塔式起重机钢结构的损坏类型和修复措施研究

王士锋

摘要：简述了钢结构疲劳损坏机理，阐述了塔式起重机钢结构损坏类型和钢结构损坏后的修复措施，通过工程实例叙述了塔式起重机故障情况并进行了故障分析和故障修复，使该塔式起重机恢复了良好技术状态。

关键词：塔式起重机；钢结构；损坏类型；修复措施

0   引言

在我国现代化建设事业的发展过程中，工程机械的更新和发展速度越来越快，其中各类起重机的应用越来越广泛。在建筑工程施工过程中，使用塔式起重机可以加快施工进度，提高施工效率。但带来便利的同时，也会面临一些未知的危险与挑战。

在塔式起重机施工期间，经常发现其钢结构发生损坏。例如施工过程中不按规定维护、保养和使用，就会造成塔式起重机钢结构的损坏。要充分重视塔式起重机钢结构的损坏问题，分析钢结构损坏的原因，提出有效修复措施，使塔式起重机的钢结构保持完好状态，以保障建筑工程的施工安全和施工进度。

1   钢结构疲劳损坏机理

钢结构在发生损坏之前，会在其表面形成细小裂纹，而这些细小裂纹经长时间发展后会形成明显裂纹，最后造成钢结构断裂现象，这一现象被称为钢结构的疲劳机理。钢结构的疲劳机理从广义角度分析，就是由小及大的连续反应过程。塔式起重机钢结构出现裂纹的主要原因，是在施工过程中其他物体对其造成的冲击力、弯曲力、剪切力等影响。此外，在未焊接结构的表面上存在的损伤、轧制钢板的轧制缺陷等，也会造成钢结构产生裂纹。

钢结构出现的疲劳断裂与静载荷断裂具有一定差异。钢结构在疲劳载荷作用下，其材料不具有韧性特点；钢结构在静载荷作用下，具有高韧性特点。疲劳破坏需要长时间对钢结构施加作用力，从而发生疲劳形变和疲劳断裂。当钢结构表面出现细小裂纹后，随着时间推移会形成小型裂缝。在持续外力的作用下，最后会发生钢结构断裂。当钢结构经历疲劳破坏后，其破损处会形成两个断裂口，其中之一为表面光滑，另外一个是表面粗糙。当钢结构出现疲劳破损时，其承受力比正常情况下的承受力低。

2   塔式起重机钢结构损坏类型

2.1   裂纹与变形

塔式起重机钢结构在长期使用过程中，会受到起重、悬挂和转动等载荷的反复作用，这些反复作用的载荷容易造成其钢结构出现微小裂纹和变形。随着使用次数的增加和时间的推移，这些微小裂纹会不断扩展，最终导致其钢结构产生疲劳损坏。塔式起重机钢结构出现的微小裂纹如图1所示。

塔式起重机钢结构表面出现的裂纹，有可能是钢结构内部出现断裂，也可能是钢结构表面出现裂纹，需要根据检测情况来判定。当出钢结构现裂纹时，应该对其进行检查，根据检查结果进行补修，防止因修补不及时发生钢结构断裂情况。

塔式起重机钢结构裂纹主要集中在其受力作用较强的部位。根据以往的经验，塔式起重机容易出现裂缝的部位主要包括顶部连接耳板、下降支座、起重臂连接处、塔身以及附着杆一端等。这些部位在使用时承受力较大，存在较大的裂纹和变形风险。此外，如果在施工过程中违反规定使用塔式起重机，也可能造成其钢结构产生裂纹和变形。

2.2   锈蚀与腐蚀

锈蚀和腐蚀是塔式起重机钢结构损坏的常见原因之一。塔式起重机大都在露天环境中进行施工作业，其钢结构外表面裸露在外，会受到外界环境的影响，发生氧化反应，进而形成锈蚀层。严重情况下，这些锈层会腐蚀到钢材的内部。锈蚀和腐蚀会削弱钢结构的承载能力和抗震性能、降低钢结构的耐久性和使用寿命。

