公共場所餐椅桌的破壞機理與防治

摘要本文旨在通過用實地調查得到的統計數據，結合概率與數理進行分析，得出正常使用極限狀態下餐椅桌的破壞形式，然后通過力學分析，找出其破壞的原因。最后，針對破壞機理，在理論層面上提出解決問題的防治措施，以期為該種產品的實際工業生產提供指導和借鑒，提高產品質量，減少重復生產帶來的碳排放。

中圖分類號：TS664.07文獻標識碼：A

Mechanism of Fracture and Prevention of Public Places Dining-table and Chairs

SUN Changsheng

(Civil Engineering School， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 611756)

AbstractThis paper aimed at through the statistic dates that comes from survey， combine with probability and mathematical to analyse， results that the broken form of dining chairs under normal usage， then by mechanical analysis to find the broken causes. Finally， aimed at the destruction mechanism， propose solutions to the problems so as to provide guidance and reference for the actual products for the industrial production to improve their product quality， reduce duplication production brings carbon emissions.

Key wordsdining-table and chairs; fatigue failure; stress concentration; impact load

餐椅桌是人類日常生活和社會活動中頻繁使用的具有坐臥、憑倚、餐食等功能的器具，廣泛應用于各級學校的食堂，快餐廳等公共場所，其款式多以桌面與座椅相連接的方式為主。這些公共場所具有人流量大、人員聚集與離開的時間相對集中、公共用具使用頻率高的特點。因此，在高頻率使用的情況下，如何保證餐椅桌能正常使用是個很實用的問題。

本文旨在通過用實地調查得到的數據，結合概率與數理進行分析，得出正常使用極限狀態下餐椅桌的破壞形式，然后通過力學分析，找出破壞的原因。最后，針對破壞機理，在理論層面上提出解決問題的防治措施。

1 四位中空餐椅桌的破壞形式

以西南交通大學犀浦校區食堂內的餐椅桌作為調查對象，該處餐椅桌系于2004年購置，共有椅餐桌1408個，上有座椅5632個，至今已使用了6年左右。經過調查統計，該處餐椅桌的毀壞主要是餐椅桌上連接的座椅的破壞，而餐椅桌的桌面則破壞則很少見，整理相關數據得到如下表格：

表1西南交通大學餐椅桌毀壞情況

47.20%分析上表中的數據，得到結論：餐椅桌的破壞問題集中在座椅，而且，座椅破壞的概率大小與餐椅桌的擺放方式有關，相對于一般的座椅，單獨成排的餐椅桌的座椅被破壞的概率更大。

實地觀察在實際使用時兩種座椅的使用情況發現，相對于兩桌子首尾相連而成排的餐椅桌，使用者在坐單桌成排的餐椅桌的座椅時，傾向于從距一面還有一段距離時就放松雙腿，同時，由于單桌成排的餐椅桌相對于兩兩并列成排的餐椅桌更容易移動，造成單桌成排的餐椅桌上的座椅有更大的概率承受偏心荷載。對于單桌成排的餐椅桌上的椅子，經過觀察發現：破壞的椅子都是在椅面外側的角所在的對角線上的兩個螺栓周圍發生塑料破壞。

2 原因分析

2.1 餐椅桌的材料自身的原因

（1）塑料座椅的老化。餐椅桌的座椅材料使用的是塑料。用塑料做為主要材料有一些優勢，首先，塑料的抗腐蝕能力強，不與酸、堿反應，故而可以保證在試用期間塑料座椅不會像金屬那樣被使用環境中的酸堿腐蝕。其次，塑料材料作為合成的高分子化合物，具有質量輕，成本低的特點，尤其是塑料耐水性能優異，不會像鐵制品那樣容易受到空氣中水和氧氣的銹蝕。但是塑料作為一種合成的高分子化合物，具有高分子材料易老化的通病，塑料在受內外因素的綜合作用后，強度、塑性、韌性等都將隨著時間的推移發生不可逆的降低。因此，餐椅桌的椅子用塑料做成，不可避免的會在經過若干年的使用之后因為性能降低而在使用過程中破壞。

