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6.2设计计算 6.2.1基本要求 游乐设施的设计计算包括：静强度计算、刚度计算、疲劳强度计算、稳定性计算、抗倾覆计算、防侧滑计算等，应根据具体结构和工况进行选择。其中，采用Q345钢、20号钢、45号钢、40Cr、Q390钢的结构静强度计算可参照附录E规定的极限状态设计法执行。 点评：静强度计算是最早形成、最基本的一个校核计算。大学教材中《材料力学》、《工程力学》主要讲授的就是静强度计算，它以材料的屈服极限或抗拉极限为评价指标，除以安全系数（不同行业有不同的规定）作为许用应力，来评价结构的安全性。 而结构的计算应力，存在四大强度理论，游乐设施通常采用第四强度理论（形状改变比能理论）去计算结构的计算应力，承压类设备通常采用第三强度理论（最大切应力理论）去计算结构的计算应力。 刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式，钢材的弹性模量变化很小，在计算过程中当做常量，因此改变材料不能改善刚度，改变结构形式对刚度有显著影响。刚度可分为静刚度和动刚度。游乐设施计算通常计算的是静刚度，在滑行类游乐设施中， GBT 18159-2019《滑行车类游乐设施通用技术条件》5.1.16节：速度小于50km/h的滑行车轨道及支承在正常运行工况下，最大允许变形量为1/300，两支撑间轨道最大允许变形量为1/300（不含支承变形量）：速度大于或等于50km/h的滑行车轨道及支承在正常运行工况下，最大允许变形量为1/500，两支承间轨道最大允许变形为1/500（不含支承变形量）。 静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳破坏是多次反复载荷作用下产生的破坏，它不是短期内发生的。疲劳分为低周疲劳和高周疲劳，在满足静强度安全系数的前提下，游乐设施表现为高周疲劳。钢材的疲劳破坏形式是塑性材料的脆性断裂。钢结构疲劳强度起控制作用的是应力幅，通过静力分析即可得到名义应力幅。所以疲劳计算的前提是进行静强度分析。 疲劳计算是判断设备设计使用期限的依据。判断准则分为容许应力幅法和安全系数法。大型游乐设施结构件和焊缝的疲劳采用容许应力幅法，轴采用疲劳强度采用安全系数法进行校核。 为防止结构失稳，对受压或弯压的细长、薄壁结构件，应当进行整体和局部稳定性计算。稳定性计算是进行屈曲分析，屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，屈曲分析包括：线性屈曲和非线性屈曲分析。线性屈曲分析作为一种高效的结构稳定性分析方法，在工程中得到了大量的应用，虽然结果偏大，但是可以通过安全系数的方法来解决。工程中一般会选取3~5倍的安全系数。 移动式游乐设施，应当进行防倾覆、防侧滑计算。 此处材料牌号的命名不严谨。正确的命名是20钢、45钢，没有“号”。可实际中许多人此处出错（写错和读错），详细说明可参考论文：新版《大型游乐设施安全规范》部分条款分析与解读 极限状态设计是结构工程中使用的一种设计方法，分为半概率极限状态设计法和概率极限状态设计法，用结构失效概率或可靠指标度量结构可靠性。此方法过于繁复，游乐设施设计计算很少用到，大家知道有这一种方法即可。 6.2.2应力计算 零部件及焊缝应进行应力计算，材料极限应力与其承受的最大应力的比值为安全系数，得出的安全系数n应满足表1的要求。
式中： σb一材料的极限应力，单位为兆帕(MPa): σmax一设计计算最大应力，单位为兆帕(MPa）: [n]一许用安全系数（见表1） 表1 许用安全系数
点评：一般材料是不能依照最大应力，最大载荷来选取的，故取最大应力，最大载荷的1/n设计来保证材料的安全性。游乐设施以材料的极限应力为评价指标，选取安全系数偏大，一般构件取3.5，重要轴和焊缝取5.0。正是由于相对其他特种设备，游乐设施的安全系数偏大，所以游乐设施不会表现低周疲劳。 6.2.3疲劳强度计算 6.2.3.1钢结构构件及其连接的疲劳计算应符合GB50017中关于疲劳强度计算的规定。 点评：连接主要是指焊接连接，即焊缝疲劳计算。GB50017《钢结构设计标准》采用容许应力幅法。 6.2.3.2 游乐设施的I级、Ⅱ级焊缝应进行疲劳强度校核，对应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳强度。 点评：在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。疲劳计算按应力幅概念计算，承受压应力循环与承受拉应力循环是完全相同的，压应力区也会存在疲劳开裂的现象，但鉴于裂缝形成后，残余应力即自行释放，在全压应力循环中裂缝不会继续扩展，故可不予验算。 6.2.3.3 轴的许用疲劳强度安全系数应满足表2的要求。 表2 轴的许用疲劳强度安全系数
点评：通过有限元计算，为计算精度较精确的计算，故对称循环可采用1.3，脉动循环材料1.73的 评价指标。 凡是计算安全系数的疲劳，都是无限疲劳寿命。 6.2.3.4当循环载荷的最大计算应力小于材料的被劳极限时，零部件为无限寿命；当循环载荷的最大计算应力大于材料的度劳极限时，用被劳线荷谱来计算零部件的使用寿命。 点评：GB 50017《钢结构设计标准》中疲劳极限对应的是10E8，过于苛刻。主要受力部件如果按照无限寿命设计，会造成极大的浪费。 6.2.3.5对不能设计为可拆卸结构的部件，其设计使用期限不能低于整机设计使用期限。 点评：除了可以定期更换的部件，其他部件设计使用期限不能低于整机设计使用期限。 6.2.4刚度计算 对游乐设施有变形要求的某些零部件，应进行刚度计算 点评：主要是指滑行车类游乐设施的轨道和立柱，需进行当度计算和校核。 6.2.5稳定性计算 为防止结构失稳，对细长、薄壁结构件需要进行整体和局部稳定性计算。其中细长构件的稳定性计算应符合GB50017中相关规定：板件和壳体的稳定性计算应符合GB/T3811一2008中5.7的要求。 点评：为防止结构失稳，对受压或弯压的细长、薄壁结构件，应当进行整体和局部稳定性计算。 6.2.6防止倾覆计算 游乐设施运行中，有可能发生整体倾覆时应进行该计算。
6.2.7防止侧滑计算 游乐设施运行中，有可能发生整体侧向滑移时应进行防止侧滑计算，
点评：主要针对移动游乐设施 移动式游乐设施，应当进行防倾覆、防侧滑计算，对于重心偏高的设备，主要利用力矩平衡去校核倾覆力矩；对于重心偏低的设备，主要利用力的平衡，摩擦力是否小于最大静摩擦力，进行防滑移校核计算。
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