塔機起重臂腹桿變形問題的研究

苗雨順，孫久錫，劉康

（1.山東省建筑科學研究院有限公司，山東 濟南 250031；2.山東高速盛致市政園林工程有限公司，山東 濟南 250000）

近年來，建筑市場紅紅火火，從而帶動了整個塔機租賃行業，塔機作為建筑業的必備機械，整個行業供不應求，甚至出現了一機難求的境況。

在這種情況下，一部分塔機在轉場時未回廠保養直接進入下一個工地，還有一部分盲目發展的租賃公司將一批老舊產品進入租賃市場，還有部分使用單位將租賃價格作為第一關注度，租賃了一批混裝塔機，這些因素都增加了塔機使用的安全隱患。

1 現狀

起重臂作為塔機的主要受力部件，主要由上弦桿、下弦桿、斜腹桿、下弦面內斜腹桿和直桿組成。在日常檢測中，發現了如圖1、圖3所示的弦桿和腹桿變形及斷裂問題。圖1所示的下弦桿變形問題和圖2所示的下弦面內直桿斷裂問題解決起來相對簡單，上、下弦桿受力大，一旦出現變形應停機使用，需經生產廠家或檢測機構評估或拆除處理，而腹桿斷裂需作加固處理。至于腹桿變形是否能繼續使用，本文作一分析。

圖1 下弦桿變形

圖2 下弦面內直桿斷裂

圖3 腹桿變形

2 建立模型

為了研究起重臂腹桿變形問題，本文以QTZ5610塔機為例建立了整機有限元模型，模型中的桿件以梁單元處理，其材質為Q235B，塔身底部以固定點約束。模型如圖4，共有節點537個，單元1232個。

圖4 塔機模型

3 計算結果

按圖四建立模型，將風荷載按均布力施加于各桿件，慣性力按均布力或集中力施加于各桿件或部件所在位置，自重荷載有程序自動處理，各位置額定起升荷載按圖5所示施加。起重臂腹桿正常使用和斷裂后的比對如表1。

表1 起重臂腹桿正常使用和斷裂后的比對

圖5 塔機起重臂研究位置

4 結果分析

Q235B的屈服點σS為235MPa，抗拉強度σb約是375 MPa：按GB/T13752-2017《塔式起重機設計規范》。起重臂受力桿件安全系數ns按載荷組合C取ns=1.22。所以，許用應力值[σ]=σS/ns=192.6MPa,即起重臂受力桿件的計算應力應≤192.6MPa。

位置1、3、4、8時，腹桿斷裂對上弦桿影響較大，位置8時上弦桿應力增幅較大，增加率達到351.7%，但腹桿斷裂后上弦桿應力最大值在位置3，其最大值為120.3 MPa≤192.6MPa，并未超過其許用應力；位置2、5時，腹桿斷裂前后桿件應力絕對值及其變化率都無明顯變化，腹桿斷裂對附近桿件影響不大；位置6時，腹桿斷裂對上弦桿有重大影響，上線桿應力為276.3MPa＞192.6MPa，已超出其許用值；位置7時，腹桿斷裂對上、下弦桿都有重大影響，且上弦桿應力213.9MPa＞192.6MPa，已超出其許用值，下弦桿應力增加率為63.2%，變化較大。

5 結語

基于表一數據及結果分析，得出以下結論：（1）塔機起重臂腹桿有變形或有桿件斷裂時，并不是所有的情況都需要停機整改，需要視變形或斷裂桿件的所在位置而定。（2）如果腹桿斷裂處在位置6、7時，應即可停止整改，視情況通知生產廠家或由專家論證，切忌繼續使用，以防事故的發生。（3）如果腹桿斷裂處在位置1～5、8時，整改前可輕載使用，切忌超載。