岸橋前大梁坍塌分析

李銘，吳釗丞

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

岸邊集裝箱起重機(jī)屬于重型機(jī)械，在港口的運(yùn)行過程中承擔(dān)重要的作用，其中前大梁的主要作用為起重貨物，因此在其承受荷載的方面，主要以移動荷載居多，運(yùn)動形式主要以俯仰運(yùn)動構(gòu)成。結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠鋼絲繩的牽引作用，將前大梁與機(jī)械部分相連接，從而保證俯仰機(jī)構(gòu)的升降過程，從而實(shí)現(xiàn)前大梁的提升轉(zhuǎn)移物品和實(shí)施維修保養(yǎng)等工序。岸橋上俯仰纏繞系統(tǒng)主要由，俯仰機(jī)構(gòu)卷筒、滑輪組、單滑輪與外側(cè)滑輪組等5個部分構(gòu)成。前大梁的運(yùn)動狀態(tài)從維修位置到水平狀態(tài)，整體的能源來源均為機(jī)房內(nèi)電動機(jī)。

1 岸橋前大梁坍塌事故的原因分析

1.1 俯仰鋼絲繩失效

在日常的使用過程中，由于本身材料與材料之間需要提供較大的摩擦力，因此在鋼絲繩表面使用時間較長后，整體的磨損相對會比較多，有的磨損可以直觀看到，有的磨損不易觀察。由于磨損作用導(dǎo)致整體的鋼絲繩的有效直徑變小，最終導(dǎo)致斷裂的發(fā)生，從而發(fā)生前大梁坍塌的事故。

在常規(guī)情況下，鋼絲繩應(yīng)當(dāng)均勻纏繞在卷筒上，有時卷筒在轉(zhuǎn)動時發(fā)生問題，出現(xiàn)部分的纏結(jié)或者鋼絲繩與卷筒分離的情況。如果前大梁發(fā)生下降運(yùn)動且安全鉤裝置沒有完全脫離整個架體，機(jī)器動力提供正常，各設(shè)備保持正常轉(zhuǎn)動，此時鋼絲繩不會發(fā)生松脫的問題，會出現(xiàn)部分未提供拉力作用的鋼絲繩堆積。當(dāng)出現(xiàn)該問題時，可改變卷筒的轉(zhuǎn)動方向，使其能夠平順的轉(zhuǎn)動回到卷筒處。如果鋼絲繩出現(xiàn)在卷筒端部跳出或者發(fā)生結(jié)節(jié)狀態(tài)，這時整體的安全鉤裝置已經(jīng)完全脫離架體，卷筒上發(fā)生打結(jié)的鋼絲繩整體會快速受到拉拽，而另一端的拉力固定，由于沒有合理的制動裝置可以處理，則整體的鋼絲繩將會受到較大的拉力沖擊，這樣的損害對前大梁及其構(gòu)建都十分嚴(yán)重，可能直接引發(fā)坍塌等問題。

1.2 繩端固定不足

鋼絲繩的繩夾是固定在鋼絲繩的端部位置，提供足夠的阻力，如果鋼絲繩的繩夾使用方向相反，或者使用方法不適應(yīng)，可能導(dǎo)致鋼絲繩繩夾處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，長時間的作用導(dǎo)致鋼絲繩內(nèi)部發(fā)生一定的形變，從而降低鋼絲繩的抗疲勞強(qiáng)度，不易察覺，直至最終發(fā)生鋼絲繩的斷裂。如果選擇繩夾裝置型號的匹配度不足，鋼絲繩雖然正常纏繞，但是內(nèi)部纏繞的過程中可能存在一定的非正常壓力，導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生損傷，同時也會導(dǎo)致多位置發(fā)生抗疲勞強(qiáng)度下降的問題。與此同時，繩夾裝置由于長期暴露在外界，即使已經(jīng)完成一定的防腐蝕措施，但是整體上還可能發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，導(dǎo)致安全隱患的發(fā)生。

1.3 前大梁后傾

如果前大梁上升至可允許的最大上升限位處且未及時停止操作，繼續(xù)保持卷筒的轉(zhuǎn)動，則鋼絲繩由于受到拉力的作用而持續(xù)向上卷動，鋼絲繩本身受到較大的拉力，自身繼續(xù)向上拉動，整體的位置將會出現(xiàn)一定的后傾。出現(xiàn)該狀況時，整體的載荷已經(jīng)超出允許范圍，隨時可能達(dá)到鋼絲繩無法達(dá)到強(qiáng)大拉力的作用發(fā)生斷裂，導(dǎo)致前大梁發(fā)生自由落體運(yùn)動而坍塌。

