馮竹君，王秀麗，胡 義，王賽龍，姚 勇，褚云朋

（1.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院 蘭州，730050）（2.中國(guó)十七冶集團(tuán)有限公司 蘭州，730050）（3.西南科技大學(xué)工程材料與結(jié)構(gòu)沖擊振動(dòng)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 綿陽(yáng)，621010）

引言

鋼絲繩因其良好的承載能力和變形能力使得其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多樣化［1-7］。通常，其在自重相對(duì)較小的情況下具有很高的承載力。繩索結(jié)構(gòu)使鋼絲繩能夠在一根或多根鋼絲斷裂的情況下繼續(xù)承載［8］。

鋼絲繩在應(yīng)用過(guò)程中常會(huì)受到?jīng)_擊作用而發(fā)生失效。Krishnadev 等［9］的研究結(jié)果表明，與拉伸試驗(yàn)相比，沖擊試驗(yàn)?zāi)芨玫卦u(píng)估鋼絲繩的脆性斷裂敏感性，鋼絲繩應(yīng)用需考慮動(dòng)態(tài)載荷的作用。Ren等［10］研究了鋼絲繩在沖擊荷載下的失效模式，并給出了安全使用鋼絲繩的建議。Sun 等［11］通過(guò)爆破試驗(yàn)研究了新型錨索的抗沖擊性能。任志乾等［12］針對(duì)單股鋼絲繩在受到?jīng)_擊載荷作用下的失效問(wèn)題，通過(guò)建立鋼絲繩的三維有限元模型，對(duì)靜載荷和沖擊載荷下的鋼絲繩內(nèi)部鋼絲的受力進(jìn)行了計(jì)算。Zheng 等［13］通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼索沖擊響應(yīng)譜計(jì)算，研究了激勵(lì)持續(xù)時(shí)間和阻尼比對(duì)沖擊響應(yīng)譜的影響。以上研究多集中于鋼絲繩的軸向沖擊方面，針對(duì)鋼絲繩的側(cè)向抗沖擊性能研究較少。

筆者通過(guò)縮尺試驗(yàn)，考慮鋼絲繩表面狀態(tài)及材質(zhì)，研究不同直徑的單根鋼絲繩在螺栓連接和卡扣連接2 種連接方式下的側(cè)向抗沖擊性能，以及交叉鋼絲繩網(wǎng)在沖擊荷載下的動(dòng)力響應(yīng)，為工程應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)研究

由于實(shí)際工程中的鋼絲繩多暴露在大氣環(huán)境中或處于復(fù)雜的地區(qū)環(huán)境下，常存在防腐蝕和耐久性問(wèn)題。不銹鋼和熱鍍鋅鋼絲繩是工程中常用的2 種材料，這2 種不同的表面處理方式都能在一定程度上減緩鋼絲繩的腐蝕問(wèn)題。故本次試驗(yàn)中采用光面304 不銹鋼和熱鍍鋅碳素鋼2 種表面狀態(tài)及材質(zhì)的鋼絲繩，對(duì)比其抗沖擊性能差異?？紤]不同直徑對(duì)鋼絲繩抗沖擊性能的影響，以及實(shí)際工程中因條件限制等因素存在不同的連接方式，試驗(yàn)根據(jù)不同的表面狀態(tài)及材質(zhì)、直徑和連接方式等共設(shè)計(jì)8 個(gè)試驗(yàn)工況。

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在蘭州理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室沖擊試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，沖擊試驗(yàn)裝置如圖1 所示。試驗(yàn)臺(tái)總高度為5.2 m，軌道長(zhǎng)度為7.9 m，坡度為42°。試驗(yàn)中的沖擊物是直徑分別為100，150，200 和300 mm 的實(shí)心鋼球，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分別為4.11，13.87，32.87 和110.92 kg，這里分別用M1，M2，M3和M4表示。

圖1 沖擊試驗(yàn)裝置Fig.1 Impact test apparatus

1.2 試件設(shè)計(jì)

