摩天轮轮缘内应力受自然因素影响分析

　　1摩天轮的一般结构

　　摩天轮类游艺机是目前国内外最高大、最壮观的超大型游乐设备，通常也是游乐场所的标志性设备。作为绕水平轴旋转的观览车类游艺机，其设备机体庞大，结构宏伟，造型美观舒适，且极具艺术性，并且具有集观赏与美化环境和游人乘坐娱乐于一体的功能。

　　摩天轮结构主要由轮盘和支撑系统两部分组成，常见摩天轮结构如图 1 所示。轮盘结构类似于自行车的轮盘，轮缘常采用刚性桁架结构体系，轮辐为柔性索体系，轮盘系统的载荷通过中心主轴系统传给大立架，所有的竖向荷载最终由大立架传给基础。因为摩天轮独特的优势，它成为世界各地游乐园的首选游乐项目，所以其运行环境也相当多变。在所处不同环境时，对其有较大影响的自然因素也是多变的，具体有大风载荷、裹冰载荷、雪载荷、温度变化、地震等，它们都会对摩天轮产生很大影响，是不容忽视的。

　　为了确保摩天轮在运行过程中的安全性，设计者必须准确计算这些自然因素对摩天轮的影响。

　　本文通过一个工程实例，分析摩天轮中主要构件(轮缘)受这些自然因素影响时的最大内应力的变化情况，试图找出一个应对自然因素影响摩天轮内应力的方法，为设计提供参考，以提高摩天轮结构的经济性和运行的安全性。

　　2 计算模型建立

　　本文分析采用的摩天轮轮盘直径79.3m，总高82m。轮缘为呈倒三角形的桁架。大转轮采用组合式(辐条+装饰物骨架)结构，总计84根辐条，每两根辐条对应一只吊厢，7 组装饰物骨架;大立架采用三足鼎立式结构。摩天轮结构系统如图1所示。空间杆件分析采用MIDAS GEN 7.8，这是一个著名的通用结构及机械有限元分析软件，有符合中国规范的完善的数据库文件。MIDAS建立单元模型如图2所示。

　　3 自然因素载荷计算

　　3.1单位

　　有限元分析模型(FEM)中采用国际单位制，即SI-单位系统。主要单位：质量(kg)，长度(m)，时间(s)。由此导出单位如下：加速度(m/s2)，作用力(N 或 kN)，力矩(N·m或 kN·m)，应力(N/m2或 MPa)。

　　3.2钢材

　　主结构钢材采用Q345B，以圆钢及矩形管为主，弹性模量 E=2.06×105MPa，屈服强度为345MPa，破断强度为470MPa。钢材的物理性能指标如表1。

　　采用反应谱法，CQC 组合。

　　3.3风荷载

　　风荷载标准取值:为风压高度变化系数，沿观览车高度方向分4等份，即分层高度为20.5m,41m、61.5m、82m，每层的风荷载标准值见表4。