塔式起重機鋼結構損壞原因及維修

趙 闊

（中鐵十九局集團廣州工程有限公司，廣東廣州 511458）

0 引言

塔式起重機最重要的組成部分是塔身結構，各個運轉部分可分別組成不同的模塊，特點包括高工作效率、大回轉半徑和高起升高度，進而使實際運用過程中各種不同情況均可得到有效應對[1]。但因工作時間較長，機械老化現象正常，尤其是塔式起重機長期工作于充滿工業灰塵的惡劣環境中，受風沙侵蝕的影響，加之工作本身必須的消耗，故塔式起重機，特別是其鋼結構部分極易形成諸多安全隱患，在造成重大人員傷亡的同時，也使施工方的經濟效益受損嚴重。因此，應分析起重機鋼結構損壞的根本原因，為塔式起重機的安全檢測提供與實際相符的理論指導，并對其展開必要的維修和保養。

1 塔式起重機鋼結構損壞的原因

1.1 表面銹蝕

在建筑施工過程中，塔式起重機一般是在較為惡劣的環境中工作，除了各類灰塵，附近環境中的腐蝕性氣體也會破壞其鋼結構。除此之外，因為運作時間較長，再加上大幅度地回轉，鋼結構表面原有的油漆等保護層會有脫落的情況出現，腐蝕氣體對塔機裸露部分的鋼結構表面進行侵襲，使之發生腐蝕變形，結構強度大大降低。

1.2 裂紋

雖然塔式起重機鋼結構裂縫并不會使鋼結構發生斷裂，但若不及時修復，則會留下諸多安全隱患。因此，一旦塔機鋼結構有裂痕出現，則說明其有可能發生斷裂，尤其是危險性及過度性裂痕更要引起重視。裂痕一般在起重機鋼結構應力集中處或焊接部位出現，如塔身的下支座、塔頂的連接耳板及回轉塔身等位置，由于這些地方復合受力最大，出現裂痕的概率非常高。除此之外，機械過猛的啟動或制動，又或是反車緊急制動、越級換速等，均有可能極大地沖擊塔式起重機的鋼結構，進而導致焊縫開裂，如果處理不及時，則會引發嚴重事故。以湖南某施工工地為例，一臺QTZ31.2 型塔式起重機因啟動時動作過猛，出現前后方向大幅度的擺動，導致上支座筋板全部開裂，因發現較早且處理及時，未導致重大事故的發生。

1.3 變形

塔式起重機長時間使用過程中受到各種因素的影響，鋼結構會發生形變，其中以局部的偏心、扭曲、變形為三種主要形式。在施工作業過程中，塔機極易受到諸多因素作用而出現形變。如敲打和碰撞會使塔機局部發生形變；由于螺栓未緊固到位造成螺孔磨損，使桿件和與節臂間發生偏心，進而形成附加的彎曲力矩；人工誤操作引發碰撞導致變形；長時間的超負荷承載，使塔機發生永久性變形。

1.4 斷裂

鋼結構的斷裂，特別是使用過程中突發斷裂，會產生十分嚴重的后果。通常情況下，以下問題會引發斷裂。

（1）超載。相關資料表明，施工中經常會發生因超載而導致的起重設備事故。而這些事故的發生很多時候是因為操作人員或是指揮者為趕超進度，心存僥辛盲目超載所致。一些建筑施工項目經理，為了盡快完工，便人為地讓安全裝置處于失效狀態，或者將安全保護裝置拆除，尤其是力矩限制器無法發揮作用，設備長時間超載荷運行，使塔機鋼結構提前出現疲勞破損的情況，讓塔機的使用時間縮短，極易引發重大事故[2]。塔機在對舊設備、其他障礙物和附著裝置進行拆除時，因為沒有將各種聯結件清理干凈，如未割斷預埋件，起吊后就會承受較大的負荷，直至吊臂被折斷。一般情況下，超載與未充分估計起吊物的重量有很大關系。對重量大小不明的物件大幅度起吊，將導致起重力矩出現失控的情況，使臂架、臂架拉桿及塔身主弦桿的穩定性遭到破壞，直至拉伸斷裂。例如，上海某工地使用WQlO 屋面起重機拆卸一臺內爬塔機時，因該拆卸的部件沒有拆卸，該分開起吊的沒有分開起吊，盲目超載，嚴重損壞了屋面起重機局部鋼結構，出現了嚴重變形、開裂的情況。

（2）基礎不牢固。塔機在大幅提升額定載荷時，受強大傾翻力矩的影響，不牢固的基礎就會發生下沉，進而導致塔機折臂或是整體傾翻[3]。例如，成都某施工工地在安裝一臺塔機時，因工地位于河濱填土上，未加固塔機基礎下方，且操作未嚴格遵循相關要求，導致安裝后塔機整體側翻。