縮尺試驗(yàn)是在研究構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能時(shí)的一種常用手段。以常用于實(shí)際柔性防護(hù)工程中直徑為28 mm 的鋼絲繩為例，按照鋼絲繩截面積1/5 的幾何縮尺進(jìn)行試件設(shè)計(jì)。實(shí)際試驗(yàn)中選取直徑為12 mm 的鋼絲繩，同時(shí)，對(duì)比考慮直徑為8 mm 的鋼絲繩抗沖擊性能，分析不同直徑對(duì)鋼絲繩抗沖擊性能的影響。鋼絲繩長(zhǎng)度為1 500 mm。2 種直徑的鋼絲繩長(zhǎng)徑比為125 和187.5，滿足一般細(xì)長(zhǎng)索的要求。

沖擊試驗(yàn)的試件具體參數(shù)如表1 所示。表1 中，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度均為1 770 MPa。試件編號(hào)中第1 部分SS 代表304 不銹鋼絲繩，HG 代表熱鍍鋅鋼絲繩；第2 部分?jǐn)?shù)字代表鋼絲繩直徑（mm）；第3部分代表鋼絲繩組合形式，N 表示交叉鋼絲繩網(wǎng)，否則為單根鋼絲繩。根據(jù)文獻(xiàn)［14-15］，得到直徑分別為8 mm 和12 mm 的不銹鋼絲繩理論最小破斷力分別為40.1 kN 和85.6 kN；12 mm 的熱鍍鋅鋼絲繩理論最小破斷力為84.6 kN。

表1 試件具體參數(shù)Tab.1 Specimen list

1.3 力學(xué)性能試驗(yàn)

多數(shù)研究在進(jìn)行鋼絲繩彈性模量測(cè)試時(shí)選用拆股成單根鋼絲的拉伸試驗(yàn)，此種試驗(yàn)不能完整表現(xiàn)出整股鋼絲繩的彈性變形規(guī)律，故本試驗(yàn)直接對(duì)完整的鋼絲繩股進(jìn)行拉伸，研究其真實(shí)變形規(guī)律。根據(jù)鋼絲繩不同的材料，分別制作了3 個(gè)直徑為8 mm和3 個(gè)直徑為12 mm 的光面304 不銹鋼拉伸試樣，以及3 個(gè)直徑為12 mm 的熱鍍鋅碳素鋼拉伸試樣，共9 個(gè)拉伸試樣，每個(gè)試樣總長(zhǎng)為500 mm。拉伸過(guò)程中用型號(hào)為YYU-25/100 的電子引伸計(jì)測(cè)量鋼絲繩的彈性變形。采用上海華龍廠家制造的型號(hào)為WAW-2000 的電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。鋼絲繩彈性模量Es的計(jì)算公式［16］為

其中：Le為引伸計(jì)標(biāo)距長(zhǎng)度；F30%為30%的鋼絲繩最小破斷拉力；F10%為10%的鋼絲繩最小破斷拉力；Ac為鋼絲繩計(jì)算金屬橫截面積；x2為F30%的力對(duì)應(yīng)的引伸計(jì)讀數(shù)；x1為F10%的力對(duì)應(yīng)的引伸計(jì)讀數(shù)。

圖2 為鋼絲繩拉伸前后對(duì)照?qǐng)D。由圖2 可知，鋼絲繩斷裂位置均發(fā)生在試件中部，且鋼絲繩實(shí)測(cè)破斷力均大于規(guī)范規(guī)定的理論計(jì)算值，說(shuō)明拉伸試驗(yàn)有效。經(jīng)拉伸試驗(yàn)后得到鋼絲繩拉伸力學(xué)性能參數(shù)如表2 所示。試件編號(hào)的第1 部分SS 代表不銹鋼絲繩，HG 代表熱鍍鋅鋼絲繩；第2 部分?jǐn)?shù)字代表鋼絲繩直徑（mm）；第3 部分T1，T2，T3代表拉伸試件，每組3 個(gè)。

表2 鋼絲繩拉伸力學(xué)性能參數(shù)Tab.2 Tensile mechanical properties of wire rope

圖2 鋼絲繩拉伸前后對(duì)照?qǐng)DFig.2 Comparison of wire ropes before and after stretching

