QZT80塔機(jī)頂升過程倒塌事故分析

王 健 劉 兵

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 210036)

1 事故概況

2012年5月12日上午，某工地塔機(jī)在頂升加節(jié)過程中發(fā)生倒塌事故，造成正在頂升加節(jié)作業(yè)的5人中4人墜落著地，1人墜落在平衡臂上，3人當(dāng)場死亡，2人送醫(yī)院后死亡。

2 設(shè)備情況

事故塔機(jī)型號：QZT80，額定起重力矩800kN·m

3 現(xiàn)場勘察與調(diào)查情況

1)事故發(fā)生時塔機(jī)正在進(jìn)行頂升加節(jié)作業(yè)，已加節(jié)完第14節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，正在加節(jié)第15節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，已完成第一次頂升，前套架爬爪已搬起，頂升油缸已開始回縮。此時塔機(jī)頂升高度約37.75m。

2)事故塔機(jī)整體倒塌，塔帽倒置，塔頂著地，塔身從基礎(chǔ)向上第七節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)處向西側(cè)120°折彎，平衡臂倒置著地，起重臂翻轉(zhuǎn)180°著地。

3)固定兩個爬爪支座的兩根頂升套架下橫梁與頂升套架斷開分別掉落于相鄰樓施工層樓面(離地14.7m)及地面，頂升套架下橫梁與爬爪座貼板焊縫熱影響區(qū)母材分別撕開35mm、65mm裂口。

4)頂升橫梁無防脫落裝置。

5)用于吊掛標(biāo)準(zhǔn)節(jié)(加節(jié)平衡用)鋼絲繩斷裂，該鋼絲繩直徑為7.7mm，繩芯殘缺，兩處6個繩股全部斷裂，一處4個繩股斷裂，銹蝕破損嚴(yán)重，現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)吊物棱角保護(hù)物。

6)頂升作業(yè)單位無頂升作業(yè)管理制度，未進(jìn)行頂升前檢查、未進(jìn)行頂升前安全交底。

4 事故原因分析

4.1 根據(jù)現(xiàn)場勘察與調(diào)查情況繪制事故樹(見圖1)

圖1 塔機(jī)倒塌事故樹

4.2 原因分析

1)經(jīng)詢問了解當(dāng)?shù)貧庀蟛块T，當(dāng)天最大風(fēng)速4級沒有超過5級。

2)經(jīng)過對頂升液壓系統(tǒng)分解檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況，排除液壓系統(tǒng)故障。

3)經(jīng)現(xiàn)場檢查回轉(zhuǎn)制動器和變幅制動器功能完好、變幅鋼絲繩完好。

4)經(jīng)調(diào)查、了解現(xiàn)場目擊者，事故發(fā)生時，起重臂未回轉(zhuǎn)、小車沒運(yùn)動。

5)對頂升套架下橫梁與爬爪支座墊板焊縫連接強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，強(qiáng)度滿足要求，排除爬爪強(qiáng)度不夠。計算過程如下：

(1)計算部位結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)該產(chǎn)品圖樣，頂升橫梁爬爪結(jié)構(gòu)如圖2所示。頂升時該塔機(jī)約27t的上部重量通過頂升套架的兩根立柱傳遞到兩個爬爪上，每個爬爪承受踏步板向上的支反力13.5t。

(2)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算

根據(jù)實(shí)測，在支座立板下的支座墊板2(寬250、高150、厚10)下邊與頂升套架下橫梁3(18#槽鋼拼接)下端焊縫連接處水平剪切破壞裂口較大(見圖2)，表示該段為剪切破壞的起始點(diǎn)；

在圖2結(jié)構(gòu)尺寸及其載荷狀態(tài)中，由立柱下傳的頂升載荷與爬爪承受的踏步板支反力形成的破壞載荷

圖2 QTZ80型塔機(jī)頂升橫梁爬爪

力矩為：

式中：

?1——動載系數(shù)，取?1=1.02；

?2——不均載系數(shù)，取?2=1.03

F—踏步支反力；

a——頂升橫梁軸線至拼接槽鋼立面的距離；

b——支座垂直墊板的厚度；

c——支座墊板外側(cè)至支座鉸孔中心線的距離；

L2——支座鉸軸中心線至爬爪著力點(diǎn)的距離；

上述力矩通過支座的垂直墊板、水平墊板周邊焊縫傳遞到由18#槽鋼拼焊成的頂升套架橫梁上，因支座立板剛度較大，頂升梁上各受剪截面上的剪力以支座水平邊左端部焊腳為支點(diǎn)形成反力矩予以平衡，則支座墊板的載荷形式如圖3所示。

