摘要：游乐设施是载人运行装备，其安全性能极为重要，但目前游乐设施事故与危险严重程度缺少量化评价方法。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
引言：
当前形势下，人们对游乐项目要求变得越来越高了。游乐设施是承载游客游乐的载体，我国每年有超过６亿人次参与游乐活动，享受着各种游乐设施带来的乐趣。游乐产品当前正朝着大型化、高参数、高刺激、新奇特的方向发展。种类日渐繁多、结构型式和运动方式渐趋复杂，这意味着一旦发生安全问题，会造成严重的后果。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。只有对游乐设施的事故与危险的严重程度进行合理量化评价，才能确定其风险控制的必要性和紧迫性，有针对性的采取措施降低和消除风险、确保乘客和设备安全。市面上有各种类型的游乐设施，为了保证参玩游客的人身安全，必须确保设备的安全性。尤其是在部分地震频发地区，要充分考虑地震状态下的设施安全，并做好相关的防范准备，预防风险事故的发生。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游乐设施事故与危险量化判别
1.1评价要素游乐设施事故与危险的后果是多方面的，合理选取评价要素是进行后果评价的关键。本文通过对大量游乐设施事故与危险案例及相关资料进行研究，总结游乐设施行业事故与危险后果的特点，同时考虑我国游乐设施风险评价准则中风险评估方法的内容，从以下要素考虑进行事故与危险严重程度评价。
1.1.1人员伤害
人员伤害是游乐设施事故与危险的最直接后果，是反映事故和危险严重程度的重要指标。事故的发生会造成人员的终生损伤或可恢复性损伤等，是对参与人员的最主要伤害。游乐设施造成人员伤害特别严重的事故所占比重较小，多为轻微伤、轻微不适等；此外，由于游乐活动参与方式的特殊性，有些事故会造成人员高空滞留伤害。
1.1.2经济损失
游乐设施事故与危险不仅威胁着人们的生命安全，而且还会造成各方面不同程度的经济损失。除造成设备、园区景观和设施等有形物质损坏外，事故还会产生如伤亡人员急救、医疗救助损失，社会服务机构消耗损失、设备停车损失等难以直接体现价值的损失。经济损失规模的大小是事故危险评价最普遍的因素。
1.1.3社会影响
游乐设施事故与危险的发生会对广大群众的心理造成不良影响，甚至会给行业、社会带来冲击。游乐设施是大众广泛参与接触的设备一直受到社会广泛关注。一旦发生事故，即使后果并不严重，经过媒体报道等途径传播往往造成强烈的社会反响。社会影响反映了事故被放大的结果，是游乐设施事故和危险严重性的一种呈现。
1.2评价指标
1.2.1人员伤害
人员伤害程度的量化评价判定应合理有据，本文在我国《人体损伤程度鉴定标准》（司发通［２０１３］１４６号）、国外对游乐设施相关人体损伤程度定义Ｍ和道路交通事故伤害的分级方法基础上，结合游乐设施伤害特点补充和定义事故人员伤害程度。游乐设施作为具有独特运行特点的特种设备，其旋转、升降、摆动、倒挂等复杂运动有时会给乘客带来眩晕、恶心等不适反应同时一些游乐设备高度较高，乘客若意外滞留高空，在没有遮蔽保护、救援一时难以展开，被困乘客易受到伤害[1]。虽然这些伤害相对较轻，但作为游乐设施特有但常见的伤害，加之人们对游乐设施事故危险造成人员伤害极为关注，有必要额外定义轻微不适、高空滞留两种特殊伤害，最终形成了我国游乐设施人员伤害程度定义。不同人员伤害程度的量化以我国《生产安全事故报告和调查处理条例》（国务院令第４９３号）、《特种设备安全监察条例》（国务院令第３７３号）和《道路交通事故处理办法》（国务院令第８９号）中安全事故分级定义为基础，同等级事故将不同人员伤害后果并列。
1.2.2经济损失
游乐事故经济损失是多方面的，通过对事故与危险案例结果的分析，各方面经济损失可分为直接经济损失和间接经济损失分别统计。
2地震状态下安全性分析方法及思路
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[2]。采用通用有限元分析法对设备进行分析，所用软件为韩国Midas通用有限元软件（NFX）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在软件中，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。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。
2.1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=0.4kN/m2，雪载荷Q8=0.5kN/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。
2.2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。梁柱均采用Q235B钢，弹性模量为2.06×105MPa，剪切模量7.9×104MPa，抗拉和抗弯设计强度375MPa，抗剪强度设计值125MPa，密度7850kg/m。滑道采用玻璃钢，极限应力强度147MPa。非运行状态下荷载组合P=Gk+k（Q1+WL）+Q7+Q8+Rz。
2.3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。
2.3.1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25.4mm。该段滑槽的长度为5500mm。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[3]。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。
2.3.2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。按照国空钢结构设计规范，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。
2.4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。
2.4.1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[4]。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。
2.4.2钢结构支撑结构强度校核
玻璃钢件抗弯强度σb=375MPa，根据上述工况组合应力图可知最大合成应力σ2=44.6MPa，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。
结束语：
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]郭增乐，吕佳溪，李淑玉.室内小型游乐设施安全管理[J].安全，2018，39（08）：42-44.
[2]陈国栋.标准营造安全健康儿童游乐环境[J].标准生活，2017（05）：38-43.
[3]严波.大型游乐设施安全评价技术研究[J].中国高新技术企业，2016（29）：170-172.
[4]朱建平.浅析大型游乐设备风险评估在安全维护中的作用[J].科技资讯，2014，12（15）：229-230.
论文作者:乔鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/15
标签：载荷论文; 游乐设施论文; 设备论文; 事故论文; 组合论文; 滑梯论文; 危险论文; 《基层建设》2019年第21期论文;