塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)安全性探究

張哲圣

摘要：塔式起重機(jī)作為廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)建筑當(dāng)中的起重設(shè)備設(shè)施，一旦它在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了某些大意或疏忽，將會(huì)使塔式起重的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不合理等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)存在一定的安全威脅。很多生產(chǎn)廠家和科學(xué)研究機(jī)構(gòu)單純憑借傳統(tǒng)方式和對(duì)比方法來(lái)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度及其可靠性等內(nèi)容，卻未能切實(shí)考慮材料、結(jié)構(gòu)以及荷載等具有不確定性的內(nèi)容，這無(wú)疑給塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其正常使用增加了不安全因素。所以，保證塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)具有安全性至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī);結(jié)構(gòu)安全性;可靠性

塔式起重機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于建筑工程中的起重設(shè)備，除了應(yīng)用于房屋建筑中，還在水利、橋梁等工程中被廣泛使用。從工作形式來(lái)看，塔式起重機(jī)能分成內(nèi)爬式、行走式和固定式3種;若是根據(jù)結(jié)構(gòu)形式來(lái)劃分，則可以分成快裝式、動(dòng)臂式、平頭式和垂頭式4種，其中垂頭式的結(jié)構(gòu)較多。然而伴隨塔機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和施工現(xiàn)場(chǎng)要求的逐漸提高，進(jìn)一步發(fā)展了塔機(jī)種類，所以，近年來(lái)平頭塔機(jī)和動(dòng)臂塔機(jī)成為了起重機(jī)市場(chǎng)的追捧對(duì)象。

1.塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)安全性的基本概述

塔式起重機(jī)為高空作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，同時(shí)它的工作空間也相對(duì)較大，其起吊高度很高，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑長(zhǎng)，不管在任何環(huán)節(jié)產(chǎn)生的問(wèn)題都有可能造成塔機(jī)事故，最終對(duì)經(jīng)濟(jì)以及人員帶來(lái)巨大損害。塔機(jī)的安全性對(duì)于施工單位以及本身所屬企業(yè)的工作效益產(chǎn)生直接影響，所以塔式起重機(jī)的安全性是至關(guān)重要的。在實(shí)際工作中相關(guān)工作人員一定要充分了解塔式起重機(jī)的安全性設(shè)計(jì)，最終為其正確使用提供指導(dǎo)作用。

2.塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)安全性的計(jì)算原則

2.1計(jì)算方法

塔式起重機(jī)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)可以按照具體狀況來(lái)選擇選用應(yīng)力法以及極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。然而如果塔機(jī)結(jié)構(gòu)處于外荷載影響下出現(xiàn)了一定形變，那么塔機(jī)內(nèi)部各結(jié)構(gòu)桿的內(nèi)力和外荷載將不是線性，也就是說(shuō)具體為非線性關(guān)系，此時(shí)應(yīng)該使用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且針對(duì)其結(jié)構(gòu)做出非線性的計(jì)算分析。

2.2計(jì)算內(nèi)容

在使用塔式起重機(jī)的過(guò)程中，通常要對(duì)各類狀況進(jìn)行荷載運(yùn)算，然而卻要選擇最為不利的狀況來(lái)驗(yàn)算塔機(jī)結(jié)構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

在校核塔機(jī)整體抗傾翻穩(wěn)定性時(shí)，通常情況下需要進(jìn)行5個(gè)狀況的校核，它們主要是有風(fēng)動(dòng)載、無(wú)風(fēng)靜載、非工作狀況風(fēng)載、忽然卸載、安裝狀況。

2.3材料許用應(yīng)力

塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲、壓縮、拉伸許用應(yīng)力取為一定荷載組合來(lái)決定的基本許用應(yīng)力，端面許用應(yīng)力和剪切許用應(yīng)力則按照GB/T13752-1992來(lái)決定。

當(dāng)結(jié)構(gòu)材料屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度的比值屈強(qiáng)比值低于0.7時(shí)，與之對(duì)應(yīng)各類荷載組合安全系數(shù)是結(jié)構(gòu)材料屈服強(qiáng)度和安全系數(shù)的比值的決定。

3.塔式起重機(jī)塔身結(jié)構(gòu)的運(yùn)算和研究

塔式起重機(jī)的塔身是塔機(jī)重要的承重構(gòu)件，在實(shí)際工作過(guò)程中通常承擔(dān)著工作工況以及非工作工況所受到的扭曲、彎矩、水平荷載、垂直荷載及其承受的風(fēng)荷載，所以它的強(qiáng)度、單肢穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性等安全性能便顯得至關(guān)重要。

