結構件疲勞裂紋檢測在塔式起重機安全評估中的應用研究

陳引 董威

摘 要 對塔式起重機金屬結構進行安全評價，能為結構安全提供有效支撐。通過介紹塔式起重機結構特點，明確疲勞裂紋產生機理;通過敘述塔式起重機結構件疲勞裂紋檢測應用過程，明確塔機起重機安全評估時疲勞裂紋檢測要點，如檢測位置、檢測數量、判定依據以及發現缺陷后處理措施等。

關鍵詞 塔式起重機;安全評估;疲勞裂紋;檢測要點

塔式起重機在運行過程中結構件疲勞破壞是破壞該設備金屬結構的主要因素，嚴重時會導致塔式起重機的金屬結構失效，破壞其承載能力，如標準節螺栓套開裂、腹桿嚴重變形、塔帽根部開裂、整機失穩等。塔式起重機在運行過程中金屬結構失效，不僅會失去應具備的基本承載功能，還極有可能導致較大、重大安全事故發生，給人民群眾的生命安全帶來危害。

1塔式起重機概述

塔式起重機又被稱為塔吊，對混凝土、鋼筋、鋼管以及木楞等物進行吊裝。塔吊是建筑活動中不可或缺的設備之一，尤其是對于高層建筑而言，更離不開塔吊設備。根據塔式起重機的應用特點不同，可將其分為移動式塔吊與固定式塔吊兩類。在移動式塔吊中有根據行走裝置之間的差異，可以將其分為履帶式、汽車式、輪胎式與軌道式塔吊。固定式塔吊根據裝設位置的不同，可以將其分為內爬式塔吊與自升式塔吊兩類，目前在建筑活動中應用較為廣泛的塔吊類型為自升式塔吊，一般用型號QTZ表示[1]。

2結構件疲勞裂紋產生機理

所謂的結構件疲勞破壞指的是在長期周期性交變載荷作用下，機械設備承受到的應力大于設備本身的抗拉極限，最終導致設備結構缺陷。從斷裂力學的角度來看，塔式起重機在運行過程中，疲勞破壞現象首先從應力集中部位處產生裂紋開始，逐漸擴展最終出現貫串性斷裂。所有的疲勞裂紋都是從設備本身存在的缺陷開始，因為塔式起重機結構在制造過程中多少會因為構造因素、生產因素等存在缺陷，例如設備出現未焊透、氣孔、夾渣、裂紋，結構件的截面存在明顯改變等。這些缺陷在應用過程中便可以看作是已經開裂的裂紋，因此大多數塔式起重機的疲勞壽命都可以看作是由裂紋的生長狀況決定的。

3結構件疲勞裂紋檢測在塔式起重機安全評估中的應用

3.1 檢測部位

疲勞設計這一概念最早是由J·W·Fisher提出的，目前在我國普遍認為鋼結構出現疲勞破壞的原因是構造細節、應力幅以及循環次數等因素，鋼材本身的靜力強度與最大應力之間并沒有十分明顯的關系，這一觀點的確定對于鋼結構的焊接工作有著重要的指導作用。根據鋼結構疲勞破壞的影響因素來看，循環次數以及應力幅因素是客觀存在的，因此不能對此進行精確計算，這兩方面的因素也不能在機械設備的安全評估中占據主導地位，基于此，我們在對塔式起重機開展安全評估工作時，要將結構件裂紋檢測工作著重于結構件的應力集中部位[2]。

GB/T3811-2008《起重機設計規范》中也從理論角度說明，疲勞裂紋多起始于應力集中部位，如標準節螺栓套、回轉筋板、塔帽根部、拉桿連接處焊縫、主副臂耳板根部等，這些部門都是主要受力部位，如因制造質量缺陷，則在只用過程中極易出現疲勞裂紋。

3.2 檢測方法

在對塔式起重機結構件開展疲勞裂紋檢測工作時，機械設備原則上應處于設備解體狀態，將需要檢測的部位進行處理，除去油漆、污垢、浮銹等物，使用放大鏡觀察設備可疑部位。當發現機械設備的可疑部位后，還需要采用磁粉檢測以及滲透檢測工作進行再次確認，對設備表面開展探傷檢測工作。必要情況下，還需要使用超聲檢測以及射線照相檢測等方法對設備的內部開展無損檢測工作。JB/T10559-2018《起重機械無損檢測-鋼焊縫超聲檢測》、GB/T26951-2011《無損檢測-焊縫磁粉檢測》等國家和行業標準，對不同無損檢測方法進行了明確規定。

3.3 檢測數量

標準JGJ/T189-2009《建筑起重機械安全評估技術規程》中對焊縫檢測部位和數量進行了明確。對塔式起重機的標準節、塔身加強節、塔帽、拉桿、平衡臂、起重臂、回轉、預埋節、斜支撐等主要受力構件檢測位置和數量都有明確。除了上述抽檢部位之外，其他塔身的抽檢數量不能小于起重機塔身總數的20%。一旦在檢測活動中存在有異常現象，明確有不合格情況，應該加強同類型設備的抽查工作，如果再次發現不合格現象，那么便需要對起重設備中同類型的全部檢測一遍，確保安全評估工作全面、客觀[3]。

3.4 判定要求以及處理

（1）判定要求。在使用超聲檢測方法在對塔式起重機結構焊縫的內部開展檢測工作時，首先應該確保起重機焊縫達到了當前行業標準，滿足JB/T10559-2018《起重機械無損檢測-鋼焊縫超聲檢測》中規定的2級要求。當使用磁粉檢測方法在對設備焊縫的表面裂紋等進行檢測時，焊縫應達到現行行業標準GB/T26951-2011《無損檢測-焊縫磁粉檢測》中規定的1級要求;如果起重機的重要結構件出現裂紋，應該立即判定該結構件不合格。如果起重機結構件存在有特殊的設計要求，應該按照設計要求的標準進行判定但不得低于國家或行業標準。

（2）后續處理。一旦在檢測活動中發現塔式起重機存在不合格的裂紋，應該由有資質單位對其立即修復，如果不能在短時間內進行修復，那么需要對存在裂紋的構件進行報廢處理。在此過程中，還需要采用斷裂力學缺陷評定方法對設備結構件的后期使用情況、使用壽命等進行評價。開展評價工作的主要目的是為了探明結構件裂紋部位、缺陷部位是否存在應力幅，在荷載的作用下是否能夠擴展，確保起重機在應用過程中，存在缺陷、裂紋的部位在工作期間的尺寸能夠遠遠小于變形、失穩、斷裂的臨界尺寸，為塔式起重機的正常運行提供保障，限于文章篇幅，這里不再贅述。

4結束語

塔式起重機作為建筑施工的常見設備，對于建設工程質量和安全有著重要影響，結構件疲勞裂紋作為塔式起重機使用過程中的常見隱患，安全性評價有效性直接影響塔式起重機使用安全，疲勞裂紋有效檢測對塔機起重機結構安全意義重大。

參考文獻

[1] 武世敏.塔式起重機結構安全評估與現場檢測方式研究[J].中國設備工程，2019，（3）：104-105.

[2] 郭曉東.結構件疲勞裂紋檢測在塔式起重機安全評估中的應用與分析[J].廣東科技，2014，（10）：196.

[3] 鄒建華，楊紹偉，劉志鵬，等.塔式起重機安全評估軟件系統的研發與應用[J].建筑機械化，2013，（10）：69-71.