岸橋前大梁坍塌分析

李銘，吳釗丞

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

岸邊集裝箱起重機屬于重型機械，在港口的運行過程中承擔重要的作用，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，運動形式主要以俯仰運動構成。結構功能的實現主要依靠鋼絲繩的牽引作用，將前大梁與機械部分相連接，從而保證俯仰機構的升降過程，從而實現前大梁的提升轉移物品和實施維修保養等工序。岸橋上俯仰纏繞系統主要由，俯仰機構卷筒、滑輪組、單滑輪與外側滑輪組等5個部分構成。前大梁的運動狀態從維修位置到水平狀態，整體的能源來源均為機房內電動機。

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。由于磨損作用導致整體的鋼絲繩的有效直徑變小，最終導致斷裂的發生，從而發生前大梁坍塌的事故。

在常規情況下，鋼絲繩應當均勻纏繞在卷筒上，有時卷筒在轉動時發生問題，出現部分的纏結或者鋼絲繩與卷筒分離的情況。如果前大梁發生下降運動且安全鉤裝置沒有完全脫離整個架體，機器動力提供正常，各設備保持正常轉動，此時鋼絲繩不會發生松脫的問題，會出現部分未提供拉力作用的鋼絲繩堆積。當出現該問題時，可改變卷筒的轉動方向，使其能夠平順的轉動回到卷筒處。如果鋼絲繩出現在卷筒端部跳出或者發生結節狀態，這時整體的安全鉤裝置已經完全脫離架體，卷筒上發生打結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建都十分嚴重，可能直接引發坍塌等問題。

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，可能導致鋼絲繩繩夾處產生較大的應力集中，長時間的作用導致鋼絲繩內部發生一定的形變，從而降低鋼絲繩的抗疲勞強度，不易察覺，直至最終發生鋼絲繩的斷裂。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，但是內部纏繞的過程中可能存在一定的非正常壓力，導致鋼絲繩發生損傷，同時也會導致多位置發生抗疲勞強度下降的問題。與此同時，繩夾裝置由于長期暴露在外界，即使已經完成一定的防腐蝕措施，但是整體上還可能發生腐蝕的現象，導致安全隱患的發生。

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，繼續保持卷筒的轉動，則鋼絲繩由于受到拉力的作用而持續向上卷動，鋼絲繩本身受到較大的拉力，自身繼續向上拉動，整體的位置將會出現一定的后傾。出現該狀況時，整體的載荷已經超出允許范圍，隨時可能達到鋼絲繩無法達到強大拉力的作用發生斷裂，導致前大梁發生自由落體運動而坍塌。

1.4 安全鉤或者錨定裝置失效

當岸橋需要利用錨定裝置來將其固定時，由于長時間的使用，且各構件受力的均勻程度不同，可能導致發生微小形變，在將前大梁提升至維修位置時，兩側位置的銷孔無法完全正對，則有可能產生一定的位置偏差，無法滿足兩側的固定要求。當設備采用鉤進行處理時，也會出現這一問題，位置已經調整至合理的情況，但是無法完成固定操作，導致整體的設備出現安全隱患。

1.5 結構件疲勞開裂

在前拉桿位置，本身為節點板連接，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。在構件方面本身前后兩個部分的差異相對較小，都是由剛性構件組成，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行轉動來保證滑輪的運行，因此采用鉸接方式進行連接，能夠實現折疊操作，而后方需要保證拉桿的穩定性，提供固定的拉結力，因此采用的是固定的鏈接結構，這樣的問題在于，一旦發生問題將會直接導致較大的斷裂，發生危險。

當岸橋進行正常的作業吊裝時，大梁上的固定構件都會受到較大的內力作用，如果結構件存在小型裂紋，則在較大拉力和振動效果的作用下，裂紋的擴展速度會加快，因此節點板和前拉桿產生的振動波可以影響固定構件的安全性。在設備運行過程中，發生彎曲的位置是最容易導致裂紋的地方，長期的拉伸會導致該位置的拉力受到大幅度的影響，因此在節點處較容易發生問題。在整體設備中，可以通過一定的數學、物理計算來了解設備的具體拉應力值，能夠通過各種措施來得到需要的拉應力數據，但是彎曲應力無法通過數據計算得出，只能通過估算的方式來得到結果，但在估算中如果一點評估偏差發生時，就會出現不穩定因素，可能導致結構件側邊應力發生變化。坍塌的產生最初都是由于結構件開裂導致，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。經過相應的結構件應力調查研究計算得出，結構件彎曲應力的大小與整個結構的2個因素相關，一是與板厚呈線性連接關系，當板厚變為2倍時，彎曲應力增加，也相應的增加2倍；二是彎曲應力與焊縫間凈距離平方呈反比例相關，即如果將焊縫的凈距離變為原長度的3倍，那么在整個結構上承擔的彎曲應力會相應變為原來所受應力的1/9。

第二，在插板連接的應力集中程度較大。在插板形式的節點處，整體的連接位置都會出現較大的應力，在設計或者生產制造的過程中，可能出現一定問題，而且這些位置長期受到較大應力的影響，特別是在FCM構建中，可能產生較大的裂紋，容易發生嚴重的事故危害，需要特別注意生產材料的質量安全，避免發生使用過程中的安全隱患。

2 預防措施

2.1 定期保養鋼絲繩

應當定期對鋼絲繩進行檢查，并及時進行清潔和潤滑處理，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。在卷繞系統的設計過程中，應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。

在設備周圍進行焊接操作時，應當嚴格注意，禁止將在裸露的鋼絲繩周圍進行焊接，其原因在于，電火花可能將鋼絲繩灼傷，導致部分位置出現熔斷的情況，一旦使用會產生極大的應力集中現象。對于設備的使用方面可以選擇安裝帶有鋼絲繩使用傳感器的產品，通過傳感器的檢測和報警能夠更加準確的了解鋼絲繩自身的變化情況，避免出現無序環繞的問題。

2.2 繩夾裝置的選擇

在繩夾裝置的選擇過程中，應當避免使用比較尖銳的裝置，防止出現壓力較大導致的鋼絲繩損傷，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品，本身繩夾在內部，而鍍鋅產品由于自身特性很容易產生腐蝕生銹的現象，而且在內部覆蓋，無法通過直觀的觀察去了解情況，這是一個比較嚴重的安全隱患。在安裝繩夾裝置前應當做好試驗工作，測試繩夾裝置的穩定性，保證繩夾裝置能夠牢固穩定安裝，同時對相應的配套設施如螺栓扭矩等進行檢查，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備產生的危害。

2.3 預防前大梁后傾

在整體設備沒有完全安裝完好，進行傳感器操作的過程中，最容易出現前大梁后傾的問題。在后期使用過程中應當設定合理的報警系統，在達到最大限度時，能夠提醒操作者及時停止，優化系統設計。

2.4 結構件的維護

岸橋結構在設計階段考慮的問題是該結構的使用時間，在設計時間內保證設備的破損設計能夠在允許范圍內即可，在實際使用過程中，技術人員應當做好整體結構件的保養和維護工作，確保其使用壽命達到要求，同時針對凈距離和板厚等內容進行優化，考慮其他風荷載和其他荷載的影響進行使用。

3 結語

在實際的運行過程中，為了避免發生安全事故，降低岸邊集裝箱起重機發生前大梁坍塌發生的頻率，各級管理人員要認真做好防護措施，及時保養設備，保證岸橋作業的安全性，著力提升港口的生產效率。