由表2 可知，針對(duì)304 不銹鋼絲繩，直徑的改變對(duì)彈性模量影響較小。針對(duì)同直徑的鋼絲繩，相比304 不銹鋼絲繩，熱鍍鋅鋼絲繩的彈性模量增幅較明顯，平均增幅達(dá)到53.99%。說(shuō)明相同荷載條件下熱鍍鋅鋼絲繩的彈性變形較小，更容易進(jìn)入塑性變形階段。但是，兩者的破斷拉力結(jié)果相差不大。不同的表面狀態(tài)及材質(zhì)只影響鋼絲繩彈性階段的變形能力，而對(duì)鋼絲繩靜力承載能力影響不大。

1.4 沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)中將提前制作好的試件安裝在構(gòu)件支撐架上面，利用坡道滾落的鋼球施加沖擊荷載。目前，工程中常用的索力測(cè)量方法有壓力表法、錨索計(jì)測(cè)試法、振動(dòng)法和磁通量法。其中：壓力表法只能測(cè)試緩慢張拉過(guò)程中的索力變化；錨索計(jì)測(cè)試操作不便，自身重量較大，不適于本試驗(yàn)；振動(dòng)法只能測(cè)試輕微振動(dòng)后產(chǎn)生的索力，不適于強(qiáng)沖擊下的索力測(cè)試；磁通量法測(cè)試頻率過(guò)低，不適于短時(shí)沖擊荷載的測(cè)量。從試驗(yàn)量測(cè)的可行性考慮，本次試驗(yàn)選取直接在鋼絲繩表面粘貼應(yīng)變片的方法來(lái)測(cè)定鋼絲繩的動(dòng)態(tài)應(yīng)變，并研究其傳力規(guī)律。固定加速度傳感器用來(lái)測(cè)試受沖擊后鋼絲繩的加速度變化。連接位移傳感器測(cè)試鋼絲繩的變形。試驗(yàn)使用江蘇東華測(cè)試技術(shù)股份有限公司DHDAS 動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)，DH5922采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1.4.1 測(cè)點(diǎn)布置及裝置

單根鋼絲繩測(cè)點(diǎn)布置如圖3 所示，圖中短粗實(shí)線代表應(yīng)變片，空心圓代表位移傳感器，空心三角形代表加速度傳感器。S1，S2和S3代表3 個(gè)應(yīng)變片，A1，A2和A3代表3 個(gè)加速度傳感器，D1，D2和D3代表3 個(gè)位移傳感器。電阻應(yīng)變片型號(hào)為BX120-5AA，量程為±20 000 με。加速度傳感器類型為IEPE 壓電式傳感器，型號(hào)為1A531E，量程為5 000g。位移傳感器采用德國(guó)ASM 拉繩式位移傳感器，型號(hào)為CLMD2-AJ1A8P01250 和CLMD1-AJ1A8P01750，量程分別為250 mm 和750 mm。

圖3 單根鋼絲繩測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：mm）Fig.3 Arrangement of measuring points of single wire rope(unit:mm)

鋼絲繩網(wǎng)沖擊試驗(yàn)結(jié)合實(shí)際考慮三邊支撐連接，鋼絲繩網(wǎng)測(cè)點(diǎn)布置如圖4 所示。表面粘貼S1～S12共12 個(gè)應(yīng)變片，從下往上連接A1，A2和A3共3 個(gè)加速度傳感器和D1，D2和D3共3 個(gè)位移傳感器。

圖4 鋼絲繩網(wǎng)測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：mm）Fig.4 Layout of measuring points of wire rope net (unit:mm)

