塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)的損壞類型和修復(fù)措施研究

王士鋒

摘要：簡述了鋼結(jié)構(gòu)疲勞損壞機理，闡述了塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)損壞類型和鋼結(jié)構(gòu)損壞后的修復(fù)措施，通過工程實例敘述了塔式起重機故障情況并進行了故障分析和故障修復(fù)，使該塔式起重機恢復(fù)了良好技術(shù)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：塔式起重機；鋼結(jié)構(gòu)；損壞類型；修復(fù)措施

0? ?引言

在我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展過程中，工程機械的更新和發(fā)展速度越來越快，其中各類起重機的應(yīng)用越來越廣泛。在建筑工程施工過程中，使用塔式起重機可以加快施工進度，提高施工效率。但帶來便利的同時，也會面臨一些未知的危險與挑戰(zhàn)。

在塔式起重機施工期間，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)其鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。例如施工過程中不按規(guī)定維護、保養(yǎng)和使用，就會造成塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)的損壞。要充分重視塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)的損壞問題，分析鋼結(jié)構(gòu)損壞的原因，提出有效修復(fù)措施，使塔式起重機的鋼結(jié)構(gòu)保持完好狀態(tài)，以保障建筑工程的施工安全和施工進度。

1? ?鋼結(jié)構(gòu)疲勞損壞機理

鋼結(jié)構(gòu)在發(fā)生損壞之前，會在其表面形成細(xì)小裂紋，而這些細(xì)小裂紋經(jīng)長時間發(fā)展后會形成明顯裂紋，最后造成鋼結(jié)構(gòu)斷裂現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被稱為鋼結(jié)構(gòu)的疲勞機理。鋼結(jié)構(gòu)的疲勞機理從廣義角度分析，就是由小及大的連續(xù)反應(yīng)過程。塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋的主要原因，是在施工過程中其他物體對其造成的沖擊力、彎曲力、剪切力等影響。此外，在未焊接結(jié)構(gòu)的表面上存在的損傷、軋制鋼板的軋制缺陷等，也會造成鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。

鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的疲勞斷裂與靜載荷斷裂具有一定差異。鋼結(jié)構(gòu)在疲勞載荷作用下，其材料不具有韌性特點；鋼結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下，具有高韌性特點。疲勞破壞需要長時間對鋼結(jié)構(gòu)施加作用力，從而發(fā)生疲勞形變和疲勞斷裂。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)細(xì)小裂紋后，隨著時間推移會形成小型裂縫。在持續(xù)外力的作用下，最后會發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)斷裂。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)歷疲勞破壞后，其破損處會形成兩個斷裂口，其中之一為表面光滑，另外一個是表面粗糙。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破損時，其承受力比正常情況下的承受力低。

2? ?塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)損壞類型

2.1? ?裂紋與變形

塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)在長期使用過程中，會受到起重、懸掛和轉(zhuǎn)動等載荷的反復(fù)作用，這些反復(fù)作用的載荷容易造成其鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小裂紋和變形。隨著使用次數(shù)的增加和時間的推移，這些微小裂紋會不斷擴展，最終導(dǎo)致其鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞損壞。塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的微小裂紋如圖1所示。

塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)的裂紋，有可能是鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)斷裂，也可能是鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂紋，需要根據(jù)檢測情況來判定。當(dāng)出鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)裂紋時，應(yīng)該對其進行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果進行補修，防止因修補不及時發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)斷裂情況。

塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)裂紋主要集中在其受力作用較強的部位。根據(jù)以往的經(jīng)驗，塔式起重機容易出現(xiàn)裂縫的部位主要包括頂部連接耳板、下降支座、起重臂連接處、塔身以及附著桿一端等。這些部位在使用時承受力較大，存在較大的裂紋和變形風(fēng)險。此外，如果在施工過程中違反規(guī)定使用塔式起重機，也可能造成其鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋和變形。

2.2? ?銹蝕與腐蝕

銹蝕和腐蝕是塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)損壞的常見原因之一。塔式起重機大都在露天環(huán)境中進行施工作業(yè)，其鋼結(jié)構(gòu)外表面裸露在外，會受到外界環(huán)境的影響，發(fā)生氧化反應(yīng)，進而形成銹蝕層。嚴(yán)重情況下，這些銹層會腐蝕到鋼材的內(nèi)部。銹蝕和腐蝕會削弱鋼結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能、降低鋼結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。

