塔式起重機起重臂彎折事故力學(xué)分析

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2020-07-29 12:35

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高層建筑施工，塔吊是豎向運輸主要機具，但塔吊使用中經(jīng)常發(fā)生重大安全事故，為此建設部曾多次下文。論述塔吊起重臂彎折事故，發(fā)生事故原因是塔吊起重臂中腹桿焊接存在缺陷，導致腹桿失去承載能力，致使起重臂彎折。這類(lèi)事故曾發(fā)生過(guò)多起，對這類(lèi)事故分析，具有普遍指導意義。本文從鋼結構和結構力學(xué)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，分析塔吊某一腹桿失去支承能力后，引發(fā)起重臂其他腹桿內力變化，說(shuō)明起重臂彎折的必然原因。

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(chǎng)，突然一聲巨響，一臺QT25E塔式起重機起重臂彎折，發(fā)生一起較嚴重的事故。當時(shí)司機正在該機駕駛室內操作，準備把一個(gè)重量小于0.8t的灰斗放至地面，突然發(fā)生了上述事故。根據事故現場(chǎng)調查，彎折處起重臂弦桿與一根腹桿的連接焊縫已脫開(kāi)，目測該處焊縫有陳舊性裂紋。在吊臂彎折處附近，焊縫脫開(kāi)的腹桿沒(méi)有彎曲，其他8根腹桿都在接近中點(diǎn)處彎折。

2 塔式起重機械事故原因分析

2.1 焊接原因分析

    從焊接破壞腹桿取樣發(fā)現，金相組織在焊區發(fā)現有孔洞，并發(fā)現多處從焊區表面伸入基體的沿晶裂紋，裂紋起始部位在焊縫與熱影響區交界處。通過(guò)掃描電鏡觀(guān)察，從斷口上可以明顯看出疲勞裂紋擴展區，裂源在弦桿與腹桿的焊縫邊緣，這說(shuō)明存在焊接缺陷。

    8根腹桿都在接近中點(diǎn)處彎折，這是腹桿內力突然增大和失穩的表現，說(shuō)明焊縫脫開(kāi)失去承載能力之后，在起吊載荷作用下，引起吊臂各桿內力突然增大和重新分布致使受壓的腹桿因超載而失穩，這些腹桿失穩彎折后，起重臂截面高度減小，使該段吊臂失去承載能力而彎曲。

2.2 結構力學(xué)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，屬于靜定結構，只要某一桿件遭到失穩或破壞，將致使整個(gè)起重臂成為靜不定結構，整個(gè)起重臂彎折破壞必然發(fā)生。

2.2.2 結構力學(xué)分析

（1）計算模型。塔吊起重臂的桿件數量較多，有二根鋼絲繩作吊點(diǎn)，故起重臂可看作二跨帶懸臂連續桁架，見(jiàn)圖1，為了計算簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只計算靠近塔吊塔身一跨桁架，見(jiàn)圖2，計算時(shí)，上弦剛度取K，下弦為2K，腹桿為0.5K，鋼絲繩拉桿為0.1K，荷載取50KN，位置分別在5#和9#點(diǎn)。

（2）腹桿未破壞時(shí)桿件內力。假設桁架節點(diǎn)全部為鉸接，荷載分別作用到5#、9#點(diǎn)時(shí)軸向內力見(jiàn)圖3-1、3-2。圖2為靜定結構桁架，某一腹桿破壞，該結構成為靜不定結構，電算程序無(wú)法計算，故假定桁架節點(diǎn)改為固結。荷載分別作用到5#、9#點(diǎn)時(shí)軸向內力見(jiàn)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。

（3）腹桿5—15兩端節點(diǎn)焊接破壞失穩后內力。假設節點(diǎn)為固結情況，5-15桿兩端焊接失效，荷載在9#點(diǎn)時(shí)，其內力見(jiàn)圖5，與圖4-2比較，4-14桿軸向內力由-13.55KN（負值為壓桿）突然增大到-20.88KN，6-16桿由-13.52KN突然增大到-20.84 KN，其增大幅度分別為50%左右，此時(shí)上弦節點(diǎn)彎矩也發(fā)生突變。

（4）當腹桿5-15兩端節點(diǎn)焊接破壞，荷載在5#點(diǎn)時(shí)，其內力見(jiàn)圖6，與圖4-1比較，4-14桿軸向內力由-34.71KN（負值為壓桿）突然減少到-23.15KN，6-16桿由21.89KN突然增大到33.48 KN。此時(shí)上弦節點(diǎn)彎矩也發(fā)生突變。

（5）當腹桿6-15兩端節點(diǎn)焊接破壞，。荷載在9#點(diǎn)時(shí)，其內力見(jiàn)圖7，與圖4比較，5-14桿軸向內力由13.51KN突然增大到20.87KN，7-16桿由13.53KN突然增大到20.82 KN，其增大幅度分別為50%左右，此時(shí)上弦節點(diǎn)彎矩也發(fā)生突變。

3 結論與對策

3.1 結論

不論荷載位置在何處，起重臂中某一根腹桿兩端焊接發(fā)生破壞而導致腹桿失穩失效，按靜力進(jìn)行計算，將導致該腹桿和附近腹桿內力發(fā)生突變。若按動(dòng)力進(jìn)行計算，其內力突變將更大，這就是腹桿兩端焊接破壞時(shí)，起重臂發(fā)生折斷的根本原因。