1.4.2 加載方案

單根鋼絲繩沖擊試驗(yàn)如圖5 所示。圖中，鋼絲繩沖擊點(diǎn)均為鋼絲繩中點(diǎn)。在進(jìn)行單根鋼絲繩沖擊試驗(yàn)時(shí)，針對(duì)直徑為8 mm 的304 不銹鋼絲繩，對(duì)比鋼絲繩在螺栓連接和卡扣連接下的動(dòng)力響應(yīng)，研究不同連接方式對(duì)鋼絲繩抗沖擊性能的影響。針對(duì)直徑為12 mm 的螺栓連接的鋼絲繩，對(duì)比304 不銹鋼絲繩和熱鍍鋅鋼絲繩的動(dòng)力響應(yīng)，研究不同表面狀態(tài)及材質(zhì)對(duì)鋼絲繩抗沖擊性能影響。針對(duì)螺栓連接方式下的304 不銹鋼絲繩，對(duì)比不同直徑的鋼絲繩動(dòng)力響應(yīng)，研究不同直徑對(duì)鋼絲繩抗沖擊性能影響。

圖5 單根鋼絲繩沖擊試驗(yàn)Fig.5 Single wire rope impact test

在進(jìn)行鋼絲繩網(wǎng)沖擊試驗(yàn)時(shí)，考慮不同連接方式，分別進(jìn)行了3×3 鋼絲繩網(wǎng)和4×4 鋼絲繩網(wǎng)的沖擊試驗(yàn)，對(duì)比在相同沖擊荷載作用下不同連接方式的鋼絲繩網(wǎng)抗沖擊性能的影響。3×3 鋼絲繩沖擊點(diǎn)為網(wǎng)格中部縱橫鋼絲繩交叉中心點(diǎn)，4×4 鋼絲繩網(wǎng)沖擊點(diǎn)為由下往上第2 根和第3 根橫向鋼絲繩中點(diǎn)，分別將沖擊工況定義為N2-1 和N2-2。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

受沖擊載荷后鋼絲繩的破壞形態(tài)如圖6 所示。如圖6（a）所示，單根鋼絲繩受M2質(zhì)量沖擊時(shí)，只發(fā)生沖擊部位的局部損傷。如圖6（b）所示，受M4質(zhì)量沖擊時(shí)，鋼絲繩斷裂。如圖6（c）所示，鋼絲繩網(wǎng)受沖擊后主要發(fā)生連接端部失效現(xiàn)象，鋼絲繩網(wǎng)HG-12-N2-2 在受M3質(zhì)量沖擊時(shí)，從下往上第3 根鋼絲繩端部脫開(kāi)。如圖6（d）所示，鋼絲繩網(wǎng)SS-12-N2-2 在受M4質(zhì)量沖擊時(shí)，從下往上第3 根鋼絲繩端部脫開(kāi)。

圖6 鋼絲繩破壞形態(tài)Fig.6 Failure modes of wire rope

試驗(yàn)中不同連接方式的鋼絲繩網(wǎng)受沖擊后的動(dòng)力響應(yīng)存在明顯差異，螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)變形較小，震蕩劇烈?？圻B接的鋼絲繩網(wǎng)變形較大，震蕩較緩慢。隨著沖擊物質(zhì)量的增大，2 種連接方式下鋼絲繩網(wǎng)均發(fā)生連接處脫開(kāi)的失效破壞，但鋼絲繩未發(fā)生斷裂。

2.2 應(yīng)變結(jié)果分析

因沖擊過(guò)程中鋼絲繩受沖擊荷載后振動(dòng)劇烈，導(dǎo)致多個(gè)應(yīng)變片損壞，僅給出有效的幾個(gè)應(yīng)變值。圖7 為單根鋼絲繩應(yīng)變時(shí)程曲線。試件SS-8-1 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，S1應(yīng)變片的應(yīng)變時(shí)程曲線如圖7（a）所示。由圖可知，隨著沖擊物質(zhì)量的增大，相同應(yīng)變片的應(yīng)變?cè)龃螅▌?dòng)幅度也越大，但是波動(dòng)頻率變慢。試件SS-8-2 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，S1應(yīng)變片的應(yīng)變時(shí)程曲線如圖7（b）所示。可以看出，應(yīng)變曲線振動(dòng)頻率變慢，波峰包含的面積增大?？梢?jiàn)，同直徑的304 不銹鋼絲繩在不同連接方式下受沖擊荷載時(shí)，卡扣連接的鋼絲繩變形能力和耗能能力相較螺栓連接的鋼絲繩大。

