疲勞強度校核下塔式起重機結構安全檢測探究

張曉紅

（商丘市質量技術監督檢驗測試中心，河南商丘 476000）

0 引言

在針對塔式起重機工作中的應力循環特性分析過程，需要通過計算其結構疲勞強度來判斷它的結構安全狀態，這種判斷方法簡單、安全、有效，可相對直觀且客觀地反映塔式起重機結構安裝狀態，對其安全有效運行有正面影響。

1 疲勞強度校核安全檢測理論的研究要點

目前國內已有的塔式起重機結構安全檢測主要采用定期技術，專門對塔式起重機的重要結構部位進行檢測，根據檢測結果評判塔式起重機結構的真實狀態。塔式起重機設備在工作中所面臨的工況非常復雜，結構疲勞破壞原因眾多，一般都具備突發性與危險性，因此該檢測方式存在一定缺陷性，一般無法對主梁結構、中間連接件等進行相對直觀的定量描述。而疲勞強度校核方法已經成立體系，擁有專門的安全檢測理論，具有相當的實踐應用意義。

1.1 相關概述

影響設備結構疲勞強度的因素有很多，例如材料的品種、設備接頭應力的集中形式、設備結構的應力譜、應力循環次數等工作級別指標、結構件的應力循環特性與最大應力標準（r=σmin/σmax）等。例如在塔式起重機設備結構工作狀態下，它所承受的應力會逐漸增大，發生疲勞破壞所需的應力循環次數會愈發減少，這體現了設備本身的有限壽命。在結構有限壽命范圍內，可根據《起重機設計規范》相關要求對整機結構構件連接頭與校核疲勞強度進行有效分析。

1.2 實施的基本流程

參考設備結構疲勞強度的校核安全檢測標準，參考疲勞強度的塔式起重機設備結構疲勞強度校核安全檢測分析流程相關內容（圖1），對塔式起重機設備的具體結構形式進行分析，明確它的具體載荷狀況，客觀確定可反映結構安全狀況的相關檢測節點內容，思考如何測量其節點應力值數據指標。在確保應力一定時間內實現對時間歷程曲線的有效呈現，確定應力循環特性內容。在該過程中還要正確計算并校核設備結構的疲勞強度，明確結構是否處于安全狀態中，這對塔式起重機設備能否正常運行操作至關重要[1]。

2 塔式起重機設備結構安全檢測的評估標準

在對塔式起重機設備結構進行疲勞強度校核安全檢測之前，需要首先明確它的安全檢測評估標準。一般情況下，針對塔式起重機結構安全評估的主要環節包括了設備基礎節、標準節、加強節、平衡臂、起重臂以及塔頂等部分內容，參考測量評估這些部位的銹蝕、解體探傷、磨損量等等情況。例如針對某些建筑，塔式起重機結構設備的安全評估必須結合其設計與制造根本情況展開，檢查設備保養記錄，重點針對其鋼結構銹蝕、裂紋與變形問題進行針對性檢查分析，完全參考整機結構的組織安全性能進行荷載試驗，通過檢查結果判斷其運行安全穩定性。如果在檢查過程中發現某些不合格現象需要針對相同類型的不同部位進行針對性抽查，且要保證較大的抽查力度。如果抽查無法滿足規定要求，則要對設備結構進行全方位檢查測量，以保證找出問題點。

圖1 檢測分析流程

在具體的檢查過程中，要滿足檢查檢測的3 點關鍵要素：①如果塔式起重機設備本身處于解體狀態，需要針對待檢測部位進行提前處理，例如清潔處理、銹蝕處理等等；②可采用游標卡尺與測厚儀設備對塔式起重機結構設備的待測部位尺寸進行檢測分析；③要針對設備結構件裂紋進行檢查，保證做到全方位檢查，特別是要對所附著設備主結構的連接焊縫位置進行檢查。在檢查中要確保抽檢位置超過1 處，而對塔身進行抽檢過程中則要保證抽檢數量達到檢查總數量的20%以上，必要時需要加大對相同位置的抽檢力度，同時準備做好報廢處理。

