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(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。

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）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)。