（2）塑料座椅的疲勞破壞。餐椅桌的塑料座椅是一種被頻繁使用的部件，同時塑料是一種彈塑性材料，在高頻率的使用荷載作用下，在前期因使用而造成的形變還未完全恢復的情況下就不可避免的繼續承擔新的荷載，在反復荷載作用下，材料不可避免的要發生疲勞破壞。在疲勞破壞時，在遠低于材料強度極限的交變應力作用下，材料也將發生破壞。因此，餐椅桌的椅子產生疲勞時，盡管使用者帶來的荷載不夠大，仍能造成椅子的破壞。

2.2 餐桌椅結構設計的不合理

對西南交通大學食堂內的餐椅桌的椅子破壞調查發現，椅子破壞的位置均為應力集中的地方，即固定座椅的四個螺栓處中的兩處。對于由脆性材料制成的構件，應力集中現象將一直保持到最大局部應力到達強度極限之前。因此，在設計脆性材料構件時，應考慮應力集中的影響。餐椅桌座椅使用的塑料要么本身就是脆性材料，要么在經過一定的使用時間后脆性明顯增強，因此再設計座椅時，理應對容易出現應力集中的地方注意保護。但是，調查結果表明，餐椅桌座椅的設計者仍有必要對應力集中的地方采取保護措施，防止發生應力集中破壞。

2.3 使用不當造成椅子的破壞

（1）沖擊荷載破壞。觀察發現，在使用過程中，對餐椅桌的座椅起破壞作用的不是使用者的質量導致的靜荷載，而是使用者在就座時對座椅的沖擊荷載。計算表明，即使在是一般的沖擊荷載作用下，座椅所受的應力也達到了同樣大小的靜荷載的5到7倍。因此，餐椅桌座椅的使用者的使用習慣對椅子的破壞與否有著重要的影響。而且，在觀察中發現，單桌成排的餐椅桌的座椅在實際使用過程中更容易收到沖擊荷載，因為在單個桌子成排的餐椅桌周圍的空間十分充足，使用者在單個桌子成排的餐椅桌的座椅上就坐時，傾向于從距一面還有一段距離時就放松雙腿，這樣就給座椅帶來了沖擊荷載的作用。

（2）偏心荷載破壞。由于單桌成排的餐椅桌相對于兩兩并列成排的餐椅桌更容易移動，使用者在就座時，往往沒有坐到座椅底面的形心點附近，造成單桌成排的餐椅桌上的座椅有更大的概率承受更多的偏心荷載。其結果是椅面外側的角所在的對角線上的兩個螺栓周圍發生塑料破壞，其中一個是受拉破壞，一個是受壓破壞。

2.4 餐椅桌的后期維護保養不足

在調查餐椅桌座椅的情況時發現，座椅破壞處的螺栓大都發生了不同程度的銹蝕，這與食堂內潮濕的空氣有關，也與餐桌椅的清潔人員不注意保持椅面周圍的干燥有關。觀察發現，工作人員習慣性的用濕布擦拭椅面的同時造成了一部分水吸附在螺栓上，加速了螺栓的銹蝕。

3 防治措施

（1）提高材料的強度和塑性。生產廠家可以考慮采用強度更高，塑性更強的塑料作為餐椅桌座椅的材料。盡管這會增加生產成本，但從長遠角度和可持續發展的角度來看，利大于弊。

（2）優化餐椅桌的結構設計。在餐椅桌座椅的受力集中部分考慮增大椅面與螺栓的接觸面積，增大二者接合處的塑料厚度。同時，注意椅面下側塑料厚度的變化，使從應力集中處到應力集中處周圍緩慢的減小厚度，這樣既能減少應力集中地破壞，又能節省材料，降低生產成本。

（3）優化使用者使用椅子的方式。采取適當的宣傳措施，建議餐椅桌的使用者就坐時盡量輕坐輕放，減小沖擊荷載對座椅的破壞。

（4）優化餐椅桌的擺放方式。盡量將兩個或多個餐椅桌首尾相連排成一排，減少餐椅桌的移動距離，從而一定程度上提高餐椅桌抵抗偏心荷載的能力。

（5）注意餐椅桌使用中的維護保養。盡量保持餐椅桌周圍環境的干燥和通風，對餐椅桌進行清潔時盡量不將清洗液體撒到金屬部件周圍，減輕環境因素對餐椅桌上的金屬部件如椅面下方連接處螺栓的銹蝕。

參考文獻

[1]James M.Gere. Mechanics of Materials.北京:機械工業出版社，2009.

[2]尚磊.我國男性青年體格狀況的空間分布特征.人類學學報，2007（4）.