圖7 單根鋼絲繩應(yīng)變時(shí)程曲線Fig.7 Strain time history curve of single wire rope

試件SS-12-1 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，S3應(yīng)變片的應(yīng)變時(shí)程曲線如圖7（c）所示?？梢钥闯?，隨著沖擊物質(zhì)量的增大，相同測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?cè)龃?，波?dòng)幅度也越大，但是波動(dòng)頻率變慢。試件HG-12-1 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，S3應(yīng)變片的應(yīng)變時(shí)程曲線如圖7（d）所示。對(duì)比圖7（c）和（d）可知，相同直徑螺栓連接的鋼絲繩在受沖擊荷載時(shí)，304 不銹鋼和熱鍍鋅鋼絲繩應(yīng)變變化規(guī)律差別不大，說(shuō)明表面狀態(tài)及材質(zhì)對(duì)鋼絲繩的抗沖擊性能影響不大。

試件SS-8-1 應(yīng)變片S3因應(yīng)變過(guò)大而損傷，試件SS-12-1 應(yīng)變片S1因應(yīng)變過(guò)大而損傷。由此可知，螺栓連接的304 不銹鋼絲繩，相同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)直徑越小的鋼絲繩中部應(yīng)變值較大，直徑越大的鋼絲繩端部應(yīng)變值較大。這是因?yàn)椴牧舷嗤瑫r(shí)直徑較小的鋼絲繩本身剛度較小，在受到?jīng)_擊時(shí)局部發(fā)生損傷甚至斷裂，故沖擊點(diǎn)處的應(yīng)變較大。隨著直徑增大，鋼絲繩剛度變大，在受到?jīng)_擊時(shí)局部損傷不明顯也不會(huì)發(fā)生斷裂，故沖擊點(diǎn)處的應(yīng)變較小。

由鋼絲繩網(wǎng)受不同質(zhì)量沖擊時(shí)各點(diǎn)的峰值應(yīng)變?chǔ)舖ax結(jié)果可知，對(duì)比3×3 的鋼絲繩網(wǎng)，在沖擊質(zhì)量較大時(shí)，螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)主要為沖擊荷載所在橫向鋼絲繩受力，卡扣連接的鋼絲繩網(wǎng)主要為沖擊荷載所在的縱橫向鋼絲繩同時(shí)受力，受力較均勻。對(duì)比4×4 的鋼絲繩網(wǎng)，在沖擊質(zhì)量較大時(shí)，沖擊從下往上第2 根橫向鋼絲繩時(shí)，2 種連接方式下鋼絲繩網(wǎng)均為沖擊點(diǎn)附近及與之相連鋼絲繩邊界處受力較大。在沖擊從下往上第3 根橫向鋼絲繩時(shí)，2 種連接方式下鋼絲繩網(wǎng)沖擊點(diǎn)附近受力較大。

2.3 位移結(jié)果分析

單根鋼絲繩位移傳感器D2的位移時(shí)程曲線如圖8 所示?？梢钥闯?，鋼絲繩的變形經(jīng)歷了3 個(gè)重要階段，分別是正向變形、反向回彈變形和最終殘余變形。定義3 個(gè)特征值分別為正向峰值位移um、反向回彈峰值位移uRm和最終殘余位移up。

圖8 單根鋼絲繩位移傳感器D2位移時(shí)程曲線Fig.8 Displacement time history curve of single wire rope displacement sensor D2

如圖8（a）所示，由于位移計(jì)拉線被震斷，僅測(cè)到試件SS-8-1 在M2質(zhì)量沖擊時(shí)，位移傳感器D2的um值為15.25 mm，uRm值達(dá)到72.66 mm，up值為3.89 mm。在M4質(zhì)量沖擊時(shí)試件發(fā)生斷裂，試件SS-8-2 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，位移傳感器D2的位移時(shí)程曲線如圖8（b）所示，隨著沖擊物質(zhì)量的增大，uRm值增大，相同測(cè)點(diǎn)殘余位移up值也越來(lái)越大。在M2質(zhì)量沖擊時(shí)，um值為33.01 mm，uRm值為50.23 mm，up值達(dá)到8.52 mm。在M4質(zhì)量沖擊時(shí)試件同樣發(fā)生斷裂。綜上，同直徑的304 不銹鋼絲繩在受相同沖擊荷載時(shí)，卡扣連接的鋼絲繩最終殘余位移比螺栓連接的更大，振動(dòng)頻率更低。其原因是螺栓連接的鋼絲繩初始狀態(tài)存在的軸向約束力強(qiáng)于卡扣連接。因軸力的效果是顯著減少鋼絲繩的最終變形［17］，則可知螺栓連接的鋼絲繩變形較小。