1.4 安全鉤或者錨定裝置失效

當(dāng)岸橋需要利用錨定裝置來將其固定時，由于長時間的使用，且各構(gòu)件受力的均勻程度不同，可能導(dǎo)致發(fā)生微小形變，在將前大梁提升至維修位置時，兩側(cè)位置的銷孔無法完全正對，則有可能產(chǎn)生一定的位置偏差，無法滿足兩側(cè)的固定要求。當(dāng)設(shè)備采用鉤進(jìn)行處理時，也會出現(xiàn)這一問題，位置已經(jīng)調(diào)整至合理的情況，但是無法完成固定操作，導(dǎo)致整體的設(shè)備出現(xiàn)安全隱患。

1.5 結(jié)構(gòu)件疲勞開裂

在前拉桿位置，本身為節(jié)點(diǎn)板連接，前大梁和梯形架的連接的相對問題較少，而后拉桿在連接處采用固定式的連接。在構(gòu)件方面本身前后兩個部分的差異相對較小，都是由剛性構(gòu)件組成，但是在連接方式上存在較大的不同，在前端位置，本身需要通過連接處進(jìn)行轉(zhuǎn)動來保證滑輪的運(yùn)行，因此采用鉸接方式進(jìn)行連接，能夠?qū)崿F(xiàn)折疊操作，而后方需要保證拉桿的穩(wěn)定性，提供固定的拉結(jié)力，因此采用的是固定的鏈接結(jié)構(gòu)，這樣的問題在于，一旦發(fā)生問題將會直接導(dǎo)致較大的斷裂，發(fā)生危險。

當(dāng)岸橋進(jìn)行正常的作業(yè)吊裝時，大梁上的固定構(gòu)件都會受到較大的內(nèi)力作用，如果結(jié)構(gòu)件存在小型裂紋，則在較大拉力和振動效果的作用下，裂紋的擴(kuò)展速度會加快，因此節(jié)點(diǎn)板和前拉桿產(chǎn)生的振動波可以影響固定構(gòu)件的安全性。在設(shè)備運(yùn)行過程中，發(fā)生彎曲的位置是最容易導(dǎo)致裂紋的地方，長期的拉伸會導(dǎo)致該位置的拉力受到大幅度的影響，因此在節(jié)點(diǎn)處較容易發(fā)生問題。在整體設(shè)備中，可以通過一定的數(shù)學(xué)、物理計算來了解設(shè)備的具體拉應(yīng)力值，能夠通過各種措施來得到需要的拉應(yīng)力數(shù)據(jù)，但是彎曲應(yīng)力無法通過數(shù)據(jù)計算得出，只能通過估算的方式來得到結(jié)果，但在估算中如果一點(diǎn)評估偏差發(fā)生時，就會出現(xiàn)不穩(wěn)定因素，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件側(cè)邊應(yīng)力發(fā)生變化。坍塌的產(chǎn)生最初都是由于結(jié)構(gòu)件開裂導(dǎo)致，而該位置開裂的情況主要有以下兩種。

第一，無足夠的靜距離。經(jīng)過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件應(yīng)力調(diào)查研究計算得出，結(jié)構(gòu)件彎曲應(yīng)力的大小與整個結(jié)構(gòu)的2個因素相關(guān)，一是與板厚呈線性連接關(guān)系，當(dāng)板厚變?yōu)?倍時，彎曲應(yīng)力增加，也相應(yīng)的增加2倍；二是彎曲應(yīng)力與焊縫間凈距離平方呈反比例相關(guān)，即如果將焊縫的凈距離變?yōu)樵L度的3倍，那么在整個結(jié)構(gòu)上承擔(dān)的彎曲應(yīng)力會相應(yīng)變?yōu)樵瓉硭軕?yīng)力的1/9。

