压杆失稳对塔式起机安全的威慑.doc

压杆失稳对塔式起重机安全的威慑压杆失稳对塔式起重机安全的威慑(2005年第四期)　　　　Influence of Stand Bar’s Losing Stability on Tower Crane Safety　　　　　　　■ 长沙建设机械研究院　　孙在鲁/SUN Zailu　　　塔式起重机是建设工地上应用最广、工作空间最大的起重机,因而塔机已为我国的建设事业做出了重大贡献。然而,由于塔式起重机安装得高、臂架伸得长、一般都是现场安装、施工中要经常顶升加高,因而塔式起重机比较容易引发事故,安全知识就特别重要。尽管从上到下,已一再强调要注意施工安全,有的地方也组织了培训班。但是不少单位和机构,在培训时只重学文件、学制度,技术知识的学习并没有引起足够重视,使得事故下降并不很明显。笔者近两年参于调查处理多起塔机事故,深感专业知识的缺乏,对塔机的安全构成重大威慑。引发塔机事故的因数多种多样,在这里,我想先谈谈压杆失稳对塔式起重机安全的威慑。1　问题的提出　　塔式起重机最可怕的事故是出现倒塔。一旦发生这种事故,往往是机毁人亡,损失惨重。特别是结构件,有的折弯,有的断开,有的撕裂,真是面貌全非。说句实话,面对这种情况,如果不具备一定的塔式起重机专业知识,要想对事故进行分析,是件很困难的事。但是,也有些地方在出了事故以后,只要看到发生了断裂,就认为是质量问题。而且特别容易做出材料不合格或者焊接质量有问题的结论,这是不太妥当的。固然,材料不合格和焊接不到位的现象是存在的,是事故隐患之一,但要做出结论仍然要有充分的事实依据。特别是对那些使用多年的塔式起重机,或是对那些多年来一直稳定批量供货的材料,要做这样的结论更应该慎重。因为塔式起重机发生破坏的因素很多,各种可能因素要进行对比。断裂只是一种现象,不一定是发生事故的原因。很多人容易看到的只是断裂现象。但断裂有内在质量缺陷引起的,还有属于连锁反应引起的,很多人却看不清。实际上,在塔式起重机结构中,压杆失稳引发的事故并不少见,可能比原发性受拉断裂还要多,所以我们必须深入了解压杆失稳对塔式起重机的安全威慑。此外,有限元软件的推广应用,有些人只注意计算节点应力,不进行压杆局部失稳校核,也有可能留下安全隐患,值得提起注意。2　塔式起重机主要结构部件的受力分析　　前面已提到:压杆失稳引发的事故并不少见,可能比原发性受拉断裂还要多。要理解这句话,我们就首先有必要对塔式起重机主要结构部件做出大概的受力分析。2.1　底架和塔身　　一台塔机,不管其受力怎么复杂,但对底架和塔身来说,其上部的载荷都可简化为一个正压力和一个弯矩,正如插图1所示。正压力使塔身的4根主弦均匀受压;而弯矩要靠主弦杆有拉有压来平衡。如在对角线平面内起吊,则标准节受力如图2所示,靠臂架一方主弦受压,靠平衡臂一方主弦受拉。也就是1号主弦受压,3号主弦受拉。正压力和弯矩组合后,1号主弦的压力是相加的,所以压力值就特别大,也最危险; 3号主弦的拉力要减去原来的均压力,所以其拉力值要小于1号主弦的压力的绝对值,就没那么危险。所以塔机设计人员最关心的是主弦杆压力。而一般人员常常以为拉断才是最危险的,这是一种直观错觉。他们不了解受压的危险性。2.2　塔顶的受力分析　　塔顶的受力主要来自平衡臂拉杆和起重臂拉杆。正如图3所示。可以看出: 平衡臂拉杆和起重臂拉杆的合力,对塔顶也构成一个正压力和一个弯矩。所以塔顶的受力与塔身类似,也是压弯联合作用,它的主弦杆受力状态,也是压力大于拉力。2.3　起重臂的受力　　起重臂的受力比较复杂,它与拉杆布置以及起吊位置有关。图4是一个双拉杆的起重臂受力分析简图。从图中可以看出:吊臂拉杆和小车牵引绳的水平分力,对吊臂构成一个压力,而吊臂自重和起吊载荷,使臂架产生铅直平面内弯矩,风力和回转惯性载荷,使吊臂产生水平侧向弯矩。这些内力组合,使起重臂仍然是处于压弯联合作用状态。毫无疑问,吊臂主弦的压力往往也是大于拉力。　　从以上分析可知,塔机的主要结构部件,其杆件所受的最大内力,往往都是压力大于拉力,所以要高度注意压力对安全的威慑。3　结构杆件的承载能力　　受拉杆件,它的破坏形式可以是塑性伸长、拉断、或者疲劳开裂。对拉伸破坏大家都好理解,用不着多说。然而,受压杆件的破坏形式是什么呢？有的人就不那么清楚了。那就是局部失稳,或者说局部屈曲。　　其实杆件局部失稳比拉断要危险得多！那到底什么是局部失稳呢？我们知道,拿一根细长杆,上面加压力,当压力不大时,杆子是直的,当压力一步步增加,突然,杆子会变弯,而且会丧失原有的承载能力,这就是局部失稳。产生由直变弯的这个压力就叫临界压力。临界压力的大小主要取决于杆件的长细比,与微观结构关系不大。杆件失稳,或者说屈曲,是突发性的,没有声响,不容易察觉，但一旦失