有的地方,一看到有断裂现象出现,就认为是质量缺陷。他们往往找人做一下金相分析就下结论,这是不妥的。的确,因质量缺陷引发的事故也存在,但必须明确找到缺陷源和引发因素。比如焊接不到位,焊缝尺寸太小,里面严重夹渣甚至于塞有焊条;构件材料或尺寸与图纸不符;所用材料不正规,没有质量保证书;孔边或形状复杂的零件有尖角存在,容易引起应力集中等等。总之,从载荷到使用历史,必须认真检查分析,才能找到真正的事故原因。一般地说,对使用时间较长的塔式起重机,由质量缺陷引起的事故很少见,因为如果存在原始质量缺陷,在早期使用中早就会表现出来了。但老塔式起重机最可怕的是疲劳破坏和磨损破坏,用户要特别注意维护检查。一查安全机构,特别是力矩限制器,不要让它失灵而引起超载;二查节点处、孔边缘、尖角处和连接头附近是否有疲劳裂纹;三查易磨损处的磨损量是不是太多。一旦发现裂纹和磨损过多,要立即补焊,而且要同时检查力矩限制器是否失灵,因为疲劳开裂与长期载荷失控有关。对于使用历史不太长的塔式起重机,如安装时做过试验和调试,使用中出现了断裂事故,首先要查力矩限制器是否工作正常。只要力矩限制器是正常的,那由质量缺陷引发事故的可能性就比较大。要害就是要查焊缝、孔边缘、尖角附近等应力集中处,因为在力矩没超过额定载荷情况下,局部失稳就不会发生(有杆件碰弯的情况例外),既然连临界应力都达不到,那离强度极限就更远,所以母材的断裂就更难发生了,只有焊接质量和原始缺陷才可能是薄弱环节,但由原始缺陷引起的断裂,其断裂面往往有新、旧断裂面的明显界限,旧断裂面是缺陷源处应力集中、裂缝慢慢扩大所留下的。如果没有看到旧断裂面的痕迹,而对面杆又有弯曲现象,那这种断裂就是屈曲失稳引发的连锁断裂。因为没有缺陷源的主弦杆,其破断拉力不可能低于临界压力。正是这样,才在这里提出要强调压杆失稳对塔式起重机的安全威慑。
5 提高理性认识,注意防止受压杆件失稳
通过前面的介绍,大家就会明白:对塔式起重机结构件来说,除了断裂破坏,还有一种更危险的破坏形式,那就是压杆局部失稳。当然,前面的介绍只是概念性的,要真正会设计计算还要考虑其他因素,但是能从只有单一的断裂破坏概念进入到懂得受压杆件局部失稳破坏,这在理性认识上已经提高了一步。对于使用单位和管理部门来说,提高关于压杆失稳对塔式起重机的安全威慑的理性认识很有必要。有的用户使用塔机,认为只要能吊起来就没事了,就是安全的,实际并非如此。因为他们不了解塔机结构件到底存在有那些危险因素,更不了解各种破坏因素的安全储备,所以各种各样的不自觉的违章作业较多,犯了错误还不知道;有的地方管理部门,抓安全不知道什么是要害,查安全不查安全装置是否正常,而是查一些无关紧要的地方;出了事故,不注意保护现场,尽快请专业机构和专业人员来帮助分析,而是在当地找一些人来看看,大家按自己的认识就讨论出一个说法。这样做是很不利于吸取教训、搞好安全生产的。有的地方只做一下金相分析,就给事故原因下结论,也是很不慎重的。因为金相分析只能定性地看一看材料或者焊缝的金相组织情况,并不能定量确定材料的承载能力,搞不清应力分布情况和各种安全因素的大小,这又怎么能找到真正的原因呢?实际上,塔式起重机是特种产品,是要许可证才能生产销售的,出了事故往往都是大事故,因此制造商还比较谨慎,所用材料基本上是大钢铁厂提供的大批量生产的材料,一般都会有质量保证书。低质量塔机产品也有,但不像其他商品那样容易出现假冒伪劣;到是在使用管理上,由于缺乏培训,特别缺少理性认识,要控制违章作业是比较困难的。因此我们一再呼吁,管理部门要重视加强技术培训,提高理性认识,切实有效地防止事故。其中防止压杆失稳就是一个重要方面。
