塔式起重機附著結(jié)構(gòu)分析

王勇玲/WANG Yong-ling

（浙江省特種設(shè)備檢驗研究院，浙江 杭州 310012）

塔式起重機（以下簡稱塔機）塔身為一偏心受壓桿件模式，當其安裝高度超過允許范圍后，塔身在上部偏心載荷和彎矩共同作用下，要失去穩(wěn)定性而彎折傾翻。因此，在塔身加高超過獨立高度前，必須在預(yù)先設(shè)計好的位置安裝附著結(jié)構(gòu)，限制塔身在該水平面內(nèi)兩個方向的位移，保證塔身在使用過程中不失穩(wěn)，能安全使用。

2012年12月，對某施工現(xiàn)場一臺塔機進行檢驗，發(fā)現(xiàn)該塔機安裝高度為50m（允許的獨立高度為40m），裝有一道附著，附著桿件由4根工字鋼組成，其一端分別與附著框架在4個拐角位置焊接連接,另一端與附著支座焊接，整體形成2個四邊形結(jié)構(gòu)。該塔機在檢驗前已經(jīng)試運行一段時間，在檢驗中發(fā)現(xiàn)附著桿與附著支座焊接位置有一垂直附著桿件的裂紋。

1 附著桿件連接受力分析

根據(jù)塔機使用說明書要求，塔機附著裝置應(yīng)能承受塔身在該平面上兩個方向的水平作用力，限制塔身的變形，保證塔身壓桿的穩(wěn)定要求，附著框架與塔身通過頂緊螺桿使其緊密配合，保證塔身與附著框架在接觸點處的變形量相等。

當塔機工作時，附著框架位置的塔身受到以上自由端部分的彎矩和垂直向下的偏心載荷作用，在附著框架位置形成一平衡力系，其中塔身主弦桿對附著框架作用一水平力，使附著框架做水平移動。附著桿件對附著框架也作用一水平力，阻止附著框架水平移動。

當附著桿件與附著框架、附著支座焊接連接時，連接點全為剛性，三者成為一個整體。塔身作用在附著框架上的水平力分解成桿件的軸向力和垂直力，軸向力直接作用在桿件上，屬于桿件的軸心受拉壓問題，計算時只要保證其強度和壓桿穩(wěn)定性即可；垂直作用力作用在桿件上，對桿件及其焊接接頭等整體作用一巨大的彎矩（附著桿件長度較長引起彎矩很大）。同時，由于附著桿件與附著框架、附著支座全為焊接連接，因焊接變形等原因，導(dǎo)致部分桿件存在嚴重的焊接應(yīng)力，桿件受力不均。某QTZ80塔式起重機說明書中羅列了各個附著裝置位置的兩個水平力的大小，取其中第一道附著裝置的數(shù)據(jù)計算得到，某一附著桿件的最大彎矩達到89.27tm；軸向力卻只有17.6t；按常規(guī)計算得到的附著桿件大小尺寸無法滿足組合應(yīng)力要求，從而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

當附著桿件與附著框架、附著支座按照JGJ 33-2012 《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程》和塔式起重機使用說明書的規(guī)定要求鉸接連接時，作用在附著框架上的水平力也可分解成與附著桿件垂直和平行的兩個水平力，由于附著桿件兩端鉸接，不承受垂直方向的任何力，只承受桿件軸心拉壓應(yīng)力；而垂直該桿件軸心方向的力由與其成某角度的其他桿件承受，保證所有的力都可分解成桿件的軸向力。計算校核時只要考慮附著桿件的軸心受拉壓情況，保證其強度和壓桿穩(wěn)定性即可。

2 附著裝置平面布置分析

當采用剛性連接時，由于附著裝置中的3個部分已成為一個整體，此時，不管附著裝置布置成什么形狀，每一組連接都能有效限制附著框架在水平面上的位移，只要整個裝置強度足夠，也能滿足要求。

當附著桿件與附著框架、附著支座之間鉸接連接時，有以下兩種布置形式。

1）當附著裝置按文章開頭所述施工現(xiàn)場方式布置，附著桿件與附著框架、附著支座成大四邊形結(jié)構(gòu)（各連接點間距較大）。當采用鉸接連接時，由于四邊形的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，附著框架可以在該水平面上大幅游動，不能阻止塔身的水平位移，附著裝置失效。

2）當附著裝置按說明書要求如圖1所示布置時，附著桿件與附著框架、附著支座也成四邊形結(jié)構(gòu)，但其中附著支座有兩點間距很小，只有300mm理論上應(yīng)是重疊的，但工藝上不允許，近似三角形結(jié)構(gòu)。此時，由于四邊形結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和鉸接連接的間隙等因素，附著框架仍可在水平面上小幅游動,但水平位移量能控制在塔身垂直度要求范圍內(nèi)，基本能有效控制塔身水平面上的位移，能滿足要求。

圖1 附著桿平面布置示意圖

3 附著裝置計算安裝要求

1）根據(jù)JGJ 33-2012《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程》和塔式起重機使用說明書的規(guī)定要求，塔機的附著裝置必須將附著桿件與附著框架、附著支座三者用鉸接連接，銷軸平行塔身方向；且整個附著裝置布置成兩個或兩個以上近似三角形結(jié)構(gòu)，附著桿件的強度和穩(wěn)定性滿足使用說明書中給出的水平力要求即可。該方案計算簡單，桿件受力較小，截面尺寸小，省材料，同時可重復(fù)使用，不管從節(jié)能減排還是從節(jié)約成本考慮，都應(yīng)該首先選擇該方案。

2）由于施工現(xiàn)場場地、周圍環(huán)境等因素限制，無法采用方案1設(shè)置附著裝置時，如建設(shè)廠房、展覽館等建筑，無法設(shè)置附著支座，可考慮選擇較大獨立高度的塔機代替。

3）如方案1和2都不能選擇使用，則按圖1方案設(shè)置附著裝置（附著桿件與附著框架、附著支座剛性連接），在附著裝置的設(shè)計計算時，必須計算校核每根附著桿件的強度和穩(wěn)定性，要考慮桿件的彎矩和軸向力對桿件及其連接的作用。在使用過程中，必須每天對附著裝置進行檢查，如有異常，立即停止使用。由于該方案計算復(fù)雜，受力大，附著裝置自重大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合采納。

總而言之，對于特種設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、改造、維修和使用，都必須嚴格按照有關(guān)法律、法規(guī)規(guī)范、標準等執(zhí)行，避免事故的發(fā)生和財產(chǎn)的損失，同時應(yīng)考慮節(jié)能減排的要求，為國家、社會多做貢獻。