塔式起重機在使用過程中，其附近會存在一些具有腐蝕性的粉塵以及氣體，對鋼結(jié)構(gòu)的表面對其防護層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，具有一定的腐蝕作用。塔式起重機在使用過程中，其鋼結(jié)構(gòu)或零部件之間會發(fā)生摩擦以及觸碰，嚴(yán)重時會使塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)或零部件表面出現(xiàn)破損。鋼結(jié)構(gòu)表面防護涂層被腐蝕、被破壞，嚴(yán)重時會造成鋼結(jié)構(gòu)變形。塔式起重機的銹蝕和腐蝕，通常出現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)連接處、縫隙處、螺紋處以及涂層脫落處。塔式起重機腐蝕情況如圖2所示。

2.3? ?維護保養(yǎng)不當(dāng)

維護和保養(yǎng)不當(dāng)，是塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)損壞的另一個重要原因。塔式起重機在使用過程中經(jīng)常暴露在高溫、潮濕、腐蝕性氣體等惡劣的環(huán)境中，因此需要進行定期維護和保養(yǎng)，以保證其正常運行和使用壽命。不合理的潤滑油或潤滑方式，會造成塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)損壞和零部件失效。為避免不當(dāng)?shù)木S護和保養(yǎng)對塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)的損壞，需要制定適宜的檢查、維護和保養(yǎng)計劃，并按照計劃進行定期的檢查、維護和保養(yǎng)。

3? ?鋼結(jié)構(gòu)損壞后的修復(fù)措施

3.1? ?損傷評估

3.1.1? ?損傷評估的目的

塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)損壞后，需要進行損傷評估。損傷評估的目的是對鋼結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性、可靠性，以及鋼結(jié)構(gòu)的強度和使用壽命得出正確結(jié)論，以便確定其維修和加固方案。

3.1.2? ?損傷評估內(nèi)容

損傷評估的內(nèi)容包括可視檢查、無損檢測和材料測試等。可視檢查可以檢查出表面損傷，如裂紋、變形和腐蝕等。無損檢測可以檢測隱蔽的缺陷，如內(nèi)部裂紋、孔洞和松動等。常用的無損檢測方法包括超聲波檢測、磁粉檢測和渦流檢測等。

材料測試可以檢測鋼結(jié)構(gòu)材料的強度、硬度和化學(xué)成分等，以確定鋼結(jié)構(gòu)的性能和材料的質(zhì)量。在進行損傷評估過程中，要使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆驮O(shè)備，由具有專業(yè)知識和技能的工程師或技術(shù)人員進行操作；要遵守相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保操作人員和周圍人員的安全。

3.1.3? ?制定維修方案

根據(jù)損傷評估得出的損傷類型、程度和可行性結(jié)果，制定維修方案。若損傷較輕，只需局部維修或表面修復(fù)；若損傷較重，則需更換鋼結(jié)構(gòu)部件或進行加固。在制定維修方案時，要考慮維修的可行性、維修成本、維修工期和維修安全等有關(guān)因素。

3.2? ?部件的更換和加固

3.2.1? ?部件更換和加固要求

在進行部件的損傷評估后，對塔式起重機損傷較為嚴(yán)重、需要更換的鋼結(jié)構(gòu)部件進行更換或加固。在部件更換或加固之前，需要對損傷嚴(yán)重的部件進行詳細(xì)評估，以此確定具體的更換或加固方案。在進行部件更換或加固時，需要注意操作人員和周圍人員的安全，并遵守相關(guān)的安全操作規(guī)程。要對部件更換或加固過程進行記錄和跟蹤，以便后續(xù)檢查和維護。

3.2.2? ?部件的更換

部件更換是指將受損的部件完全更換為新部件，這需要進行精確的測量和加工，以確保新部件與原部件完全匹配。要對新加工部件進行檢測，確保其符合裝配要求。部件更換需要精密的工具和設(shè)備，以及專業(yè)知識和技能的工程師或技術(shù)人員進行操作。

3.2.3? ?部件的加固

部件加固是在受損的部件上增加支撐或鋼板，以提高其強度和穩(wěn)定性。部件加固是維修過程中的重要步驟，需進行詳細(xì)的計劃和安排。部件加固需根據(jù)具體情況進行設(shè)計和加工，并使用適當(dāng)?shù)牟牧虾凸ぞ哌M行操作；需考慮原結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，以及加固后的鋼結(jié)構(gòu)是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。

