王士鋒

摘要：簡(jiǎn)述了鋼結(jié)構(gòu)疲勞損壞機(jī)理，闡述了塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損壞類型和鋼結(jié)構(gòu)損壞后的修復(fù)措施，通過(guò)工程實(shí)例敘述了塔式起重機(jī)故障情況并進(jìn)行了故障分析和故障修復(fù)，使該塔式起重機(jī)恢復(fù)了良好技術(shù)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；鋼結(jié)構(gòu)；損壞類型；修復(fù)措施

0? ?引言

在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，工程機(jī)械的更新和發(fā)展速度越來(lái)越快，其中各類起重機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在建筑工程施工過(guò)程中，使用塔式起重機(jī)可以加快施工進(jìn)度，提高施工效率。但帶來(lái)便利的同時(shí)，也會(huì)面臨一些未知的危險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。

在塔式起重機(jī)施工期間，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)其鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。例如施工過(guò)程中不按規(guī)定維護(hù)、保養(yǎng)和使用，就會(huì)造成塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的損壞。要充分重視塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的損壞問題，分析鋼結(jié)構(gòu)損壞的原因，提出有效修復(fù)措施，使塔式起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)保持完好狀態(tài)，以保障建筑工程的施工安全和施工進(jìn)度。

1? ?鋼結(jié)構(gòu)疲勞損壞機(jī)理

鋼結(jié)構(gòu)在發(fā)生損壞之前，會(huì)在其表面形成細(xì)小裂紋，而這些細(xì)小裂紋經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展后會(huì)形成明顯裂紋，最后造成鋼結(jié)構(gòu)斷裂現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被稱為鋼結(jié)構(gòu)的疲勞機(jī)理。鋼結(jié)構(gòu)的疲勞機(jī)理從廣義角度分析，就是由小及大的連續(xù)反應(yīng)過(guò)程。塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋的主要原因，是在施工過(guò)程中其他物體對(duì)其造成的沖擊力、彎曲力、剪切力等影響。此外，在未焊接結(jié)構(gòu)的表面上存在的損傷、軋制鋼板的軋制缺陷等，也會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。

鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的疲勞斷裂與靜載荷斷裂具有一定差異。鋼結(jié)構(gòu)在疲勞載荷作用下，其材料不具有韌性特點(diǎn)；鋼結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下，具有高韌性特點(diǎn)。疲勞破壞需要長(zhǎng)時(shí)間對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施加作用力，從而發(fā)生疲勞形變和疲勞斷裂。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)細(xì)小裂紋后，隨著時(shí)間推移會(huì)形成小型裂縫。在持續(xù)外力的作用下，最后會(huì)發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)斷裂。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)歷疲勞破壞后，其破損處會(huì)形成兩個(gè)斷裂口，其中之一為表面光滑，另外一個(gè)是表面粗糙。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破損時(shí)，其承受力比正常情況下的承受力低。

2? ?塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損壞類型

2.1? ?裂紋與變形

塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)受到起重、懸掛和轉(zhuǎn)動(dòng)等載荷的反復(fù)作用，這些反復(fù)作用的載荷容易造成其鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小裂紋和變形。隨著使用次數(shù)的增加和時(shí)間的推移，這些微小裂紋會(huì)不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致其鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞損壞。塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的微小裂紋如圖1所示。

塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)的裂紋，有可能是鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)斷裂，也可能是鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂紋，需要根據(jù)檢測(cè)情況來(lái)判定。當(dāng)出鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)裂紋時(shí)，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)修，防止因修補(bǔ)不及時(shí)發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)斷裂情況。

塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)裂紋主要集中在其受力作用較強(qiáng)的部位。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，塔式起重機(jī)容易出現(xiàn)裂縫的部位主要包括頂部連接耳板、下降支座、起重臂連接處、塔身以及附著桿一端等。這些部位在使用時(shí)承受力較大，存在較大的裂紋和變形風(fēng)險(xiǎn)。此外，如果在施工過(guò)程中違反規(guī)定使用塔式起重機(jī)，也可能造成其鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋和變形。

2.2? ?銹蝕與腐蝕

銹蝕和腐蝕是塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損壞的常見原因之一。塔式起重機(jī)大都在露天環(huán)境中進(jìn)行施工作業(yè)，其鋼結(jié)構(gòu)外表面裸露在外，會(huì)受到外界環(huán)境的影響，發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而形成銹蝕層。嚴(yán)重情況下，這些銹層會(huì)腐蝕到鋼材的內(nèi)部。銹蝕和腐蝕會(huì)削弱鋼結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能、降低鋼結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。