3.1利用校核塔身變截面和塔底位置的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，按照力學(xué)模型計(jì)算出變截面位置和塔身根部的水平力、彎矩體積上部重力。然后再按照各個(gè)截面形式，計(jì)算出各位置截面的特點(diǎn)、諸如慣性矩、面積、慣性半徑以及抗彎模量等。

3.1.1使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法來(lái)校核塔式起重機(jī)塔身的強(qiáng)度：

其中，Pz是作用于塔身頂部的垂直力，Mx、My是作用于塔身頂部對(duì)X軸和Y軸方向的彎矩，Wjx、Wjy是塔身校核位置對(duì)強(qiáng)軸的抗彎模量，A，Aj是校核位置塔身截面位置面積，γpi是荷載分項(xiàng)系數(shù)，γn是高危系數(shù)。

3.1.2校核塔式起重機(jī)塔身整體穩(wěn)定性

其塔身是雙向壓彎構(gòu)件，其穩(wěn)定性的校核方法是：

其中，Ni是作用于校核位置以上的軸向垂直力，φ是折減系數(shù)，通過(guò)構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比和構(gòu)件截面類別查處，Ai是校核位置塔身截面處面積，，Mxi、Myi是塔身校核位置對(duì)強(qiáng)軸方向彎矩，Wxi、Wyi是塔身校核位置對(duì)強(qiáng)軸的抗彎模量。

3.2關(guān)于錘頭式塔式起重機(jī)的塔身研究

3.2.1錘頭式塔式起重機(jī)的強(qiáng)度

按照極限狀態(tài)法：

σl表示作用于構(gòu)建或者部件l上的合應(yīng)力，σ1l表示有組合荷載FR等于各構(gòu)件彈性穩(wěn)定性極限值或者疲勞極限，γm抗力系數(shù)。

經(jīng)過(guò)運(yùn)算：

塔身強(qiáng)度荷載為313兆帕，達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)范中塔身強(qiáng)度荷載大于300兆帕的需要。

3.2.2塔身整體穩(wěn)定性的運(yùn)算

塔機(jī)5013的獨(dú)立升降高度值大多為39米，塔身高度值是36.4米，

歐拉臨界荷載為499噸，計(jì)算過(guò)程如下：

校核穩(wěn)定性選用：

這樣便使其穩(wěn)定性達(dá)到有關(guān)要求。

處于非工況條件下，其臂長(zhǎng)是60米，不吊重，風(fēng)向自平衡臂向著起重臂吹起。按照及現(xiàn)狀看方法，求出的強(qiáng)度應(yīng)力是282.5兆帕。

3.2.3塔身斜腹桿的穩(wěn)定性運(yùn)算

所以說(shuō)，塔式起重機(jī)的塔身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)度值充分達(dá)到了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，因而具有安全性。

4.關(guān)于起重臂的結(jié)構(gòu)運(yùn)算及其研究

在塔式起重機(jī)中，重要的承重構(gòu)件之一便是起重臂，它的結(jié)構(gòu)安全性同時(shí)也是塔機(jī)安全性的主要影響因素，所以，分析、研究塔機(jī)起重臂安全性是至關(guān)重要的。

起重臂受力情況最差狀態(tài)也在起吊各個(gè)額定荷載之時(shí)，同時(shí)風(fēng)和吊臂回轉(zhuǎn)互相垂直，且出現(xiàn)一定的慣性沖擊力，把這三種力完成組合，起吊額定荷載一定要充分考慮最大起重量最大幅度，最大幅度吊重，各個(gè)變截面位置、吊點(diǎn)位置等荷載運(yùn)算，與此同時(shí)也應(yīng)該充分考慮起升動(dòng)荷載。通過(guò)上述情況求得支座支承反力，便能夠深入運(yùn)算、研究起重臂了。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，塔式起重機(jī)具有使用頻率大、重心高、工作負(fù)荷強(qiáng)等特點(diǎn)，一旦有所疏忽將會(huì)造成重大安全事故，從而給社會(huì)和國(guó)家?guī)?lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于最近幾年塔式起重機(jī)安全事故頻發(fā)的考慮，因此采取措施處理好其安全性問(wèn)題顯得至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]張宏生，陸念力.動(dòng)臂式塔機(jī)變截面吊臂的整體穩(wěn)定性分析[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，42（09）：1394-1397.

[2]趙欣，陸念力，羅冰.計(jì)及二階效應(yīng)的大位移柔性梁桿系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，8（01）：8-13.

[3]詹偉剛，蘭朋，陸念力.塔式起重機(jī)柔性附著剛度及其對(duì)附著間距的影響[J].建筑機(jī)械，2011，（01）：109-113.

[4]鐘強(qiáng)，于蘭峰，張銳強(qiáng)，里超，楊帆.基于可靠性分析的塔機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械，2009，（07）：73-77.