結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋檢測(cè)在塔式起重機(jī)安全評(píng)估中的應(yīng)用研究

陳引 董威

摘 要 對(duì)塔式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，能為結(jié)構(gòu)安全提供有效支撐。通過(guò)介紹塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，明確疲勞裂紋產(chǎn)生機(jī)理;通過(guò)敘述塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋檢測(cè)應(yīng)用過(guò)程，明確塔機(jī)起重機(jī)安全評(píng)估時(shí)疲勞裂紋檢測(cè)要點(diǎn)，如檢測(cè)位置、檢測(cè)數(shù)量、判定依據(jù)以及發(fā)現(xiàn)缺陷后處理措施等。

關(guān)鍵詞 塔式起重機(jī);安全評(píng)估;疲勞裂紋;檢測(cè)要點(diǎn)

塔式起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中結(jié)構(gòu)件疲勞破壞是破壞該設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)的主要因素，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致塔式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)失效，破壞其承載能力，如標(biāo)準(zhǔn)節(jié)螺栓套開(kāi)裂、腹桿嚴(yán)重變形、塔帽根部開(kāi)裂、整機(jī)失穩(wěn)等。塔式起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中金屬結(jié)構(gòu)失效，不僅會(huì)失去應(yīng)具備的基本承載功能，還極有可能導(dǎo)致較大、重大安全事故發(fā)生，給人民群眾的生命安全帶來(lái)危害。

1塔式起重機(jī)概述

塔式起重機(jī)又被稱為塔吊，對(duì)混凝土、鋼筋、鋼管以及木楞等物進(jìn)行吊裝。塔吊是建筑活動(dòng)中不可或缺的設(shè)備之一，尤其是對(duì)于高層建筑而言，更離不開(kāi)塔吊設(shè)備。根據(jù)塔式起重機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)不同，可將其分為移動(dòng)式塔吊與固定式塔吊兩類。在移動(dòng)式塔吊中有根據(jù)行走裝置之間的差異，可以將其分為履帶式、汽車式、輪胎式與軌道式塔吊。固定式塔吊根據(jù)裝設(shè)位置的不同，可以將其分為內(nèi)爬式塔吊與自升式塔吊兩類，目前在建筑活動(dòng)中應(yīng)用較為廣泛的塔吊類型為自升式塔吊，一般用型號(hào)QTZ表示[1]。

2結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋產(chǎn)生機(jī)理

所謂的結(jié)構(gòu)件疲勞破壞指的是在長(zhǎng)期周期性交變載荷作用下，機(jī)械設(shè)備承受到的應(yīng)力大于設(shè)備本身的抗拉極限，最終導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷。從斷裂力學(xué)的角度來(lái)看，塔式起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，疲勞破壞現(xiàn)象首先從應(yīng)力集中部位處產(chǎn)生裂紋開(kāi)始，逐漸擴(kuò)展最終出現(xiàn)貫串性斷裂。所有的疲勞裂紋都是從設(shè)備本身存在的缺陷開(kāi)始，因?yàn)樗狡鹬貦C(jī)結(jié)構(gòu)在制造過(guò)程中多少會(huì)因?yàn)闃?gòu)造因素、生產(chǎn)因素等存在缺陷，例如設(shè)備出現(xiàn)未焊透、氣孔、夾渣、裂紋，結(jié)構(gòu)件的截面存在明顯改變等。這些缺陷在應(yīng)用過(guò)程中便可以看作是已經(jīng)開(kāi)裂的裂紋，因此大多數(shù)塔式起重機(jī)的疲勞壽命都可以看作是由裂紋的生長(zhǎng)狀況決定的。

3結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋檢測(cè)在塔式起重機(jī)安全評(píng)估中的應(yīng)用

3.1 檢測(cè)部位

疲勞設(shè)計(jì)這一概念最早是由J·W·Fisher提出的，目前在我國(guó)普遍認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞的原因是構(gòu)造細(xì)節(jié)、應(yīng)力幅以及循環(huán)次數(shù)等因素，鋼材本身的靜力強(qiáng)度與最大應(yīng)力之間并沒(méi)有十分明顯的關(guān)系，這一觀點(diǎn)的確定對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作有著重要的指導(dǎo)作用。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞的影響因素來(lái)看，循環(huán)次數(shù)以及應(yīng)力幅因素是客觀存在的，因此不能對(duì)此進(jìn)行精確計(jì)算，這兩方面的因素也不能在機(jī)械設(shè)備的安全評(píng)估中占據(jù)主導(dǎo)地位，基于此，我們?cè)趯?duì)塔式起重機(jī)開(kāi)展安全評(píng)估工作時(shí)，要將結(jié)構(gòu)件裂紋檢測(cè)工作著重于結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力集中部位[2]。

GB/T3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》中也從理論角度說(shuō)明，疲勞裂紋多起始于應(yīng)力集中部位，如標(biāo)準(zhǔn)節(jié)螺栓套、回轉(zhuǎn)筋板、塔帽根部、拉桿連接處焊縫、主副臂耳板根部等，這些部門(mén)都是主要受力部位，如因制造質(zhì)量缺陷，則在只用過(guò)程中極易出現(xiàn)疲勞裂紋。

