王勇玲/WANG Yong-ling

（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江 杭州 310012）

塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)塔機(jī)）塔身為一偏心受壓桿件模式，當(dāng)其安裝高度超過(guò)允許范圍后，塔身在上部偏心載荷和彎矩共同作用下，要失去穩(wěn)定性而彎折傾翻。因此，在塔身加高超過(guò)獨(dú)立高度前，必須在預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置安裝附著結(jié)構(gòu)，限制塔身在該水平面內(nèi)兩個(gè)方向的位移，保證塔身在使用過(guò)程中不失穩(wěn)，能安全使用。

2012年12月，對(duì)某施工現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)塔機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該塔機(jī)安裝高度為50m（允許的獨(dú)立高度為40m），裝有一道附著，附著桿件由4根工字鋼組成，其一端分別與附著框架在4個(gè)拐角位置焊接連接,另一端與附著支座焊接，整體形成2個(gè)四邊形結(jié)構(gòu)。該塔機(jī)在檢驗(yàn)前已經(jīng)試運(yùn)行一段時(shí)間，在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)附著桿與附著支座焊接位置有一垂直附著桿件的裂紋。

1 附著桿件連接受力分析

根據(jù)塔機(jī)使用說(shuō)明書(shū)要求，塔機(jī)附著裝置應(yīng)能承受塔身在該平面上兩個(gè)方向的水平作用力，限制塔身的變形，保證塔身壓桿的穩(wěn)定要求，附著框架與塔身通過(guò)頂緊螺桿使其緊密配合，保證塔身與附著框架在接觸點(diǎn)處的變形量相等。

當(dāng)塔機(jī)工作時(shí)，附著框架位置的塔身受到以上自由端部分的彎矩和垂直向下的偏心載荷作用，在附著框架位置形成一平衡力系，其中塔身主弦桿對(duì)附著框架作用一水平力，使附著框架做水平移動(dòng)。附著桿件對(duì)附著框架也作用一水平力，阻止附著框架水平移動(dòng)。

當(dāng)附著桿件與附著框架、附著支座焊接連接時(shí)，連接點(diǎn)全為剛性，三者成為一個(gè)整體。塔身作用在附著框架上的水平力分解成桿件的軸向力和垂直力，軸向力直接作用在桿件上，屬于桿件的軸心受拉壓?jiǎn)栴}，計(jì)算時(shí)只要保證其強(qiáng)度和壓桿穩(wěn)定性即可；垂直作用力作用在桿件上，對(duì)桿件及其焊接接頭等整體作用一巨大的彎矩（附著桿件長(zhǎng)度較長(zhǎng)引起彎矩很大）。同時(shí)，由于附著桿件與附著框架、附著支座全為焊接連接，因焊接變形等原因，導(dǎo)致部分桿件存在嚴(yán)重的焊接應(yīng)力，桿件受力不均。某QTZ80塔式起重機(jī)說(shuō)明書(shū)中羅列了各個(gè)附著裝置位置的兩個(gè)水平力的大小，取其中第一道附著裝置的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，某一附著桿件的最大彎矩達(dá)到89.27tm；軸向力卻只有17.6t；按常規(guī)計(jì)算得到的附著桿件大小尺寸無(wú)法滿足組合應(yīng)力要求，從而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

當(dāng)附著桿件與附著框架、附著支座按照J(rèn)GJ 33-2012 《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》和塔式起重機(jī)使用說(shuō)明書(shū)的規(guī)定要求鉸接連接時(shí)，作用在附著框架上的水平力也可分解成與附著桿件垂直和平行的兩個(gè)水平力，由于附著桿件兩端鉸接，不承受垂直方向的任何力，只承受桿件軸心拉壓應(yīng)力；而垂直該桿件軸心方向的力由與其成某角度的其他桿件承受，保證所有的力都可分解成桿件的軸向力。計(jì)算校核時(shí)只要考慮附著桿件的軸心受拉壓情況，保證其強(qiáng)度和壓桿穩(wěn)定性即可。

2 附著裝置平面布置分析

當(dāng)采用剛性連接時(shí)，由于附著裝置中的3個(gè)部分已成為一個(gè)整體，此時(shí)，不管附著裝置布置成什么形狀，每一組連接都能有效限制附著框架在水平面上的位移，只要整個(gè)裝置強(qiáng)度足夠，也能滿足要求。

當(dāng)附著桿件與附著框架、附著支座之間鉸接連接時(shí)，有以下兩種布置形式。

1）當(dāng)附著裝置按文章開(kāi)頭所述施工現(xiàn)場(chǎng)方式布置，附著桿件與附著框架、附著支座成大四邊形結(jié)構(gòu)（各連接點(diǎn)間距較大）。當(dāng)采用鉸接連接時(shí)，由于四邊形的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，附著框架可以在該水平面上大幅游動(dòng)，不能阻止塔身的水平位移，附著裝置失效。

2）當(dāng)附著裝置按說(shuō)明書(shū)要求如圖1所示布置時(shí)，附著桿件與附著框架、附著支座也成四邊形結(jié)構(gòu)，但其中附著支座有兩點(diǎn)間距很小，只有300mm理論上應(yīng)是重疊的，但工藝上不允許，近似三角形結(jié)構(gòu)。此時(shí)，由于四邊形結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和鉸接連接的間隙等因素，附著框架仍可在水平面上小幅游動(dòng),但水平位移量能控制在塔身垂直度要求范圍內(nèi)，基本能有效控制塔身水平面上的位移，能滿足要求。

圖1 附著桿平面布置示意圖

3 附著裝置計(jì)算安裝要求

1）根據(jù)JGJ 33-2012《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》和塔式起重機(jī)使用說(shuō)明書(shū)的規(guī)定要求，塔機(jī)的附著裝置必須將附著桿件與附著框架、附著支座三者用鉸接連接，銷(xiāo)軸平行塔身方向；且整個(gè)附著裝置布置成兩個(gè)或兩個(gè)以上近似三角形結(jié)構(gòu)，附著桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足使用說(shuō)明書(shū)中給出的水平力要求即可。該方案計(jì)算簡(jiǎn)單，桿件受力較小，截面尺寸小，省材料，同時(shí)可重復(fù)使用，不管從節(jié)能減排還是從節(jié)約成本考慮，都應(yīng)該首先選擇該方案。

2）由于施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地、周?chē)h(huán)境等因素限制，無(wú)法采用方案1設(shè)置附著裝置時(shí)，如建設(shè)廠房、展覽館等建筑，無(wú)法設(shè)置附著支座，可考慮選擇較大獨(dú)立高度的塔機(jī)代替。

3）如方案1和2都不能選擇使用，則按圖1方案設(shè)置附著裝置（附著桿件與附著框架、附著支座剛性連接），在附著裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須計(jì)算校核每根附著桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，要考慮桿件的彎矩和軸向力對(duì)桿件及其連接的作用。在使用過(guò)程中，必須每天對(duì)附著裝置進(jìn)行檢查，如有異常，立即停止使用。由于該方案計(jì)算復(fù)雜，受力大，附著裝置自重大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合采納。

總而言之，對(duì)于特種設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修和使用，都必須嚴(yán)格按照有關(guān)法律、法規(guī)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等執(zhí)行，避免事故的發(fā)生和財(cái)產(chǎn)的損失，同時(shí)應(yīng)考慮節(jié)能減排的要求，為國(guó)家、社會(huì)多做貢獻(xiàn)。