塔機起重臂彎折事故力學分析

  摘 要：詳(xiang)細(xi)介(jie)紹(shao)塔(ta)吊(diao)起(qi)重(zhong)臂(bi)折(zhe)斷(duan)原(yuan)因(yin)，進(jin)行(xing)各(ge)種(zhong)工(gong)況(kuang)下(xia)力(li)學(xue)分(fen)析(xi)
，並(bing)闡(chan)述(shu)節(jie)點(dian)焊(han)縫(feng)失(shi)效(xiao)造(zao)成(cheng)後(hou)果(guo)
，從(cong)而(er)得(de)出(chu)可(ke)靠(kao)結(jie)論(lun)，提(ti)出(chu)預(yu)防(fang)事(shi)故(gu)發(fa)生(sheng)措(cuo)施(shi)。
關鍵詞：塔吊 起重臂 鋼桁架 焊縫

高層建築施工
，塔吊是豎向運輸主要機具
，但塔吊使用中經常發生重大安全事故，為此建設部曾多次下文。文獻[1]論(lun)述(shu)塔(ta)吊(diao)起(qi)重(zhong)臂(bi)彎(wan)折(zhe)事(shi)故(gu)，發(fa)生(sheng)事(shi)故(gu)原(yuan)因(yin)是(shi)塔(ta)吊(diao)起(qi)重(zhong)臂(bi)中(zhong)腹(fu)杆(gan)焊(han)接(jie)存(cun)在(zai)缺(que)陷(xian)，導(dao)致(zhi)腹(fu)杆(gan)失(shi)去(qu)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)，致(zhi)使(shi)起(qi)重(zhong)臂(bi)彎(wan)折(zhe)。這(zhe)類(lei)事(shi)故(gu)曾(zeng)發(fa)生(sheng)過(guo)多(duo)起(qi)
，對(dui)這(zhe)類(lei)事(shi)故(gu)分(fen)析(xi)，具(ju)有(you)普(pu)遍(bian)指(zhi)導(dao)意(yi)義(yi)。本(ben)文(wen)從(cong)鋼(gang)結(jie)構(gou)和(he)結(jie)構(gou)力(li)學(xue)觀(guan)點(dian)出(chu)發(fa)，分(fen)析(xi)塔(ta)吊(diao)某(mou)一(yi)腹(fu)杆(gan)失(shi)去(qu)支(zhi)承(cheng)能(neng)力(li)後(hou)，引(yin)發(fa)起(qi)重(zhong)臂(bi)其(qi)他(ta)腹(fu)杆(gan)內(nei)力(li)變(bian)化(hua)
，說(shuo)明(ming)起(qi)重(zhong)臂(bi)彎(wan)折(zhe)的(de)必(bi)然(ran)原(yuan)因(yin)。

1 事故概況

根據文獻介紹，2004年5月25日

，河北省石家莊某公司住宅樓的施工現場，突然一聲巨響，一台QT25E塔機起重臂彎折，發生一起較嚴重的事故。當時司機正在該機駕駛室內操作
，準備把一個重量小於0.8t的de灰hui鬥dou放fang至zhi地di麵mian，突tu然ran發fa生sheng了le上shang述shu事shi故gu。根gen據ju事shi故gu現xian場chang調tiao查zha，彎wan折zhe處chu起qi重zhong臂bi弦xian杆gan與yu一yi根gen腹fu杆gan的de連lian接jie焊han縫feng已yi脫tuo開kai，目mu測ce該gai處chu焊han縫feng有you陳chen舊jiu性xing裂lie紋wen。在zai吊diao臂bi彎wan折zhe處chu附fu近jin
，焊han縫feng脫tuo開kai的de腹fu杆gan沒mei有you彎wan曲qu，其qi他ta8根腹杆都在接近中點處彎折。

2 事故原因分析

2.1 焊接原因分析

conghanjiepohuaifuganquyangfaxian，jinxiangzuzhizaihanqufaxianyoukongdong，bingfaxianduochuconghanqubiaomianshenrujitideyanjingliewen，liewenqishibuweizaihanfengyureyingxiangqujiaojiechu。tongguosaomiaodianjingguancha
，congduankoushangkeyimingxiankanchupilaoliewenkuozhanqu，lieyuanzaixianganyufugandehanfengbianyuan
，zheshuomingcunzaihanjiequexian。

8根(gen)腹(fu)杆(gan)都(dou)在(zai)接(jie)近(jin)中(zhong)點(dian)處(chu)彎(wan)折(zhe)

，這(zhe)是(shi)腹(fu)杆(gan)內(nei)力(li)突(tu)然(ran)增(zeng)大(da)和(he)失(shi)穩(wen)的(de)表(biao)現(xian)，說(shuo)明(ming)焊(han)縫(feng)脫(tuo)開(kai)失(shi)去(qu)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)之(zhi)後(hou)，在(zai)起(qi)吊(diao)載(zai)荷(he)作(zuo)用(yong)下(xia)
，引(yin)起(qi)吊(diao)臂(bi)各(ge)杆(gan)內(nei)力(li)突(tu)然(ran)增(zeng)大(da)和(he)重(zhong)新(xin)分(fen)布(bu)致(zhi)使(shi)受(shou)壓(ya)的(de)腹(fu)杆(gan)因(yin)超(chao)載(zai)而(er)失(shi)穩(wen)