試件SS-12-1 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，位移傳感器D2的位移時(shí)程曲線如圖8（c）所示。由圖可知，在沖擊質(zhì)量較小時(shí)，鋼絲繩發(fā)生彈性變形，且uRm值比um值大，振動(dòng)頻率較高，鋼絲繩主要通過(guò)回彈變形進(jìn)行耗能。在M1質(zhì)量沖擊時(shí)，um值為16.87 mm，uRm值達(dá)到42.71 mm。在M2質(zhì)量沖擊時(shí)，um值為18.63 mm，uRm值達(dá)到45.15 mm，up值為0.949 mm。在M3質(zhì)量沖擊時(shí)，um較大，um值為53.76 mm，uRm值為41.32 mm，鋼絲繩產(chǎn)生殘余變形，殘余位移up值達(dá)到42.16 mm，同時(shí)波動(dòng)頻率變慢。由試件SS-12-1 和試件SS-8-1 對(duì)比結(jié)果可知，相同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，直徑越小的鋼絲繩變形越大。

試件HG-12-1 在M1質(zhì)量沖擊時(shí)位移傳感器D2的um值為19.28 mm，uRm值達(dá)到48.80 mm，up值為0.945 mm。對(duì)比試件SS-12-1 在相同沖擊物質(zhì)量沖擊下的位移結(jié)果，兩者相差不大。由此可知，表面狀態(tài)及材質(zhì)對(duì)鋼絲繩的抗沖擊性能影響不大。

由于篇幅所限，僅給出試件SS-12-N1和HG-12-N13 個(gè)測(cè)點(diǎn)位移時(shí)程曲線。M1質(zhì)量沖擊時(shí)鋼絲繩網(wǎng)位移時(shí)程曲線如圖9 所示。由圖可知，螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)在受M1質(zhì)量沖擊荷載時(shí)振動(dòng)頻率較卡扣連接的鋼絲繩高。2 種鋼絲繩網(wǎng)都經(jīng)歷了3 個(gè)階段，包括沖擊之初的正向變形um，然后發(fā)生回彈變形uRm，最終產(chǎn)生殘余變形up。卡扣連接的鋼絲繩網(wǎng)殘余變形比螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)大。這是因?yàn)榭圻B接的鋼絲繩網(wǎng)受沖擊時(shí)，鋼絲繩經(jīng)歷張緊到受力的過(guò)程，最終產(chǎn)生的變形等于鋼絲繩張緊所需的變形與實(shí)際受力產(chǎn)生的變形之和。

圖9 M1質(zhì)量沖擊時(shí)鋼絲繩網(wǎng)位移時(shí)程曲線Fig.9 Displacement time history curve of mass M1 impact wire rope net

對(duì)比鋼絲繩網(wǎng)2 種不同的連接方式，螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)最終殘余變形up較小，但是正向峰值位移um和反向回彈峰值位移uRm較大。這說(shuō)明螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)主要通過(guò)彈性變形耗能，而卡扣連接的鋼絲繩網(wǎng)主要通過(guò)塑性變形耗能。