塔式起重機(jī)在使用過(guò)程中，其附近會(huì)存在一些具有腐蝕性的粉塵以及氣體，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的表面對(duì)其防護(hù)層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，具有一定的腐蝕作用。塔式起重機(jī)在使用過(guò)程中，其鋼結(jié)構(gòu)或零部件之間會(huì)發(fā)生摩擦以及觸碰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)或零部件表面出現(xiàn)破損。鋼結(jié)構(gòu)表面防護(hù)涂層被腐蝕、被破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)變形。塔式起重機(jī)的銹蝕和腐蝕，通常出現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)連接處、縫隙處、螺紋處以及涂層脫落處。塔式起重機(jī)腐蝕情況如圖2所示。

2.3? ?維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)

維護(hù)和保養(yǎng)不當(dāng)，是塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損壞的另一個(gè)重要原因。塔式起重機(jī)在使用過(guò)程中經(jīng)常暴露在高溫、潮濕、腐蝕性氣體等惡劣的環(huán)境中，因此需要進(jìn)行定期維護(hù)和保養(yǎng)，以保證其正常運(yùn)行和使用壽命。不合理的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑方式，會(huì)造成塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損壞和零部件失效。為避免不當(dāng)?shù)木S護(hù)和保養(yǎng)對(duì)塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的損壞，需要制定適宜的檢查、維護(hù)和保養(yǎng)計(jì)劃，并按照計(jì)劃進(jìn)行定期的檢查、維護(hù)和保養(yǎng)。

3? ?鋼結(jié)構(gòu)損壞后的修復(fù)措施

3.1? ?損傷評(píng)估

3.1.1? ?損傷評(píng)估的目的

塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損壞后，需要進(jìn)行損傷評(píng)估。損傷評(píng)估的目的是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性、可靠性，以及鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和使用壽命得出正確結(jié)論，以便確定其維修和加固方案。

3.1.2? ?損傷評(píng)估內(nèi)容

損傷評(píng)估的內(nèi)容包括可視檢查、無(wú)損檢測(cè)和材料測(cè)試等。可視檢查可以檢查出表面損傷，如裂紋、變形和腐蝕等。無(wú)損檢測(cè)可以檢測(cè)隱蔽的缺陷，如內(nèi)部裂紋、孔洞和松動(dòng)等。常用的無(wú)損檢測(cè)方法包括超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和渦流檢測(cè)等。

材料測(cè)試可以檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度、硬度和化學(xué)成分等，以確定鋼結(jié)構(gòu)的性能和材料的質(zhì)量。在進(jìn)行損傷評(píng)估過(guò)程中，要使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆驮O(shè)備，由具有專業(yè)知識(shí)和技能的工程師或技術(shù)人員進(jìn)行操作；要遵守相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保操作人員和周圍人員的安全。

3.1.3? ?制定維修方案

根據(jù)損傷評(píng)估得出的損傷類型、程度和可行性結(jié)果，制定維修方案。若損傷較輕，只需局部維修或表面修復(fù)；若損傷較重，則需更換鋼結(jié)構(gòu)部件或進(jìn)行加固。在制定維修方案時(shí)，要考慮維修的可行性、維修成本、維修工期和維修安全等有關(guān)因素。

3.2? ?部件的更換和加固

3.2.1? ?部件更換和加固要求

在進(jìn)行部件的損傷評(píng)估后，對(duì)塔式起重機(jī)損傷較為嚴(yán)重、需要更換的鋼結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行更換或加固。在部件更換或加固之前，需要對(duì)損傷嚴(yán)重的部件進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，以此確定具體的更換或加固方案。在進(jìn)行部件更換或加固時(shí)，需要注意操作人員和周圍人員的安全，并遵守相關(guān)的安全操作規(guī)程。要對(duì)部件更換或加固過(guò)程進(jìn)行記錄和跟蹤，以便后續(xù)檢查和維護(hù)。

3.2.2? ?部件的更換

部件更換是指將受損的部件完全更換為新部件，這需要進(jìn)行精確的測(cè)量和加工，以確保新部件與原部件完全匹配。要對(duì)新加工部件進(jìn)行檢測(cè)，確保其符合裝配要求。部件更換需要精密的工具和設(shè)備，以及專業(yè)知識(shí)和技能的工程師或技術(shù)人員進(jìn)行操作。

3.2.3? ?部件的加固

部件加固是在受損的部件上增加支撐或鋼板，以提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。部件加固是維修過(guò)程中的重要步驟，需進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)劃和安排。部件加固需根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工，并使用適當(dāng)?shù)牟牧虾凸ぞ哌M(jìn)行操作；需考慮原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以及加固后的鋼結(jié)構(gòu)是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。