，這(zhe)些(xie)腹(fu)杆(gan)失(shi)穩(wen)彎(wan)折(zhe)後(hou)，起(qi)重(zhong)臂(bi)截(jie)麵(mian)高(gao)度(du)減(jian)小(xiao)，使(shi)該(gai)段(duan)吊(diao)臂(bi)失(shi)去(qu)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)而(er)彎(wan)曲(qu)。

2.2 結構力學分析

2.2.1 塔吊起重臂結構形式

塔吊起重臂結構形式，如圖1所示，屬於靜定結構，隻要某一杆件遭到失穩或破壞，將致使整個起重臂成為靜不定結構，整個起重臂彎折破壞必然發生。

圖 1 塔吊起重臂結構形式

2.2.2 結構力學分析

（1）計算模型。塔吊起重臂的杆件數量較多，有二根鋼絲繩作吊點，故起重臂可看作二跨帶懸臂連續桁架，見圖1，為了計算簡單起見
，隻計算靠近塔吊塔身一跨桁架
，見圖2
，計算時，上弦剛度取K


，下弦為2K
，腹杆為0.5K，鋼絲繩拉杆為0.1K，荷載取50KN
，位置分別在5#和9#點。

圖 2 靠近塔吊塔身一跨桁架

（2）腹杆未破壞時杆件內力。假設桁架節點全部為鉸接，荷載分別作用到5#、9#點時軸向內力見圖3-1、3-2。圖2為靜定結構桁架，某一腹杆破壞，該結構成為靜不定結構，電算程序無法計算，故假定桁架節點改為固結。荷載分別作用到5#
、9#點時軸向內力見圖4-1
、4-2。剪力與彎矩值不大
，不予考慮。與圖3-1
、3-2比較，軸向力兩者相差不大。

圖3 節點為鉸接時荷載作用到5#點的軸向內力

圖4 節點為鉸接時荷載作用到9#點的軸向內力

（3）腹杆5—15兩端節點焊接破壞失穩後內力。假設節點為固結情況，5-15杆兩端焊接失效，荷載在9#點時

，其內力見圖5
，與圖4-2比較，4-14杆軸向內力由-13.55KN（負值為壓杆）突然增大到-20.88KN，6-16杆由-13.52KN突然增大到-20.84 KN，其增大幅度分別為50%左右，此時上弦節點彎矩也發生突變。

圖5 節點為固結時荷載作用到5#點的軸向內力

（4）當腹杆5-15兩端節點焊接破壞，荷載在5#點時，其內力見圖6，與圖4-1比較，4-14杆軸向內力由-34.71KN（負值為壓杆）突然減少到-23.15KN，6-16杆由21.89KN突然增大到33.48 KN。此時上弦節點彎矩也發生突變。

圖6 節點為固結時荷載作用到9#點的軸向內力

（5）當腹杆6-15兩端節點焊接破壞，。荷載在9#點時，其內力見圖7
，與圖4比較，5-14杆軸向內力由13.51KN突然增大到20.87KN，7-16杆由13.53KN突然增大到20.82 KN
，其增大幅度分別為50%左右，此時上弦節點彎矩也發生突變。

圖7 當腹杆5-15兩端節點焊接破壞，荷載作用到9#點的軸向內力

3 結論與對策

3.1 結 論

bulunhezaiweizhizaihechu，qizhongbizhongmouyigenfuganliangduanhanjiefashengpohuaierdaozhifuganshiwenshixiao，anjinglijinxingjisuan
，jiangdaozhigaifuganhefujinfuganneilifashengtubian。ruoandonglijinxingjisuan，qineilitubianjianggengda，zhejiushifuganliangduanhanjiepohuaishi，qizhongbifashengzheduandegenbenyuanyin。

圖8 當腹杆5-15兩端節點焊接破壞
，荷載作用到5#點的軸向內力

圖 9 當腹杆6-15兩端節點焊接破壞

，荷載作用到9#點的軸向內力

3.2 對 策

通過上述塔機起重臂彎折事故力學分析，得出今後預防的措施如下：（1）塔吊起重臂設計時，將靜定結構改為超靜定結構，即使某一根腹杆失穩破壞，其內力進行重分布，不至於立即發生彎折破壞。（2）塔吊生產廠家應加強焊接質量控製與檢查，應按Ⅰ級焊縫要求考慮，出廠前進行探傷檢驗。（3）塔吊應進行定期檢查和維修，並有檢驗報告單。（4）焊縫檢查應采用探傷儀，若采用放大鏡檢查
，放大倍數不應小於10倍。若發現有裂紋必然重新施焊。（5）發fa現xian油you漆qi剝bo落luo和he金jin屬shu材cai料liao鏽xiu蝕shi，要yao查zha明ming原yuan因yin。各ge種zhong裂lie紋wen是shi應ying力li徐xu變bian的de先xian兆zhao，是shi鋼gang結jie構gou杆gan件jian應ying力li狀zhuang態tai惡e化hua的de表biao現xian，必bi須xu立li刻ke處chu理li。主zhu要yao受shou力li構gou件jian腐fu蝕shi超chao標biao應ying提ti出chu停ting止zhi使shi用yong，報bao廢fei處chu理li報bao告gao。（6）日常使用塔機應經常檢查，發現有異常情況時，必須及時彙報處理
，嚴禁帶病運行。塔機每轉場一次，在使用前必須進行1次定檢，並保證每年進行一次年檢。（7）jixiehuagongsibixujianlijianquantajideanquanguanlizhidu。dingqiduishebeijinxingjianzha，bingduixianchangtichujishuguzhanghebuzhengchangxianxiangjishigeiyuhuifu，jianlishebeianquanjishudangan。