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NFX|水上游乐设施抗震分析

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1年前浏览1388

游乐设备地震状态下安全性分析的思路与方法

杨松锛

（广东大新游乐智能科技有限公司广州分公司，广东广州511400）

摘要：近年来各种新型的游乐设备不断推向市场，在其设计开发的过程中，对设备处于各种运行工况下的安全性分析计算尤为重要。针对游乐设备地震状态下安全性分析和计算思路与方法进行探析。

关键词：游乐设备；地震；稳定性

中图分类号：TS952.97

文献标识码：B

DOI:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2019.06D.122

0 引言

随着人民对生活品质追求的不断提升，游玩各类游乐设施已经成为人们日常娱乐休闲的一种常见方式。市面上有各种类型的的游乐设施，为了保证参玩游客的人身安全，必须确保设备的安全性。下面以一款水上游乐设备大黄蜂滑梯作为案例进行分析。

1 分析方法及思路

该滑梯主要由平台、钢结构支撑件、玻璃钢滑槽、供水系统、电气系统5 个主要部件组成，主要通过水做为润滑媒介、利用重力势能，使游客从高处往地面滑行。采用通用有限元分析法对设备进行分析，所用软件为midas 通用有限元软件（NFX）。在软件中，采取了一维杆单元对立柱和支撑与二维壳单元对结构进行近似简化（图1）。大黄蜂滑梯钢结构采用的是梁单元，玻璃钢滑道采用板壳单元。

1.1 载荷分析

设备所受载荷有设备自重载荷Gk、乘员载荷Q1、滑道内润滑水载荷WL、风载荷Q7、雪载荷Q8、地震载荷等。根据国家相关规定，乘员载荷Q1和滑道内润滑水载荷WL需

要乘以冲击系数K=1.5，风载荷Q7=0.4 kN/m2，雪载荷Q8=0.5 kN/m2。地震载荷的情况稍为复杂，计算抗震设防烈度取8 度，地震加速度值0.2g，地震分组一组，场地类别二类。根据建筑抗震设计规范规定，考虑了Z 水平方向的最不利地震作用即Rz。

1.2 分析依据

采用反应谱法分析设备在地震状态下的安全性。只要确保设备处于地震状态下不会产生结构性的破坏，就可以认为设备的安全性是可靠的。

设备所用材料有2 种，分别是Q235B 和玻璃钢（表1）。梁柱均采用Q235B钢，弹性模量为2.06×105 MPa，剪切模量7.9×104 MPa，抗拉和抗弯设计强度375 MPa，抗剪强度设计值125 MPa，密度7850 kg/m。滑道采用玻璃钢，极限应力强度147 MPa。

非运行状态下荷载组合P=Gk+k（Q1+WL）+Q7+Q8+Rz。

1.3 组合工况位移情况及刚度校核

将上述载荷组合加载至设备，可以得到玻璃钢滑槽部分结构的最大变形情况（图2）。

1.3.1 滑梯玻璃钢结构刚度校核

根据以上工况位移图，最大位移发生在上图滑道标签位置，最大值为25.4 mm。该段滑槽的长度为5500 mm。按照国家钢结构设计规范，可以把本结构视作平板结构，挠度限值为l/150。5500/25.4=216.5＞150。结构受力最不利处挠度检验合格，所以滑梯玻璃钢的刚度检验合格。将上述载荷组合加载至设备，可以得到钢结构支撑结构的最大变形情况（图3）。

1.3.2 钢结构支撑结构刚度校核

滑梯立柱产生最大位移在立柱H 处,最大值为14.2mm。立柱H长度为l=14800mm。按照国家钢结构设计规范，可以把本结构视作桁架结构，挠度限值为l/400。由于14800/14.2=1042＞400，结构受力最不利处的挠度检验合格，所以滑梯立柱的刚度检验合格。

1.4 组合工况应力图及强度校核

将上述载荷组合加载至设备，可以得到玻璃钢滑槽结构的最大应力情况（图4）。

1.4.1 滑梯玻璃钢结构强度校核

玻璃钢件抗弯强度σb=147MPa,根据上述工况组合应力图可知最大合成应力σ1=15.1MPa，σb＞σ1，安全系数n=147/σ1=9.7,而相关要求“重要零部件安全系数必须大于3.5”。因此，受应力最大的滑槽强度检验合格，滑梯的强度符合安全使用要求。将上述载荷组合加载至设备，可以得到钢结构支撑结构的最大应力情况（图5）。

1.4.2 钢结构支撑结构强度校核

玻璃钢件抗弯强度σb=375 MPa，根据上述工况组合应力图可知最大合成应力σ2=44.6 MPa，σb＞σ2，安全系数n=375/σ2=8.4，符合“重要零部件安全系数必须大于3.5”的要求，因此受应力最大的钢结构立柱强度检验合格，滑梯的强度符合安全使用要求。

2 结论

通过有限元计算法分析设备处于地震载荷作用下的安全性分析，是有效的校核分析手段之一。通过有限元分析计算校核设备的刚性与强度可知，在地震的状态下该设备处于地震载荷的作用下，并未产生结构性的破坏，设备的主要结构的安全系数也符合国家相关规范的要求。

参考文献

［1］GB 8408—2018，大型游乐设施安全规范［S］．北京：中国标准出版社，2018.

［2］GB/T 18168—2017，水上游乐设施通用技术条件［S］．北京：中国标准出版社，2017.

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来源：midas机械部落

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首次发布时间：2022-11-25