圖3 支座墊板承載計算簡圖

通過焊縫傳遞到腹板上的載荷為沿長度變化的線載荷，在支座板處線載荷q最大，在B、C拐角處的線載荷大小可根據(jù)其距支座板的水平尺寸分別計算：

在A、D拐角處的線載荷大小可根據(jù)B、C拐角處的線載荷分別計算：

正常頂升時頂升梁腹板的應(yīng)力

對圖2列出平衡方程為：

支座下側(cè)邊段槽鋼腹板承受的線荷載為：

槽鋼腹板厚度7mm，則腹板上的剪切應(yīng)力為：

容許剪切應(yīng)力為：

極限剪切應(yīng)力為：

式中：σs——鋼材的屈服強(qiáng)度，對Q235材料為235N/mm2；

n——安全系數(shù)，按GB/T 13752《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》取1.34；

以上計算結(jié)果顯示τ＜[τ]，說明在受剪切最大的支座立板段上，支座垂直墊板下方槽鋼腹板的局部剪切應(yīng)力滿足要求。

5 事故結(jié)論

頂升作業(yè)人員使用了不符合要求的鋼絲繩吊掛標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，在第14節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)已加節(jié)完成后，正在加節(jié)第15節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)(此時塔機(jī)頂升高度約為37.75m)的過程中，當(dāng)完成第一次頂升，前套架爬爪即將著力在第13節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步上，頂升油缸已開始回縮，頂升橫梁尚未離開第14節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)踏步時，吊掛標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的鋼絲繩突然斷裂，起平衡作用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)突然墜落，起重臂突然卸載，導(dǎo)致塔機(jī)失去平衡。在后臂力矩不變，前臂向上反彈，頂升橫梁無防脫裝置的情況下，頂升橫梁在外力作用下脫落，使液壓油缸失去支撐作用， 導(dǎo)致塔機(jī)上部(頂升套架、起重臂、平衡臂、上下回轉(zhuǎn)支座)結(jié)構(gòu)突然墜落。上部結(jié)構(gòu)墜落過程中，爬爪先與踏步撞擊，造成爬爪結(jié)構(gòu)撕裂，失去支撐作用，塔機(jī)上部結(jié)構(gòu)繼續(xù)墜落。繼而下回轉(zhuǎn)支座撞擊到第14節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)頂部，造成頂升套架解體后起重臂在無約束狀態(tài)下自由下擺，直至頭部觸地停止。在起重臂頭部觸地的同時，平衡臂也隨之失去平衡呈自由下擺狀態(tài)，最后平衡臂及其配重撞擊到塔身，造成塔身傾覆事故。

綜上分析：頂升單位在頂升前未對塔機(jī)設(shè)備、索具進(jìn)行檢查。頂升操作時使用不符合要求的鋼絲繩吊掛標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，且在捆綁時未采取吊物棱角保護(hù)措施，導(dǎo)致吊掛鋼絲繩突然斷裂，平衡用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)突然墜落，造成塔機(jī)在頂升作業(yè)時失去平衡是這起事故的直接原因。另外，頂升橫梁無防脫裝置，頂升橫梁在外力作用下脫落造成液壓油缸失去支撐作用，是事故發(fā)生的重要原因。

事先缺乏安全技術(shù)知識的教育，頂升作業(yè)單位無頂升作業(yè)管理制度，未進(jìn)行頂升前檢查、未進(jìn)行頂升前安全交底等是這起事故的次要原因。

6 預(yù)防措施

1)建筑市場的塔機(jī)普遍采用液壓頂升方式。頂升過程是塔機(jī)的重要安裝步驟，也是在安裝中危險性較大的工作，在安裝過程中出現(xiàn)事故比例較高。在頂升過程中一定要遵守安全規(guī)程，在頂升過程中的應(yīng)注意以下問題：

(1)事先制定可行的頂升方案并組織學(xué)習(xí)，每次頂升前應(yīng)對安裝人員進(jìn)行技術(shù)交底，要求安裝指揮人員必須掌握相關(guān)的技術(shù)文件和頂升環(huán)節(jié)中的安全控制點(diǎn)。參與人員必須持證上崗，進(jìn)入施工現(xiàn)場必須遵守施工現(xiàn)場的各項(xiàng)安全制度。

(2)嚴(yán)格頂升前的檢查工作，嚴(yán)格按照分工進(jìn)行檢查，尤其是吊裝指揮應(yīng)對已準(zhǔn)備的機(jī)具、繩索、鎖扣、繩卡等做全面檢查。

(3)頂升前，塔機(jī)必須調(diào)平衡。

(4)頂升過程必須遵守施工技術(shù)要求，頂升過程中嚴(yán)禁回轉(zhuǎn)和變幅。

2)GB 5144—2006《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》中6.11明確規(guī)定：自升式塔機(jī)應(yīng)具有防止塔身在正常加節(jié)、降節(jié)作業(yè)時，頂升橫梁從塔身自行脫出功能。但實(shí)際生產(chǎn)中一些企業(yè)仍然不執(zhí)行或執(zhí)行不徹底，為防止此類事故發(fā)生，推薦一種防脫功能設(shè)計(如圖4所示)，可使防脫銷銷入和退出均有固定。

圖4頂升橫梁防脫裝置示意圖