在對塔式起重機結構檢查完成后，要結合工況與塔式起重機吊點位置進行具體分析，結合應力測試展開分析。一般來說，工況實驗次數應該規定在3 次左右，計算3 次測量的平均值作為結果，同時在塔式起重機檢查過程中對其規定要求與標準進行檢測，綜合結合實際狀況塔式起重機結構進行評估分析，確保設備整體性能指標良好[2]。

3 基于疲勞強度校核的塔式起重機設備結構安全檢測方法

通常情況下，塔式起重機在其整個壽命周期內需要進行多次結構安全檢測，而基于疲勞強度的結構安全檢測更加深入細致，可針對塔式起重機進行檢測。針對塔式起重機設備結構中的主梁部分展開安全檢測分析，希望制定科學合理的檢測計劃。

3.1 安全檢測點的確定

首先要確定塔式起重機設備結構中主梁的安全檢測點，對其實際工作載荷進行計算分析，計算過程中應當參考塔式起重機的過往作業與檢測歷史狀況與數據記錄，同時對其結構破壞情況進行分析，明確主梁的危險區域，最終正確選取主梁結構安全檢測點。它的具體檢測方法有3 步：①利用有限元方法展開計算分析，保證起重機主梁上的高應力區域與應力集中區域都能被分析到位；②針對服役周期已經較長的起重機設備需要根據其結構實際情況進行分析，例如對其改造維修歷史進行分析，找出設備易損傷區域作為主要檢測點；③結合同類型起重機結構的工作運行破壞狀況進行類比分析，并對其容易發生損傷區域的適當點展開檢查，將其作為是核心檢測點。

3.2 應力循環特性的確定

可在起重機正常工作狀態下選取多個檢測節點進行監測，獲得檢測節點應力時間歷程與節點相關關系，計算獲得各個測點應力循環特性值。參考起重機結構中的不同構件對其疲勞檢測點絕對值最大應力與最大剪應力進行分析，保證所有應力循環中的疲勞計算點都能一一對應，計算出每一組應力值，分析其差值中的最大絕對值。例如要對其應力循環特性值rx、ry、rxy進行計算分析，且在結構件中融入關鍵參數指標如正應力σx、σy與τxy剪應力，給出以下計算過程：

結合上試計算最大剪應力，為后續確定疲勞許用應力打下良好基礎。

3.3 疲勞許用應力的確定

檢查起重機設備中構件的疲勞許用應力，正確選取安全系數，充分考量工件工作級別與連接件應力集中狀況，包括構件材質等諸多因素進行綜合分析考量，最后計算獲得疲勞許用應力值。例如在應力循環特性明確后，需要實施到疲勞許用應力計算過程，如果起重機主梁結構的應力循環特性為-1≤r≤0，那么它的拉伸系數t 應該如下[4]：

基于這兩點系數指標，可為后續起重機主梁的結構疲勞強度校核技術過程創造前提條件。在檢測過程中，應該盡量避免螺栓、鉚釘等實施下拉伸操作，同時也要深度分析螺栓與鉚釘的剪切疲勞許用應力。

3.4 結合疲勞強度的安全校核檢測

最后要確定起重機主梁中同一結構監測點的絕對值最大應力與最小應力值，圍繞其載荷指標作用位置對起重機正常工作過程進行分析，明確其工作循環狀況。結合載荷的實際應力狀況進行疲勞強度校核分析，具體的疲勞強度安全校核檢測過程如下：

4 總結

在針對起重機結構的深度剖解分析中，基于其局部結構的安全檢測應當采用疲勞強度安全檢測校核理論。根據檢測研究過程發現，需要對起重機結構中的主梁與連接件內容進行安全評價與量化判斷，這對起重機安全運行非常重要，且整個檢測、評價與判斷過程非常具有科學合理性與說服力，具有較高參考價值。