3.3? ?焊接和涂層處理

3.3.1? ?焊接和涂層要求

焊接和涂層處理是塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)維修中常用的方法之一。在進行焊接和涂層處理之前，需要進行仔細(xì)的檢查和評估，以確定維修方案和工作流程。在進行焊接和涂層處理時，需要遵循相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，采取適當(dāng)?shù)陌踩胧┍Ｗo操作人員和周圍人員安全，并對維修過程進行記錄和跟蹤，以便后續(xù)檢查和維護。

3.3.2? ?部件的焊接

焊接是將兩個或多個金屬部件通過熔化連接在一起的過程。焊接可用于修補受損的部件、加固鋼結(jié)構(gòu)或連接新部件。在焊接之前，需要選擇合適的焊接方法和焊接材料，并進行清潔、打磨、預(yù)熱等處理。焊后要進行嚴(yán)格的檢測，確保焊接質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

3.3.3? ?部件的涂層

部件涂層處理是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆一層防腐蝕、防銹蝕的材料，以延長其使用壽命和維護周期。涂層處理可用于保護新部件、修補受損部件或加固鋼結(jié)構(gòu)。在涂層處理之前，需要進行表面處理，如清洗、除銹、打磨等。涂層的選擇，要考慮到使用環(huán)境、化學(xué)性質(zhì)、施工方法和使用壽命等因素。

4? ?工程實例

4.1? ?工程概況

某施工團隊承擔(dān)某學(xué)校7層宿舍樓第7層的改造工程，其使用的塔式起重機為TIZ58型。該塔式起重機塔身的鋼結(jié)構(gòu)由1節(jié)基礎(chǔ)節(jié)和7節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，起升高度為28m。

4.2? ?塔式起重機故障情況

由于施工地點為該宿舍樓第7層，需將塔式起重機起重臂升至該宿舍樓樓頂。經(jīng)過計算，該塔式起重機無法升至該宿舍樓樓頂，于是添加了1節(jié)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。由于施工人員擔(dān)心該塔式起重機與其他施工機械距離過近，會給安全施工帶來危險，于是改變了該塔式起重機起重臂的轉(zhuǎn)動方向。

在該塔式起重機升高起重臂之前，其處于恒定狀態(tài)。隨后，操作員將起重臂轉(zhuǎn)向施工圖紙中指定的方向，提升約250kg的混凝土料，進入該宿舍樓第7層區(qū)域進行前、后移動。當(dāng)升降約20s后，塔身頂升液壓缸活塞桿端部與塔式起重機頂部的連接部位的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，造成塔式起重機頂部突然傾斜。

4.3? ?故障分析

經(jīng)檢查后分析認(rèn)為，該塔式起重機塔身頂升液壓缸活塞桿端部與塔式起重機頂部的連接部位腐蝕和銹蝕嚴(yán)重，且未進行加固處理，由此引發(fā)了該塔式起重機頂部傾斜故障。

4.4? ?故障修復(fù)

故障發(fā)生后，該施工團隊對該故障進行了損傷評估、損傷部件的更換以及損傷部位的焊接和涂層等修復(fù)工作。修復(fù)后，對該塔式起重機進行每月定時檢查，并對其損壞程度進行了A、B、C、D（由輕到重）評估。塔式起重機檢查結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知，該塔式起重機故障修復(fù)后，半年內(nèi)對其進行了6次查檢，其結(jié)果均為良好，且損壞程度均為A和B，這說明該塔式起重機技術(shù)狀態(tài)良好。此后施工團隊加強了對該塔式起重機的檢查、保養(yǎng)和保養(yǎng)工作，及時更換老化零部件，防止類似故障再次發(fā)生。

5? ?結(jié)束語

避免塔式起重機出現(xiàn)安全隱患和安全事故，是建筑工程施工中最為重要的一項工作。為了優(yōu)化塔式起重機日常的維護效果，使其安全、穩(wěn)定運行，本文就塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)損壞情況及修復(fù)措施進行了研究，并通過案例進行了深入分析和評估，為塔式起重機的安全運行和正常使用提供了有益借鑒。

參考文獻

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