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(qi)重機(ji)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(ta)吊(diao)起(qi)重臂結(jie)(jie)構形式(shi)，如(ru)圖1所示(shi)，屬于靜定結(jie)(jie)構，只要某(mou)一桿件遭到(dao)失穩(wen)或破壞(huai)，將致使(shi)整(zheng)(zheng)個(ge)(ge)起(qi)重臂成為靜不定結(jie)(jie)構，整(zheng)(zheng)個(ge)(ge)起(qi)重臂彎折破壞(huai)必然發生。

2.2.2 結構力學分析

（1）計(ji)算模型。塔(ta)吊起重臂的桿(gan)件數量較多，有二根鋼(gang)絲繩作(zuo)吊點，故起重臂可(ke)看作(zuo)二跨(kua)帶(dai)懸臂連續(xu)桁架，見圖1，為(wei)了計(ji)算簡(jian)單起見，只計(ji)算靠近塔(ta)吊塔(ta)身一跨(kua)桁架，見圖2，計(ji)算時(shi)，上(shang)弦剛(gang)度取K，下弦為(wei)2K，腹桿(gan)為(wei)0.5K，鋼(gang)絲繩拉(la)桿(gan)為(wei)0.1K，荷載取50KN，位置分(fen)別在(zai)5#和(he)9#點。

圖(tu) 2 靠近(jin)塔吊(diao)塔身(shen)一(yi)跨桁(heng)架(jia)

（2）腹(fu)桿(gan)(gan)未破(po)壞(huai)時桿(gan)(gan)件內(nei)力。假設桁架節點(dian)(dian)全部為(wei)鉸接，荷(he)載(zai)分(fen)別作用(yong)到5#、9#點(dian)(dian)時軸向內(nei)力見圖(tu)(tu)3-1、3-2。圖(tu)(tu)2為(wei)靜(jing)定結(jie)構桁架，某一腹(fu)桿(gan)(gan)破(po)壞(huai)，該結(jie)構成為(wei)靜(jing)不定結(jie)構，電算程序無法(fa)計算，故假定桁架節點(dian)(dian)改為(wei)固結(jie)。荷(he)載(zai)分(fen)別作用(yong)到5#、9#點(dian)(dian)時軸向內(nei)力見圖(tu)(tu)4-1、4-2。剪力與彎(wan)矩(ju)值不大，不予考慮。與圖(tu)(tu)3-1、3-2比較(jiao)，軸向力兩者相差不大。

圖3 節點為鉸接時荷(he)載作(zuo)用到5#點的軸向內力

圖(tu)4 節點(dian)(dian)為鉸(jiao)接時荷載作用(yong)到(dao)9#點(dian)(dian)的軸向內力

（3）腹(fu)桿(gan)5—15兩(liang)端節點焊接(jie)破壞失穩(wen)后(hou)內力(li)。假設節點為固結(jie)情況，5-15桿(gan)兩(liang)端焊接(jie)失效，荷載在(zai)9#點時，其內力(li)見圖5，與圖4-2比較，4-14桿(gan)軸向內力(li)由-13.55KN（負值(zhi)為壓桿(gan)）突(tu)然(ran)增大到(dao)-20.88KN，6-16桿(gan)由-13.52KN突(tu)然(ran)增大到(dao)-20.84 KN，其增大幅度分別為50%左右，此時上弦節點彎矩也(ye)發生突(tu)變。

圖5 節點為固結時荷載作用到5#點的軸向內力

（4）當腹桿(gan)(gan)(gan)5-15兩端(duan)節點焊接破(po)壞，荷載在5#點時，其(qi)內力見圖6，與圖4-1比(bi)較，4-14桿(gan)(gan)(gan)軸向內力由-34.71KN（負值為壓桿(gan)(gan)(gan)）突(tu)然減少到-23.15KN，6-16桿(gan)(gan)(gan)由21.89KN突(tu)然增大到33.48 KN。此時上弦節點彎(wan)矩也發生突(tu)變(bian)。

圖6 節點為固結時(shi)荷載作用到9#點的軸向(xiang)內(nei)力(li)

（5）當(dang)腹桿6-15兩端節點焊接破壞(huai)，。荷載在9#點時，其(qi)內(nei)力見圖7，與圖4比較(jiao)，5-14桿軸向內(nei)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(qi)增大幅度分別為50%左右，此時上弦(xian)節點彎矩(ju)也發生突變。

圖7 當(dang)腹桿5-15兩端(duan)節(jie)點焊接破壞，荷載作用到9#點的軸(zhou)向(xiang)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(yi)根(gen)腹桿(gan)兩端(duan)焊(han)接發生破壞(huai)而導致腹桿(gan)失穩(wen)失效，按靜力(li)(li)進(jin)行計(ji)算(suan)，將(jiang)導致該(gai)腹桿(gan)和附近腹桿(gan)內力(li)(li)發生突變。若按動力(li)(li)進(jin)行計(ji)算(suan)，其內力(li)(li)突變將(jiang)更大，這就是(shi)腹桿(gan)兩端(duan)焊(han)接破壞(huai)時(shi)，起重臂發生折斷的根(gen)本原因。

圖8 當(dang)腹桿5-15兩端(duan)節點(dian)焊接(jie)破壞，荷載作用到(dao)5#點(dian)的軸(zhou)向內力

圖 9 當腹桿6-15兩端節點(dian)焊接破壞(huai)，荷載作用到9#點(dian)的軸向內力(li)

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(kou)機械廠得出今后預防的措施如下：

（1）塔(ta)吊起(qi)重(zhong)臂設計時，將靜(jing)定結(jie)構改為超靜(jing)定結(jie)構，即使某一根腹桿失穩破(po)壞(huai)，其內力進行重(zhong)分布，不(bu)至于立(li)即發(fa)生(sheng)彎折破(po)壞(huai)。

（2）塔吊生產(chan)廠(chang)家應加強(qiang)焊(han)接質量控制(zhi)與檢(jian)查，應按Ⅰ級焊(han)縫要求考慮，出廠(chang)前(qian)進行(xing)探(tan)傷(shang)檢(jian)驗.

（3）塔吊應進行定期檢查和維(wei)修，并有檢驗報(bao)告單。

（4）焊縫(feng)檢查應采用探傷(shang)儀，若采用放大鏡(jing)檢查，放大倍數(shu)不(bu)應小于10倍。若發現有裂(lie)紋必然重新施焊。

（5）發現油漆剝落和(he)金屬(shu)材料銹蝕，要查明原因。各(ge)種裂紋是應力徐變的(de)先(xian)兆，是鋼結構桿件(jian)應力狀態惡(e)化的(de)表現，必須立刻處理。主要受力構件(jian)腐(fu)蝕超標(biao)應提出停止使(shi)用(yong)，報廢處理報告。

（6）日常(chang)使(shi)用塔機(ji)應經常(chang)檢(jian)查(cha)，發(fa)現有異常(chang)情況時，必(bi)須及(ji)時匯報處理，嚴禁帶病(bing)運行。塔機(ji)每轉場(chang)一次，在使(shi)用前必(bi)須進(jin)行1次定檢(jian)，并(bing)保證每年進(jin)行一次年檢(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。

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