第二，在插板連接的應(yīng)力集中程度較大。在插板形式的節(jié)點(diǎn)處，整體的連接位置都會出現(xiàn)較大的應(yīng)力，在設(shè)計或者生產(chǎn)制造的過程中，可能出現(xiàn)一定問題，而且這些位置長期受到較大應(yīng)力的影響，特別是在FCM構(gòu)建中，可能產(chǎn)生較大的裂紋，容易發(fā)生嚴(yán)重的事故危害，需要特別注意生產(chǎn)材料的質(zhì)量安全，避免發(fā)生使用過程中的安全隱患。

2 預(yù)防措施

2.1 定期保養(yǎng)鋼絲繩

應(yīng)當(dāng)定期對鋼絲繩進(jìn)行檢查，并及時進(jìn)行清潔和潤滑處理，以降低鋼絲繩之間的摩擦，避免較大的鋼絲繩摩擦產(chǎn)生的自身損傷，這一措施可以有效的提升鋼絲繩的使用時間。盡可能避免鋼絲繩與金屬銳角物體發(fā)生碰撞或者摩擦，降低鋼絲繩表面的磨損程度。工作人員要定期對鋼絲繩進(jìn)行全面檢查，檢查是否存在斷絲或者磨損過大的情況。在卷繞系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)盡可能降低大角度的鋼絲繩的彎折，特別是在方向的彎曲時，一定要提前檢查鋼絲繩是否流暢。

在設(shè)備周圍進(jìn)行焊接操作時，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格注意，禁止將在裸露的鋼絲繩周圍進(jìn)行焊接，其原因在于，電火花可能將鋼絲繩灼傷，導(dǎo)致部分位置出現(xiàn)熔斷的情況，一旦使用會產(chǎn)生極大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。對于設(shè)備的使用方面可以選擇安裝帶有鋼絲繩使用傳感器的產(chǎn)品，通過傳感器的檢測和報警能夠更加準(zhǔn)確的了解鋼絲繩自身的變化情況，避免出現(xiàn)無序環(huán)繞的問題。

2.2 繩夾裝置的選擇

在繩夾裝置的選擇過程中，應(yīng)當(dāng)避免使用比較尖銳的裝置，防止出現(xiàn)壓力較大導(dǎo)致的鋼絲繩損傷，逐步演化為斷裂。同時在繩夾裝置的選擇過程中，盡可能不要選擇使用鍍鋅產(chǎn)品，本身繩夾在內(nèi)部，而鍍鋅產(chǎn)品由于自身特性很容易產(chǎn)生腐蝕生銹的現(xiàn)象，而且在內(nèi)部覆蓋，無法通過直觀的觀察去了解情況，這是一個比較嚴(yán)重的安全隱患。在安裝繩夾裝置前應(yīng)當(dāng)做好試驗(yàn)工作，測試?yán)K夾裝置的穩(wěn)定性，保證繩夾裝置能夠牢固穩(wěn)定安裝，同時對相應(yīng)的配套設(shè)施如螺栓扭矩等進(jìn)行檢查，這樣通過有效的檢查和測試，可以保證即使存在一定的穿繩系統(tǒng)問題，依然可以確保前大梁下墜的高度在可控制的范圍，避免鋼絲繩的沖擊荷載對設(shè)備產(chǎn)生的危害。

2.3 預(yù)防前大梁后傾

在整體設(shè)備沒有完全安裝完好，進(jìn)行傳感器操作的過程中，最容易出現(xiàn)前大梁后傾的問題。在后期使用過程中應(yīng)當(dāng)設(shè)定合理的報警系統(tǒng)，在達(dá)到最大限度時，能夠提醒操作者及時停止，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。

2.4 結(jié)構(gòu)件的維護(hù)

岸橋結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段考慮的問題是該結(jié)構(gòu)的使用時間，在設(shè)計時間內(nèi)保證設(shè)備的破損設(shè)計能夠在允許范圍內(nèi)即可，在實(shí)際使用過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)做好整體結(jié)構(gòu)件的保養(yǎng)和維護(hù)工作，確保其使用壽命達(dá)到要求，同時針對凈距離和板厚等內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，考慮其他風(fēng)荷載和其他荷載的影響進(jìn)行使用。

3 結(jié)語

在實(shí)際的運(yùn)行過程中，為了避免發(fā)生安全事故，降低岸邊集裝箱起重機(jī)發(fā)生前大梁坍塌發(fā)生的頻率，各級管理人員要認(rèn)真做好防護(hù)措施，及時保養(yǎng)設(shè)備，保證岸橋作業(yè)的安全性，著力提升港口的生產(chǎn)效率。