（3）疲勞操作。隨著作業次數的不斷增多，塔機的疲勞強度也在不斷上升。各種違章作業（斜拉、斜吊）會對塔機的鋼結構產生疲勞破壞，使之不僅要承受重力，架臂還要承受來自水平方向的橫向力矩，這兩處力矩同時疊加，極易導致臂架弦桿失去平衡而彎曲，造成塔式起重機側向折臂。

1.5 抓爬不到位

如果塔機機頂進行升加作業時未認真操作，使爬爪只抓爬在塔身的踏板上，另一個爬爪抓爬不到位，塔基上部的結構重量由單爪承受，一旦頂空上部整體下落，則下落的沖擊力會嚴重損壞鋼結構中的起重臂、平衡臂等，使之發生變形，情況嚴重甚至會導致整個塔機傾覆。

1.6 鋼絲繩斷裂

一些檢修人員在日常檢修塔機時存在不仔細的情況，未檢查出起升鋼絲繩的斷絲、斷股現象，導致塔機起吊物件時鋼絲繩突然發生斷裂，被吊起的物件與吊鉤等墜落。即使出現輕微的擺動也會損壞局部鋼結構，重則會使塔機反彈，進而發生側翻（圖1）。

2 塔式起重機鋼結構維修保養策略

2.1 提升管理人員的認識，注重對塔機的維保

在實際工作中，大部分管理人員只重視塔機的安裝及拆卸進退場，沒有認識到其保養維修的重要性，認為設備能用就用，等故障發生時再進行維修，一旦設備的保養時間與進場時間發生沖突時，便忽略設備的維保工作，這樣極易使零部件出現非正常磨損，如果發生故障，會損壞電機與減速箱，進而增加維修難度、成本、時間，嚴重影響正常施工[4]。因此，設備管理人員必須對塔機維保的重要性予以充分認識，將塔機維保工作落到實處。

2.2 完善維修保養檢驗制度

設備管理部門應在日常安全檢查工作中加入維修保養檢驗制度，修復后需根據具體情況展開檢驗，通過X 射線探傷、超聲探傷或磁粉探傷等檢驗重要桿件和部位的焊縫，合格后方可將其投入到施工中[5]。日常檢修中需第一時間修復鋼結構的補漆、腹桿焊縫脫落后的補焊等，不能拖延到大修期間再進行處理。在使用塔機的過程中，應確保每項安全裝置的完好性、靈活性，其中力矩限制器應作為重點檢查對象。

2.3 鋼結構的修復

（1）修補裂紋。若裂縫有在短時間內擴大的趨向或存在于焊縫以及如吊臂上下弦桿、塔身主弦桿、塔頂聯接耳板等主要受力處，則一定要立即修復[6]。修復以現場補焊為主。焊條需接近母材，且補焊開始前必須打磨母材裂紋處。針對焊縫上的裂紋，施焊前需清除干凈原有的焊縫后，再進行打磨。

（2）修復彎曲構件。通過冷壓或局部加熱頂壓法能夠很好地校正變形構件。由于鋼結構塑性變形后會影響其強度，所以需慎重修復包括主弦桿在內的主要受力桿件[7]。

（3）更換鋼結構受力桿件。如起重臂拉桿、平衡臂拉桿等均屬于受力桿件，一旦出現嚴重銹蝕或變形的情況，或者法蘭螺孔磨損超限、拉桿銷軸孔磨損成橢圓，即使對其進行修復也無法使用，必須進行個別或整體更換。

（4）補強。針對部分強度薄弱環節，如桿件兩端主弦桿和法蘭板的聯接焊縫，就可對肋板補強予以采用；將搭接應用對腹桿與主弦桿的焊接重，盡量把焊縫長度增加。為防止不同材料焊后出現不一樣的收縮，則需盡可能選擇相同的材料。

2.4 嚴格執行操作規程

保護鋼結構，必須嚴格執行塔機安全規程，并認真遵循起重機操作使用規程。相關人員（重機司機、指揮人員、檢修人員、安全管理人員）均應牢記規程，高度重視安全問題。不僅如此，還要準確判斷起重量，但不能把起重量當作衡量起重機工作能力的唯一標準，而應將起重力矩作為安全使用標志。

3 結語

在工程施工中，塔機承受著較大的負荷量，且工作環境差，經常需要運輸酸堿或腐蝕性物料，因此極易損壞機身。特別是塔身、動臂、附著桿等塔機的金屬結構，受侵蝕和損傷的概率更大。如果不注重維修和保養，很容易導致其在作業時發生事故，不但影響施工進程，也會使工作人員的人身安全受到威脅。因此，要經常檢查塔式起重機，分析其損壞原因，并及時展開維修，防止由于機器損壞而導致施工事故的發生。