3.3? ?焊接和涂層處理

3.3.1? ?焊接和涂層要求

焊接和涂層處理是塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)維修中常用的方法之一。在進(jìn)行焊接和涂層處理之前，需要進(jìn)行仔細(xì)的檢查和評(píng)估，以確定維修方案和工作流程。在進(jìn)行焊接和涂層處理時(shí)，需要遵循相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，采取適當(dāng)?shù)陌踩胧┍Ｗo(hù)操作人員和周圍人員安全，并對(duì)維修過(guò)程進(jìn)行記錄和跟蹤，以便后續(xù)檢查和維護(hù)。

3.3.2? ?部件的焊接

焊接是將兩個(gè)或多個(gè)金屬部件通過(guò)熔化連接在一起的過(guò)程。焊接可用于修補(bǔ)受損的部件、加固鋼結(jié)構(gòu)或連接新部件。在焊接之前，需要選擇合適的焊接方法和焊接材料，并進(jìn)行清潔、打磨、預(yù)熱等處理。焊后要進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，確保焊接質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

3.3.3? ?部件的涂層

部件涂層處理是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆一層防腐蝕、防銹蝕的材料，以延長(zhǎng)其使用壽命和維護(hù)周期。涂層處理可用于保護(hù)新部件、修補(bǔ)受損部件或加固鋼結(jié)構(gòu)。在涂層處理之前，需要進(jìn)行表面處理，如清洗、除銹、打磨等。涂層的選擇，要考慮到使用環(huán)境、化學(xué)性質(zhì)、施工方法和使用壽命等因素。

4? ?工程實(shí)例

4.1? ?工程概況

某施工團(tuán)隊(duì)承擔(dān)某學(xué)校7層宿舍樓第7層的改造工程，其使用的塔式起重機(jī)為TIZ58型。該塔式起重機(jī)塔身的鋼結(jié)構(gòu)由1節(jié)基礎(chǔ)節(jié)和7節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，起升高度為28m。

4.2? ?塔式起重機(jī)故障情況

由于施工地點(diǎn)為該宿舍樓第7層，需將塔式起重機(jī)起重臂升至該宿舍樓樓頂。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該塔式起重機(jī)無(wú)法升至該宿舍樓樓頂，于是添加了1節(jié)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。由于施工人員擔(dān)心該塔式起重機(jī)與其他施工機(jī)械距離過(guò)近，會(huì)給安全施工帶來(lái)危險(xiǎn)，于是改變了該塔式起重機(jī)起重臂的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

在該塔式起重機(jī)升高起重臂之前，其處于恒定狀態(tài)。隨后，操作員將起重臂轉(zhuǎn)向施工圖紙中指定的方向，提升約250kg的混凝土料，進(jìn)入該宿舍樓第7層區(qū)域進(jìn)行前、后移動(dòng)。當(dāng)升降約20s后，塔身頂升液壓缸活塞桿端部與塔式起重機(jī)頂部的連接部位的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，造成塔式起重機(jī)頂部突然傾斜。

4.3? ?故障分析

經(jīng)檢查后分析認(rèn)為，該塔式起重機(jī)塔身頂升液壓缸活塞桿端部與塔式起重機(jī)頂部的連接部位腐蝕和銹蝕嚴(yán)重，且未進(jìn)行加固處理，由此引發(fā)了該塔式起重機(jī)頂部?jī)A斜故障。

4.4? ?故障修復(fù)

故障發(fā)生后，該施工團(tuán)隊(duì)對(duì)該故障進(jìn)行了損傷評(píng)估、損傷部件的更換以及損傷部位的焊接和涂層等修復(fù)工作。修復(fù)后，對(duì)該塔式起重機(jī)進(jìn)行每月定時(shí)檢查，并對(duì)其損壞程度進(jìn)行了A、B、C、D（由輕到重）評(píng)估。塔式起重機(jī)檢查結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知，該塔式起重機(jī)故障修復(fù)后，半年內(nèi)對(duì)其進(jìn)行了6次查檢，其結(jié)果均為良好，且損壞程度均為A和B，這說(shuō)明該塔式起重機(jī)技術(shù)狀態(tài)良好。此后施工團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)了對(duì)該塔式起重機(jī)的檢查、保養(yǎng)和保養(yǎng)工作，及時(shí)更換老化零部件，防止類似故障再次發(fā)生。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

避免塔式起重機(jī)出現(xiàn)安全隱患和安全事故，是建筑工程施工中最為重要的一項(xiàng)工作。為了優(yōu)化塔式起重機(jī)日常的維護(hù)效果，使其安全、穩(wěn)定運(yùn)行，本文就塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損壞情況及修復(fù)措施進(jìn)行了研究，并通過(guò)案例進(jìn)行了深入分析和評(píng)估，為塔式起重機(jī)的安全運(yùn)行和正常使用提供了有益借鑒。

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