要防止压杆失稳破坏,我以为要特别注意以下几点:
5.1 确保塔机安全装置正确有效的工作
在使用塔机时,一定要保持安全机构正常有效的工作,特别是力矩限制器。因为发生局部失稳,一定要实际压力超过临界压力。只要力矩限制器正常,不管什么原因造成超载,就会报警和停电,叫你吊不起来。只要不超载,实际压力就不会大于临界压力,也就不会出现杆件局部失稳。然而,在工地上,力矩限制器调好后,平时工作机会并不多,过一段时间后,到底工作正常不正长,操作者并不知道,这就容易引发事故。因此一定要注意检查维护。办法是每隔一段时间,要去拨动一下力矩限制器限位开关的触头,看它是否还会报警。如果没有反应,就要先查力矩限制器的传感电路,一定要找出原因并处理好后才能继续操作。有些工地把小塔机当大塔用,故意把力矩限制器的电路撤掉,这是非常危险的,是严重违章行为。
5.2 要保护杆件不要有初弯曲
塔机在转移搬运过程中,要特别注意防止碰弯杆件。因为有初弯曲的杆件,其承载能力低于直杆,也就是说,实际上弯杆已经失稳,再承受过大载荷,只会加大弯曲挠度,提早出现破坏。如能发现弯曲,一定要先补强才能继续使用。
5.3 正确执行规定的安装程序
严格按使用说明书指定的安装顺序进行安装和拆卸。在塔式起重机使用说明书中,为了防止不平衡力矩过大,在安装平衡臂和起重臂时,明确规定先安装平衡臂,加1~2块平衡重后,再安装起重臂,最后才装上全部平衡重。拆塔时正好相反,一定要先拆平衡重,只留下1~2块,才能拆起重臂。这一安装过程,对塔顶和塔身来说,其受的不平衡力矩是:先后倾,再前倾,最后是后倾。但每种状态,倾翻力矩都在容许范围内。然而由于缺乏理性认识,有些工地对此并不注意,因而引发重大事故,特别是拆塔过程事故更多。例如有一个工地,在安装塔机起重臂时,根部销轴找不到了,就车了两个销轴代用, 塔式起重机安装好后,原配销轴又找到了,就想换下来,这就要拆起重臂。当时有人提醒,要先拆平衡重块,才能拆起重臂。但其负责人嫌麻烦,就叫用汽车吊起吊起重臂,结果造成塔顶后主弦失稳、塔机向后倾倒的严重事故。还有一个单位,在安装塔机时,装完起重臂后,没及时拆掉起升绳卡,就装平衡重,装完平衡重就下班,第二天再去拆起升绳卡。为了把起升绳放松一点,在司机还没来时,安装人员自己去开起升机构,结果正好开反了方向,起升绳不但没放松,反而把吊臂上提,吊臂拉杆靠塔顶的一小段松弛,使对塔顶向前的拉力突然减小,但此时全部平衡重已加上去了,平衡拉杆拉力很大,结果引起塔顶后主弦杆屈曲,顶部向后倾倒(见图6),平衡臂下砟的重大事故。
5.4 顶升时注意调好平衡
在塔机加节顶升时,一定要注意调好前后平衡,要使被顶起的部分的重心大体落在顶升油缸上。办法是:如果重心靠后,一定是顶升套架的前上滚轮与塔身前主弦接触;后下滚轮与塔身后主弦接触。此时慢慢向前移动变幅小车(带所吊的平衡标准节),使前上滚轮或后下滚轮有一个离开标准节主弦杆就可以了(假定此前滚轮位置基本调得对称)。反之亦然。如果顶升时顶部的平衡调得不好,套架滚轮对标准节主弦杆压力太大,有使主弦杆发生初始弯曲的可能性,这就易引起压杆失稳破坏。
5.5 顶升时要把臂架锁定在正前方