3.2 檢測(cè)方法

在對(duì)塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)件開(kāi)展疲勞裂紋檢測(cè)工作時(shí)，機(jī)械設(shè)備原則上應(yīng)處于設(shè)備解體狀態(tài)，將需要檢測(cè)的部位進(jìn)行處理，除去油漆、污垢、浮銹等物，使用放大鏡觀察設(shè)備可疑部位。當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的可疑部位后，還需要采用磁粉檢測(cè)以及滲透檢測(cè)工作進(jìn)行再次確認(rèn)，對(duì)設(shè)備表面開(kāi)展探傷檢測(cè)工作。必要情況下，還需要使用超聲檢測(cè)以及射線照相檢測(cè)等方法對(duì)設(shè)備的內(nèi)部開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)工作。JB/T10559-2018《起重機(jī)械無(wú)損檢測(cè)-鋼焊縫超聲檢測(cè)》、GB/T26951-2011《無(wú)損檢測(cè)-焊縫磁粉檢測(cè)》等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行了明確規(guī)定。

3.3 檢測(cè)數(shù)量

標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》中對(duì)焊縫檢測(cè)部位和數(shù)量進(jìn)行了明確。對(duì)塔式起重機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、塔身加強(qiáng)節(jié)、塔帽、拉桿、平衡臂、起重臂、回轉(zhuǎn)、預(yù)埋節(jié)、斜支撐等主要受力構(gòu)件檢測(cè)位置和數(shù)量都有明確。除了上述抽檢部位之外，其他塔身的抽檢數(shù)量不能小于起重機(jī)塔身總數(shù)的20%。一旦在檢測(cè)活動(dòng)中存在有異?，F(xiàn)象，明確有不合格情況，應(yīng)該加強(qiáng)同類型設(shè)備的抽查工作，如果再次發(fā)現(xiàn)不合格現(xiàn)象，那么便需要對(duì)起重設(shè)備中同類型的全部檢測(cè)一遍，確保安全評(píng)估工作全面、客觀[3]。

3.4 判定要求以及處理

（1）判定要求。在使用超聲檢測(cè)方法在對(duì)塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)焊縫的內(nèi)部開(kāi)展檢測(cè)工作時(shí)，首先應(yīng)該確保起重機(jī)焊縫達(dá)到了當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，滿足JB/T10559-2018《起重機(jī)械無(wú)損檢測(cè)-鋼焊縫超聲檢測(cè)》中規(guī)定的2級(jí)要求。當(dāng)使用磁粉檢測(cè)方法在對(duì)設(shè)備焊縫的表面裂紋等進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，焊縫應(yīng)達(dá)到現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T26951-2011《無(wú)損檢測(cè)-焊縫磁粉檢測(cè)》中規(guī)定的1級(jí)要求;如果起重機(jī)的重要結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)裂紋，應(yīng)該立即判定該結(jié)構(gòu)件不合格。如果起重機(jī)結(jié)構(gòu)件存在有特殊的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該按照設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定但不得低于國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）后續(xù)處理。一旦在檢測(cè)活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)塔式起重機(jī)存在不合格的裂紋，應(yīng)該由有資質(zhì)單位對(duì)其立即修復(fù)，如果不能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修復(fù)，那么需要對(duì)存在裂紋的構(gòu)件進(jìn)行報(bào)廢處理。在此過(guò)程中，還需要采用斷裂力學(xué)缺陷評(píng)定方法對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)件的后期使用情況、使用壽命等進(jìn)行評(píng)價(jià)。開(kāi)展評(píng)價(jià)工作的主要目的是為了探明結(jié)構(gòu)件裂紋部位、缺陷部位是否存在應(yīng)力幅，在荷載的作用下是否能夠擴(kuò)展，確保起重機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中，存在缺陷、裂紋的部位在工作期間的尺寸能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變形、失穩(wěn)、斷裂的臨界尺寸，為塔式起重機(jī)的正常運(yùn)行提供保障，限于文章篇幅，這里不再贅述。

4結(jié)束語(yǔ)

塔式起重機(jī)作為建筑施工的常見(jiàn)設(shè)備，對(duì)于建設(shè)工程質(zhì)量和安全有著重要影響，結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋作為塔式起重機(jī)使用過(guò)程中的常見(jiàn)隱患，安全性評(píng)價(jià)有效性直接影響塔式起重機(jī)使用安全，疲勞裂紋有效檢測(cè)對(duì)塔機(jī)起重機(jī)結(jié)構(gòu)安全意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] 武世敏.塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)安全評(píng)估與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019，（3）：104-105.

[2] 郭曉東.結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋檢測(cè)在塔式起重機(jī)安全評(píng)估中的應(yīng)用與分析[J].廣東科技，2014，（10）：196.

[3] 鄒建華，楊紹偉，劉志鵬，等.塔式起重機(jī)安全評(píng)估軟件系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J].建筑機(jī)械化，2013，（10）：69-71.