高層建筑施工，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。論述塔吊起重臂彎折事故，發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。這類事故曾發生過多起，對這類事故分析，具有普遍指導意義。本文從鋼結構和結構力學觀點出發，分析塔吊某一腹桿失去支承能力后，引發起重臂其他腹桿內力變化，說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，突然一聲巨響，一臺QT25E塔式起重機起重臂彎折，發生一起較嚴重的事故。當時司機正在該機駕駛室內操作，準備把一個重量小于0.8t的灰斗放至地面，突然發生了上述事故。根據事故現場調查，彎折處起重臂弦桿與一根腹桿的連接焊縫已脫開，目測該處焊縫有陳舊性裂紋。在吊臂彎折處附近，焊縫脫開的腹桿沒有彎曲，其他8根腹桿都在接近中點處彎折。

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現，金相組織在焊區發現有孔洞，并發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。通過掃描電鏡觀察，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，這說明存在焊接缺陷。

    8根腹桿都在接近中點處彎折，這是腹桿內力突然增大和失穩的表現，說明焊縫脫開失去承載能力之后，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，將致使整個起重臂成為靜不定結構，整個起重臂彎折破壞必然發生。

2.2.2 結構力學分析

（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，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，只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。

圖 2 靠近塔吊塔身一跨桁架

（2）腹(fu)桿(gan)(gan)未破壞時(shi)桿(gan)(gan)件內(nei)力(li)。假設桁架(jia)節(jie)點全部為鉸接，荷載分別(bie)作用到5#、9#點時(shi)軸向內(nei)力(li)見圖(tu)3-1、3-2。圖(tu)2為靜定結(jie)(jie)構(gou)桁架(jia)，某(mou)一(yi)腹(fu)桿(gan)(gan)破壞，該結(jie)(jie)構(gou)成為靜不定結(jie)(jie)構(gou)，電算程序無(wu)法計(ji)算，故假定桁架(jia)節(jie)點改為固結(jie)(jie)。荷載分別(bie)作用到5#、9#點時(shi)軸向內(nei)力(li)見圖(tu)4-1、4-2。剪力(li)與(yu)彎矩值不大(da)，不予(yu)考慮。與(yu)圖(tu)3-1、3-2比較，軸向力(li)兩者相(xiang)差不大(da)。

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）腹桿(gan)5—15兩端(duan)節(jie)點焊(han)接破壞失穩后內力(li)。假(jia)設節(jie)點為固結情況，5-15桿(gan)兩端(duan)焊(han)接失效，荷載(zai)在9#點時(shi)，其內力(li)見圖5，與圖4-2比較，4-14桿(gan)軸向(xiang)內力(li)由-13.55KN（負值(zhi)為壓桿(gan)）突然增(zeng)(zeng)大(da)到(dao)-20.88KN，6-16桿(gan)由-13.52KN突然增(zeng)(zeng)大(da)到(dao)-20.84 KN，其增(zeng)(zeng)大(da)幅度分(fen)別為50%左右，此時(shi)上弦(xian)節(jie)點彎矩也(ye)發(fa)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(dang)腹桿(gan)5-15兩端(duan)節(jie)點焊接破壞，荷載在5#點時，其(qi)內(nei)力(li)見圖(tu)6，與圖(tu)4-1比較(jiao)，4-14桿(gan)軸向內(nei)力(li)由(you)-34.71KN（負值(zhi)為壓桿(gan)）突(tu)然減少到(dao)-23.15KN，6-16桿(gan)由(you)21.89KN突(tu)然增大(da)到(dao)33.48 KN。此時上(shang)弦節(jie)點彎矩也發生突(tu)變(bian)。

圖6 節點為固結時荷載作用到9#點的軸向內力

（5）當腹桿(gan)6-15兩端節點焊接破壞，。荷(he)載(zai)在(zai)9#點時，其內(nei)力見圖7，與圖4比較，5-14桿(gan)軸向內(nei)力由(you)13.51KN突然(ran)增(zeng)大到20.87KN，7-16桿(gan)由(you)13.53KN突然(ran)增(zeng)大到20.82 KN，其增(zeng)大幅度分(fen)別為(wei)50%左右(you)，此時上(shang)弦節點彎矩也發生突變。

圖7 當腹桿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

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

圖8 當腹桿5-15兩端節點焊接破壞，荷載作用到5#點的軸向內力

圖 9 當腹桿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，遠望港口機械廠得出今后預防的措施如下：

（1）塔吊(diao)起重臂設計時，將靜定結(jie)構改(gai)為超靜定結(jie)構，即(ji)使某一根腹桿(gan)失穩破壞，其內(nei)力進行(xing)重分(fen)布，不至(zhi)于立即(ji)發生彎折破壞。

（2）塔吊生產(chan)廠家應加強(qiang)焊接質量控(kong)制與檢(jian)查，應按Ⅰ級焊縫要求考(kao)慮，出廠前(qian)進行探傷(shang)檢(jian)驗.

（3）塔(ta)吊(diao)應進行定(ding)期(qi)檢(jian)查和維修，并有(you)檢(jian)驗報告(gao)單。

（4）焊縫檢查應采(cai)用探傷儀，若(ruo)采(cai)用放大(da)鏡檢查，放大(da)倍數不(bu)應小(xiao)于10倍。若(ruo)發現有裂紋必然重新施焊。

（5）發現(xian)油(you)漆(qi)剝落和(he)金屬材料銹蝕，要(yao)查明原因。各種裂紋是應力徐變的先兆，是鋼結構(gou)桿件應力狀態惡化的表(biao)現(xian)，必(bi)須立(li)刻(ke)處理。主(zhu)要(yao)受力構(gou)件腐蝕超標應提出停(ting)止使(shi)用，報廢處理報告。

（6）日常(chang)使(shi)用塔(ta)機應經常(chang)檢(jian)查，發現有異常(chang)情況時(shi)，必須(xu)及(ji)時(shi)匯(hui)報(bao)處理(li)，嚴(yan)禁帶病運行(xing)(xing)。塔(ta)機每轉(zhuan)場(chang)一次，在(zai)使(shi)用前必須(xu)進行(xing)(xing)1次定檢(jian)，并保證(zheng)每年進行(xing)(xing)一次年檢(jian)。

（7）機械化公司必須建立健全塔機的安全管理制度。定期對設備進行檢查，并對現場提出技術故障和不正常現象及時給予回復，建立設備安全技術檔案。

欲知詳情，請聯系13801425007 www.xinglianhongxi.com