顶升时起重臂一定要在正前方,而且一定要锁好回转制动。因为如果偏离正前方,比如说在标准节对角线方向,顶部的不平衡力矩(这在实际上总是存在的)就会由单个滚轮来传递。单根主弦受力就大,而且套架的引入门边框主弦,由于缺少横腹杆支撑,节距较长,长细比较大,所以临界压力较低,比较容易失稳。不太大的前倾力矩,就可能会引发顶部倾翻事故。有一个工地,在给一台25tm塔机顶升加节时,在20多米高处,顶完一个节距后,再顶第二个节距时,因液压系统故障,顶不动了,造成上不能上,下不能下。当时安装人员也很着急,总希望先放下已经顶起的节距,但没有达到目的就天黑了,只好决定第二天再处理。可是又怕晚上刮风,就把回转制动给放松了。第二天上班时,臂架已转到大约90°方向,但还没有出事,可是他们没把臂架转到正方向并锁定,就去拆卸液压泵站。就在拆卸的过程中,受压的引入门边框失稳,导致已顶起的顶部倾倒而造成机毁人亡的特大事故。很可惜!本来这些安装人员还是很小心,也知道横向风力的危险,才放松回转制动。可是处理上并不正确。一是当天应立即清洗液压系统,而不是降塔,只要系统回路一通,问题就好解决了。再是第二天应先使起重臂转到正前方并锁定,才能做其它事。估计他们并不太理会臂架不在正前方而且未制动,对引入门边框受压杆失稳构成多么严重的威慑。
5.6 重视斜拉侧拉的危险性
要严禁斜拉、侧拉起吊重物,特别是大幅度起吊时更要注意。因为斜拉、侧拉起吊,除了起重力矩外,臂架还要受到一个水平横向力矩。这个力矩会使臂架根部下主弦杆产生一个较大的压力,大幅度起吊时,起重力矩也使下主弦产生压力,这两个压力叠加,很可能使臂架下主弦杆失稳屈曲,导致侧向折臂,进而前后失去平衡而倒塔(见图7)。
5.7 不可轻易起吊不知重量大小的物品
在力矩限制器没有调好或失灵的情况下,大幅度起吊不知重量大小的重物,造成起重力矩失控,很容易导致臂架根部下弦杆或者塔身标准节主弦杆失稳而倒塔(见图5和图7)。
5.8 老塔机要注意磨损对承受力的降低
塔机年久失修,臂架下弦杆导轨磨损严重,检查保养又不注意,造成薄弱环节局部抗弯能力大大下降,容易使臂架下弦局部失稳(见图7),引起折臂倒塔。故塔式起重机应当有报废年限的限制。然而要用户报废塔机却是很难接受的事,因为他们不一定很理解臂架下弦杆磨损对臂架安全威慑的严重性。等出了事才报废损失太大。
5.9 对中低层建筑建议推广应用下回转固定式塔机
减少结构部件的内力矩是防止压杆失稳的最有效措施。对承受压、弯联合作用的结构部件,其受压杆件的压力大小主要取决于所在截面的弯矩而不是正压力。因此,在设计构造上要尽量减小结构部件的内力矩。长臂架塔机采用双拉杆,优化吊点位置,其目的都是要减小臂架的内力矩。所以采用长臂架后,折臂现象并不太多。对于塔身来说,只要起吊的不平衡力矩确定以后,对所有上回转塔机,其最大内力矩主要决定于塔身高度。高塔打附着实际也是为了减小塔身内力矩。
但对于下回转塔机来说,情况却发生了根本变化。下回转塔机顶部的不平衡力矩,可以由平衡拉杆受拉和塔身受压来传递,一直传到底部的回转支座上(见图8)。塔身以受压为主,再加上一点不太大的附加力矩。这样一来,标准节主弦杆发生失稳屈曲的可能性很小,结构重量就可以减轻。如果底座采用固定式安装,就很难倒塔,可有效提高安全保障。这种比较安全而又轻便的塔机,对12层(36m高)以下的建筑物,很值得推广应用。而这样的建筑物,正是量大面广、到处都有的中、低层建筑。在国外,下回转塔机数量很多,期望中国人也要更新观念,改变现有上回转塔机一统天下的局面。