某游樂園安裝1臺88m高的鋼索桁架結構觀覽車，竣工后申請檢測，經過80次額定載荷試驗，發(fā)現觀覽車結構的桿件斷裂彎曲，桿件端頭焊接處有開裂，屬于不合格產品。

生產廠家對該設備進行了徹底的整改，更換了所有斜支桿和所有鋼索。為了安全使用，必須對桿件進行應力測試，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力狀態(tài)，對觀覽車采用電阻應變片法，在滿載和空載條件下進行了動應力測試，檢測項目有如下內容。

1.對觀覽車關鍵部位進行動態(tài)應力測試。

2.對觀覽車鋼絲繩的工作過程中的變形進行動態(tài)測試。

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

儀器采用聚航科技生產的JHDY動態(tài)應變儀，多通道設計，所有通道同步采樣。全軟件操作，測量數據實時顯示，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鍵部件的強度，根據各構件的受力分析，基本確定為單向應力狀態(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，工作應力測點布置如下。

1. 內環(huán)應力：在內環(huán)內外表面沿環(huán)向布置各1片，共計2片，2號和3號片。

2. 內外環(huán)連接桿應力；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)應力：在外環(huán)內表面沿環(huán)向布置，計1片，8號片。

4. 鋼絲繩應變；對側選2根，離固定螺栓約50cm，共計2個，9、10片。

溫度補償片貼在同材質的非受力鋼板上，該鋼板固定在4號片附近。

測試結果

滿載測試結果

觀覽車首先對滿載條件下的工作應力進行了動態(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)運行4圈記錄應變值。

由計算機進行數據處理，計算其各測點應力值。滿載時各測試位置對應的*大應力值見表1（斜桿鋼材彈性模量取20*10⁴MPa，鋼絲繩彈性模量取10*10⁴MPa）。

空載測試結果

空載條件下工作應力的動態(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)運行4圈記錄應變值。

同樣由計算機進行數據處理，計算其各測點應力值見表2。

測試結果的討論和分析

內外環(huán)應力情況

從滿載、空載下內環(huán)內外表面、外環(huán)內表面應力與角度關系曲線可知，內外環(huán)應力在觀覽車運行期間呈現良好的周期性。內環(huán)應力在滿載和空載時變化不大，在180°時達到*大值，整個周期內應力幅值為50MPa左右，且內環(huán)內外表面應力接近，表明內環(huán)受軸向載荷作用，基本無彎曲變形。外環(huán)應力在滿載和空載時變化同樣不大，但分別在90°和270°時達到*小和*大值，整個周期內應力幅值約為35MPa。從數據可以看出，內外環(huán)整體工作應力水平不高。

斜桿工作應力情況

從滿載、空載下斜桿應力與角度關系曲線可以看出，斜桿應力在觀覽車運行過程中基本呈現周期性。滿載和空載時變化不大，在180°時達到*大值，整個周期內應力幅值約為20MPa。從曲線圖可以看出，對角的斜桿受力基本相似，同側的斜桿拉壓軸力方向基本相反，斜桿整體工作應力水平不高。

鋼絲繩工作應力情況

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行期間呈現良好的周期性，*大值出現在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。東南側的鋼絲繩在滿載時，*大應力達到400MPa以上（彈性模量按10*10⁴MPa計算），空載時也達到了300MPa。而對角的鋼絲繩變形明顯偏小，只有東南側的1/3到1/2，說明鋼絲繩受力不均。

溫度補償情況

從內環(huán)及補償片空載應變曲線和4根斜桿空載應變曲線可以看出，應力發(fā)生了漂移，每一次循環(huán)理論上應力應該完全重復原來的周期，但由于多種原因，實際測試的應力不可能完全一致。對本次影響*大的因素是溫度場的不均勻性。不同位置的應變片，溫度不一樣，同一個應變片在不同的旋轉位置溫度不一樣，不同的時間段，溫度場也不一樣。因此要對非常復雜的溫度場進行補償，應該采用一對一的補償，采用半橋電路，而且補償片和測試片的空間位置盡量靠近。

結論

1. 滿載條件下，構件整體工作應力水平不高?？蛰d條件下，所測各構件的工作應力比滿載時略低。

2. 鋼絲繩應力水平較高，而且對角的2根鋼絲繩受力不均，在運行中應加強對鋼絲繩的檢查。

3. 應力測試表明所檢測部位構件沒有明顯應力突變現象，構件在運行過程中受力較平穩(wěn)。

4. 由于安裝應力未知，僅根據工作應力測試結果難以給出構件強度安全裕度的總體評價。如果安裝應力水平偏高，再疊加工作應力（根據所測得的約0.2σ），桿件的實際應力有可能達到或超過σ，則有必要考慮主要構件的低周疲勞問題。