塔機起重臂彎折事故力學分析

 

    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]lunshutadiaoqizhongbiwanzheshigu，fashengshiguyuanyinshitadiaoqizhongbizhongfuganhanjiecunzaiquexian，daozhifuganshiquchengzainengli，zhishiqizhongbiwanzhe。zheleishiguzengfashengguoduoqi，duizheleishigufenxi，juyoupubianzhidaoyiyi。benwenconggangjiegouhejiegoulixueguandianchufa，fenxitadiaomouyifuganshiquzhichengnenglihou

，yinfaqizhongbiqitafuganneilibianhua，shuomingqizhongbiwanzhedebiranyuanyin。

 

    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(ta)8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

 

    從cong焊han接jie破po壞huai腹fu杆gan取qu樣yang發fa現xian，金jin相xiang組zu織zhi在zai焊han區qu發fa現xian有you孔kong洞dong，並bing發fa現xian多duo處chu從cong焊han區qu表biao麵mian伸shen入ru基ji體ti的de沿yan晶jing裂lie紋wen，裂lie紋wen起qi始shi部bu位wei在zai焊han縫feng與yu熱re影ying響xiang區qu交jiao界jie處chu。通tong過guo掃sao描miao電dian鏡jing觀guan察cha，從cong斷duan口kou上shang可ke以yi明ming顯xian看kan出chu疲pi勞lao裂lie紋wen擴kuo展zhan區qu，裂lie源yuan在zai弦xian杆gan與yu腹fu杆gan的de焊han縫feng邊bian緣yuan
，這zhe說shuo明ming存cun在zai焊han接jie缺que陷xian。

 

    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。

 

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    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。

 

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    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。

 

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    圖3節點為鉸接時荷載作用到5#點的軸向內力

 

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    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-20.84KN，其增大幅度分別為50%左右，此時上弦節點彎矩也發生突變。

 

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    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33.48KN。此時上弦節點彎矩也發生突變。

 

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    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20.82KN，其增大幅度分別為50%左右
，此時上弦節點彎矩也發生突變。

 

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    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

 

    不bu論lun荷he載zai位wei置zhi在zai何he處chu

，起qi重zhong臂bi中zhong某mou一yi根gen腹fu杆gan兩liang端duan焊han接jie發fa生sheng破po壞huai而er導dao致zhi腹fu杆gan失shi穩wen失shi效xiao，按an靜jing力li進jin行xing計ji算suan，將jiang導dao致zhi該gai腹fu杆gan和he附fu近jin腹fu杆gan內nei力li發fa生sheng突tu變bian。若ruo按an動dong力li進jin行xing計ji算suan，其qi內nei力li突tu變bian將jiang更geng大da，這zhe就jiu是shi腹fu杆gan兩liang端duan焊han接jie破po壞huai時shi，起qi重zhong臂bi發fa生sheng折zhe斷duan的de根gen本ben原yuan因yin。

 

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    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

 

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    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）faxianyouqiboluohejinshucailiaoxiushi，yaozhamingyuanyin。gezhongliewenshiyinglixubiandexianzhao
，shigangjiegouganjianyinglizhuangtaiehuadebiaoxian

，bixulikechuli。zhuyaoshouligoujianfushichaobiaoyingtichutingzhishiyong

，baofeichulibaogao。（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）機(ji)械(xie)化(hua)公(gong)司(si)必(bi)須(xu)建(jian)立(li)健(jian)全(quan)塔(ta)機(ji)的(de)安(an)全(quan)管(guan)理(li)製(zhi)度(du)。定(ding)期(qi)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)檢(jian)查(zha)，並(bing)對(dui)現(xian)場(chang)提(ti)出(chu)技(ji)術(shu)故(gu)障(zhang)和(he)不(bu)正(zheng)常(chang)現(xian)象(xiang)及(ji)時(shi)給(gei)予(yu)回(hui)複(fu)

，建(jian)立(li)設(she)備(bei)安(an)全(quan)技(ji)術(shu)檔(dang)案(an)。