆和所有钢索。为了安全使用，必须对杆件进行应力测试，以确定观览车的安全裕度。

测试仪器及方法

为了测试观览车的应力状态，对观览车采用电阻应变片法，在满载和空载条件下进行了动应力测试，检测项目有如下内容。

1.对观览车关键部位进行动态应力测试。

2.对观览车钢丝绳的工作过程中的变形进行动态测试。

所有工作应力动态测试分为满载、空载两个过程进行，采样频率均为1000Hz。

仪器采用聚航科技生产的JHDY动态应变仪，多通道设计，所有通道同步采样。全软件操作，测量数据实时显示，自动保存，并可在线生成报告，打印报告。

测点布置

测点选择主要是为考察几个关键部件的强度，根据各构件的受力分析，基本确定为单向应力状态。因此考虑以单向片为主，在34号吊舱所在位置以下部位分布测点，工作应力测点布置如下。

1. 内环应力：在内环内外表面沿环向布置各1片，共计2片，2号和3号片。

2. 内外环连接杆应力；在每根斜杆沿轴向各1片，共计4片，4、5、6、7号片。

3. 外环应力：在外环内表面沿环向布置，计1片，8号片。

4. 钢丝绳应变；对侧选2根，离固定螺栓约50cm，共计2个，9、10片。

温度补偿片贴在同材质的非受力钢板上，该钢板固定在4号片附近。

测试结果

满载测试结果

观览车首先对满载条件下的工作应力进行了动态测试，并在每个吊舱中加上沙袋，待沙袋加装完毕后开始测试，连续运行4圈记录应变值。

由计算机进行数据处理，计算其各测点应力值。满载时各测试位置对应的*大应力值见表1（斜杆钢材弹性模量取20*10⁴MPa，钢丝绳弹性模量取10*10⁴MPa）。

空载测试结果

空载条件下工作应力的动态测试第二天完成，将每个吊舱中的沙袋卸装完毕后测试，连续运行4圈记录应变值。

同样由计算机进行数据处理，计算其各测点应力值见表2。

测试结果的讨论和分析

内外环应力情况

从满载、空载下内环内外表面、外环内表面应力与角度关系曲线可知，内外环应力在观览车运行期间呈现良好的周期性。内环应力在满载和空载时变化不大，在180°时达到*大值，整个周期内应力幅值为50MPa左右，且内环内外表面应力接近，表明内环受轴向载荷作用，基本无弯曲变形。外环应力在满载和空载时变化同样不大，但分别在90°和270°时达到*小和*大值，整个周期内应力幅值约为35MPa。从数据可以看出，内外环整体工作应力水平不高。

斜杆工作应力情况

从满载、空载下斜杆应力与角度关系曲线可以看出，斜杆应力在观览车运行过程中基本呈现周期性。满载和空载时变化不大，在180°时达到*大值，整个周期内应力幅值约为20MPa。从曲线图可以看出，对角的斜杆受力基本相似，同侧的斜杆拉压轴力方向基本相反，斜杆整体工作应力水平不高。

钢丝绳工作应力情况

从空载、满载下钢丝绳及外环变形曲线可以看出，钢丝绳的变化在观览车运行期间呈现良好的周期性，*大值出现在180°位置。满载时，钢丝绳的变形在180°和270°两个位置发生抖动。东南侧的钢丝绳在满载时，*大应力达到400MPa以上（弹性模量按10*10⁴MPa计算），空载时也达到了300MPa。而对角的钢丝绳变形明显偏小，只有东南侧的1/3到1/2，说明钢丝绳受力不均。

温度补偿情况

从内环及补偿片空载应变曲线和4根斜杆空载应变曲线可以看出，应力发生了漂移，每一次循环理论上应力应该完全重复原来的周期，但由于多种原因，实际测试的应力不可能完全一致。对本次影响*大的因素是温度场的不均匀性。不同位置的应变片，温度不一样，同一个应变片在不同的旋转位置温度不一样，不同的时间段，温度场也不一样。因此要对非常复杂的温度场进行补偿，应该采用一对一的补偿，采用半桥电路，而且补偿片和测试片的空间位置尽量靠近。

结论

1. 满载条件下，构件整体工作应力水平不高。空载条件下，所测各构件的工作应力比满载时略低。

2. 钢丝绳应力水平较高，而且对角的2根钢丝绳受力不均，在运行中应加强对钢丝绳的检查。

3. 应力测试表明所检测部位构件没有明显应力突变现象，构件在运行过程中受力较平稳。

4. 由于安装应力未知，仅根据工作应力测试结果难以给出构件强度安全裕度的总体评价。如果安装应力水平偏高，再叠加工作应力（根据所测得的约0.2σ），杆件的实际应力有可能达到或超过σ，则有必要考虑主要构件的低周疲劳问题。