塔式起重机倾覆事故的技术分析

塔式起重机倾覆事故的技术分析塔式起重机倾覆事故的技术分析 2000 年某月 南京市某工地的一台 qtz25 型自升塔式起重机 以下简称塔机 正在吊运一筐砖进行下降作业 当砖筐降至地面 时 塔机突然向平衡重一侧倾覆 造成 1 人死亡 1 人轻伤 1 事故现场勘查情况事故现场勘查情况 1 从倾覆后的现场看 连接塔机基础节与过渡节的 4 只高强 度螺栓中有 3 只发生断裂破坏 2 1 号螺栓的断裂部位发生在栓身与头部交接的圆角处 在起重臂一侧的 1 号螺栓断裂后 连带螺母的栓体部分留在过渡 节的螺栓孔内 而栓头落在异处 观察 1 号螺栓断面 发现断面在 离螺栓边缘约 5mm 处 有一宽约 3mm 的带状部分有新鲜金属断 裂痕迹 其一侧是宽约 5mm 呈明显锈蚀凹凸不平的旧断面 另一 侧是宽约 22mm 呈明显锈蚀的旧断面 旧断面的边缘存在凹凸不 平的层状现象 层状断面与螺栓轴线垂直 断口处无明显变形 3 2 号螺栓的断裂部位发生在离栓头 168mm 的螺纹根部处 在起重臂一侧的 2 号螺栓断裂后 散落在异处 观察其断面 发现 断面边缘有 6mm 宽的部分有明显的挤压磨损痕迹 其表面发黑 光滑 其余部分呈新鲜的放射撕裂状 断面平齐且与螺栓轴线垂直 断 口处无明显变形 在 2 号螺栓头部未发现制造厂家标记和性能 等级标记 4 3 号螺栓断裂部位发生在离螺栓末端约 170mm 的栓身处 在平衡臂一侧的 3 号螺栓断裂后 散落在异处 在现场只找到连 带螺母的栓体一段 观察其断口处 发现有明显的缩颈变形 断面 直径明显变细 整个断面呈新鲜的金属撕裂状 断面不平齐 断口 呈典型的拉断断口特征 5 在现场尚未安装使用的塔身标准节连接用 m30 2 250 高 强度螺栓中 随机抽出 3 只头部厂标分别为 cd 和 shb 的 螺栓 性能等级标记均为 10 9 2 事故原因分析事故原因分析 2 1 疲劳裂纹形成的原因及扩展过程 由于该塔机在空载 小车负载运行和回转作业时 塔身所承 受的弯矩的大小 方向在不断地变化 塔身标准节 基础节 过 渡节之间连接的高强度螺栓本来受到预紧拉力的作用 在大小 方向不断变化的弯矩作用下 高强度螺栓承受复杂的交变拉力作 用 其拉力的峰值会很大 1 号 2 号高强度螺栓可能存在车刀 痕 表面脱碳等原始加工缺陷 或在使用过程中形成的外伤和腐 蚀缺陷 这些缺陷在交变载荷的作用下成为疲劳源 随着高强螺 栓被多次重复使用 作用于螺栓的交变载荷循环次数不断增加 在 这些缺陷处形成表面疲劳裂纹 1 号螺栓的栓体和栓头交接的 圆角处存在多个不完全同层面的表面疲劳裂纹 该处也是应力集 中的突出部位 在交变应力的作用下 这些表面疲劳裂纹均向中 心扩展 并在扩展过程中相遇而连成一片 此时 所形成的疲劳裂 纹约占整个截面的 50 在另一个区域也产生了同样的情况 这 2 个区连成一片 使疲劳裂纹继续扩展 其深度已达 22mm 到本 次安装前 1 号螺栓在栓体和栓头交接的圆角截面处只剩下离边 缘约 5mm 宽约 3mm 的带状部分相连 2 号螺栓在离栓头 168mm 的螺纹根部有表面疲劳裂纹 该处也是应力集中的突出部 位 在交变应力的作用下 表面疲劳裂纹向中心扩展 到本次安 装前 疲劳裂纹扩展深度约为 6mm 2 2 塔机倾覆的原因及演变过程 该塔机塔身连接的 m30 250 高强度螺栓在其多次拆装过程 中 曾被多次重复使用 在长期使用过程中 随着交变载荷作用次 数的不断增加 在高强度螺栓的应力集中部位 以及在螺栓制造或 使用过程中形成的缺陷部位产生了疲劳裂纹 随着使用时间的 增加 疲劳裂纹不断扩展 如 1 号螺栓的栓体和栓头交接的圆角处 疲劳裂纹已经扩展到了极限 在该塔机的拆装及使用过程中 使 用单位没有认真地对这些高强度螺栓进行检查 没有对基础节的 2 节之间及其与过渡节之间的连接高强度螺栓进行拆卸检查 也 没有按规定要求对这部分高强度螺栓进行预紧 未能及时检查出 1 号 2 号螺栓已存在的裂纹 在安装完毕后 未经有关部门检 验合格就投入使用 又一次失去了发现事故隐患的机会 2000 年 10 月 当该塔机吊运重约 700kg 的 1 筐砖进行下降作业时 砖 筐降至地面的瞬间 其仅受到自重载荷和一个作用于起重臂上 距塔身中心 约 9m 重约 350kg 方向向上的突然卸载冲击载荷的作用 它们的共同作用 对塔身产生了一个正常作业时经常出现并且允 许产生的向平衡重一侧的冲击弯矩 对位于起重臂一侧 1 号 2 号螺栓产生了一个不算很大的冲击拉力 将已经扩展到疲劳极限 的 1 号螺栓瞬时拉断 1 号螺栓断裂后 其原来承受的拉力瞬间 转移给 2 号螺栓 导致 2 号螺栓在离栓头 168mm 的螺纹根部已 存在的深约 6mm 的疲劳裂纹急剧扩展 产生瞬时脆性断裂 1 号 2 号螺栓连续断裂后 塔身与过渡节的连接处原来承受弯矩的矩 形结构已不存在 在弯矩的作用下 塔身向平衡重一侧倾覆 倾覆 过程中将 3 号螺栓拉断 3 结论结论 1 位于塔身基础节与过渡节连接处的分别存在较深疲劳裂 纹的 1 号 2 号螺栓断裂是造成这起事故的直接原因 2 该塔机在拆装及使用过程中 其高强度连接螺栓被多次重 复使用 未认真地对其进行检查 未按规定要求对 2 节基础节之间 及其与过渡节之间的高强度连接螺栓作预紧处理 未经质监部门 检验发证 即开始起重作业 4 建议建议 经过对该事故塔机的处理发现 建筑施工单位普遍存在塔机