2.4 加速度結(jié)果分析

圖10 為單根鋼絲繩加速度傳感器A1的加速度時(shí)程曲線，可以看出，鋼絲繩加速度幅值均隨沖擊物質(zhì)量的增加而增大。試件SS-8-1 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，加速度傳感器A1的加速度時(shí)程曲線如圖10（a）所示。由圖可知，在M4質(zhì)量沖擊下，A1加速度幅值達(dá)1 451.53g，同時(shí)鋼絲繩發(fā)生斷裂。試件SS-8 mm-2 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，A1的加速度時(shí)程曲線如圖10（b）所示。由圖可知，在M4質(zhì)量沖擊下，A1加速度幅值為865.40g。由以上對(duì)比可知，相同直徑的304 不銹鋼絲繩受沖擊荷載時(shí)，相較于螺栓連接的304 不銹鋼絲繩，卡扣連接時(shí)鋼絲繩的加速度幅值更小。試件SS-12-1 受不同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，A1的加速度時(shí)程曲線如圖10（c）所示。由圖可知，在M3質(zhì)量沖擊下，A1加速度幅值為1 245.52g。由以上對(duì)比可知，304不銹鋼絲繩受相同質(zhì)量小球沖擊時(shí)，直徑越大的鋼絲繩加速度越大。

圖10 單根鋼絲繩加速度傳感器A1的加速度時(shí)程曲線Fig.10 Acceleration time history curve of single wire rope acceleration sensor A1

由于試驗(yàn)中加速度值超限或傳輸線損壞等原因，僅給出M2質(zhì)量沖擊鋼絲繩網(wǎng)加速度時(shí)程曲線，如圖11 所示。由圖可知，沖擊荷載所在的橫向鋼絲繩加速度值A(chǔ)1最大，最上方橫向鋼絲繩加速度值A(chǔ)3最小，加速度值A(chǔ)2介于兩者之間。對(duì)比相同工況，螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)振動(dòng)更劇烈。其原因?yàn)槁菟ㄟB接的鋼絲繩網(wǎng)初始受到的約束軸力值較卡扣連接的大，相同條件下，軸力越大的構(gòu)件加速度也越大。

圖11 M2質(zhì)量沖擊鋼絲繩網(wǎng)加速度時(shí)程曲線Fig.11 Acceleration time history curve of mass M2 impact wire rope net

3 結(jié)論

1）單根鋼絲繩受沖擊荷載后振動(dòng)較劇烈，會(huì)發(fā)生明顯的反向回彈變形，回彈變形較正向變形大。在沖擊物質(zhì)量較小時(shí)，只發(fā)生沖擊部位的局部損傷，在沖擊物質(zhì)量較大時(shí)，鋼絲繩斷裂。表面狀態(tài)及材質(zhì)對(duì)鋼絲繩的抗沖擊性能影響不大，對(duì)鋼絲繩抗沖擊性能影響較大的因素是連接方式，卡扣連接的鋼絲繩變形能力和耗能能力相較螺栓連接的鋼絲繩大。

2）隨著沖擊物質(zhì)量的增大，相同測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?cè)龃?，波?dòng)幅度也越大，但是波動(dòng)頻率變慢。對(duì)于單根鋼絲繩，相同沖擊物質(zhì)量沖擊時(shí)，直徑越小的鋼絲繩中部應(yīng)變值較大，直徑越大的鋼絲繩端部應(yīng)變值較大。

3）不同連接方式的鋼絲繩網(wǎng)受沖擊后的動(dòng)力響應(yīng)存在明顯差異，螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)變形較小，振動(dòng)頻率較快。卡扣連接的鋼絲繩網(wǎng)變形較大，振動(dòng)頻率較慢。螺栓連接的鋼絲繩網(wǎng)主要通過(guò)彈性變形耗能，而卡扣連接的鋼絲繩網(wǎng)主要通過(guò)塑性變形耗能?？圻B接的鋼絲繩經(jīng)歷了由松弛狀態(tài)到繃緊狀態(tài)再到受荷狀態(tài)3 個(gè)不同的階段，最終變形相較螺栓連接的鋼絲繩大。

4）對(duì)比2 種不同的連接方式，鋼絲繩網(wǎng)主要發(fā)生沖擊點(diǎn)處的局部損傷和鋼絲繩端部連接失效。卡扣連接的鋼絲繩網(wǎng)受沖擊荷載時(shí)容易失效，連接可靠度低。相較于螺栓連接的鋼絲繩，卡扣連接時(shí)單根鋼絲繩的加速度幅值更小。