某游樂園安裝1臺88m高的鋼索桁架結(jié)構(gòu)觀覽車，竣工后申請檢測，經(jīng)過80次額定載荷試驗，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，必須對桿件進(jìn)行應(yīng)力測試，以確定觀覽車的安全裕度。

測試儀器及方法

為了測試觀覽車的應(yīng)力狀態(tài)，對觀覽車采用電阻應(yīng)變片法，在滿載和空載條件下進(jìn)行了動應(yīng)力測試，檢測項目有如下內(nèi)容。

1.對觀覽車關(guān)鍵部位進(jìn)行動態(tài)應(yīng)力測試。

2.對觀覽車鋼絲繩的工作過程中的變形進(jìn)行動態(tài)測試。

所有工作應(yīng)力動態(tài)測試分為滿載、空載兩個過程進(jìn)行，采樣頻率均為1000Hz。

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHDY動態(tài)應(yīng)變儀，多通道設(shè)計，所有通道同步采樣。全軟件操作，測量數(shù)據(jù)實時顯示，自動保存，并可在線生成報告，打印報告。

測點布置

測點選擇主要是為考察幾個關(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號吊艙所在位置以下部位分布測點，工作應(yīng)力測點布置如下。

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2片，2號和3號片。

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4片，4、5、6、7號片。

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

4. 鋼絲繩應(yīng)變；對側(cè)選2根，離固定螺栓約50cm，共計2個，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號片附近。

測試結(jié)果

滿載測試結(jié)果

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

由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算其各測點應(yīng)力值。滿載時各測試位置對應(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）。

空載測試結(jié)果

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

同樣由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算其各測點應(yīng)力值見表2。

測試結(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)力在滿載和空載時變化不大，在180°時達(dá)到*大值，整個周期內(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)力在滿載和空載時變化同樣不大，但分別在90°和270°時達(dá)到最小和*大值，整個周期內(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。滿載和空載時變化不大，在180°時達(dá)到*大值，整個周期內(nèi)應(yīng)力幅值約為20MPa。從曲線圖可以看出，對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，鋼絲繩的變形在180°和270°兩個位置發(fā)生抖動。東南側(cè)的鋼絲繩在滿載時，*大應(yīng)力達(dá)到400MPa以上（彈性模量按10*10⁴MPa計算），空載時也達(dá)到了300MPa。而對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，實際測試的應(yīng)力不可能*全一致。對本次影響*大的因素是溫度場的不均勻性。不同位置的應(yīng)變片，溫度不一樣，同一個應(yīng)變片在不同的旋轉(zhuǎn)位置溫度不一樣，不同的時間段，溫度場也不一樣。因此要對非常復(fù)雜的溫度場進(jìn)行補(bǔ)償，應(yīng)該采用一對一的補(bǔ)償，采用半橋電路，而且補(bǔ)償片和測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，所測各構(gòu)件的工作應(yīng)力比滿載時略低。

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

3. 應(yīng)力測試表明所檢測部位構(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)力測試結(jié)果難以給出構(gòu)件強(qiáng)度安全裕度的總體評價。如果安裝應(yīng)力水平偏高，再疊加工作應(yīng)力（根據(jù)所測得的約0.2σ），桿件的實際應(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。