塔式起重机在使用过程中，其附近会存在一些具有腐蚀性的粉尘以及气体，对钢结构的表面对其防护层产生化学反应，具有一定的腐蚀作用。塔式起重机在使用过程中，其钢结构或零部件之间会发生摩擦以及触碰，严重时会使塔式起重机钢结构或零部件表面出现破损。钢结构表面防护涂层被腐蚀、被破坏，严重时会造成钢结构变形。塔式起重机的锈蚀和腐蚀，通常出现在钢结构连接处、缝隙处、螺纹处以及涂层脱落处。塔式起重机腐蚀情况如图2所示。

2.3   维护保养不当

维护和保养不当，是塔式起重机钢结构损坏的另一个重要原因。塔式起重机在使用过程中经常暴露在高温、潮湿、腐蚀性气体等恶劣的环境中，因此需要进行定期维护和保养，以保证其正常运行和使用寿命。不合理的润滑油或润滑方式，会造成塔式起重机钢结构损坏和零部件失效。为避免不当的维护和保养对塔式起重机钢结构的损壞，需要制定适宜的检查、维护和保养计划，并按照计划进行定期的检查、维护和保养。

3   钢结构损坏后的修复措施

3.1   损伤评估

3.1.1   损伤评估的目的

塔式起重机钢结构损坏后，需要进行损伤评估。损伤评估的目的是对钢结构的完整性、稳定性、可靠性，以及钢结构的强度和使用寿命得出正确结论，以便确定其维修和加固方案。

3.1.2   损伤评估内容

损伤评估的内容包括可视检查、无损检测和材料测试等。可视检查可以检查出表面损伤，如裂纹、变形和腐蚀等。无损检测可以检测隐蔽的缺陷，如内部裂纹、孔洞和松动等。常用的无损检测方法包括超声波检测、磁粉检测和涡流检测等。

材料测试可以检测钢结构材料的强度、硬度和化学成分等，以确定钢结构的性能和材料的质量。在进行损伤评估过程中，要使用适当的工具和设备，由具有专业知识和技能的工程师或技术人员进行操作；要遵守相关的安全标准和规范，确保操作人员和周围人员的安全。

3.1.3   制定维修方案

根据损伤评估得出的损伤类型、程度和可行性结果，制定维修方案。若损伤较轻，只需局部维修或表面修复；若损伤较重，则需更换钢结构部件或进行加固。在制定维修方案时，要考虑维修的可行性、维修成本、维修工期和维修安全等有关因素。

3.2   部件的更换和加固

3.2.1   部件更换和加固要求

在进行部件的损伤评估后，对塔式起重机损伤较为严重、需要更换的钢结构部件进行更换或加固。在部件更换或加固之前，需要对损伤严重的部件进行详细评估，以此确定具体的更换或加固方案。在进行部件更换或加固时，需要注意操作人员和周围人员的安全，并遵守相关的安全操作规程。要对部件更换或加固过程进行记录和跟踪，以便后续检查和维护。

3.2.2   部件的更换

部件更换是指将受损的部件完全更换为新部件，这需要进行精确的测量和加工，以确保新部件与原部件完全匹配。要对新加工部件进行检测，确保其符合装配要求。部件更换需要精密的工具和设备，以及专业知识和技能的工程师或技术人员进行操作。

3.2.3   部件的加固

部件加固是在受损的部件上增加支撑或钢板，以提高其强度和稳定性。部件加固是维修过程中的重要步骤，需进行详细的计划和安排。部件加固需根据具体情况进行设计和加工，并使用适当的材料和工具进行操作；需考虑原结构的强度和稳定性，以及加固后的钢结构是否符合安全标准和技术规范。

3.3   焊接和涂层处理

3.3.1   焊接和涂层要求

焊接和涂层处理是塔式起重机钢结构维修中常用的方法之一。在进行焊接和涂层处理之前，需要进行仔细的检查和评估，以确定维修方案和工作流程。在进行焊接和涂层处理时，需要遵循相关的安全标准和规范，采取适当的安全措施保护操作人员和周围人员安全，并对维修过程进行记录和跟踪，以便后续检查和维护。

3.3.2   部件的焊接

焊接是将两个或多个金属部件通过熔化连接在一起的过程。焊接可用于修补受损的部件、加固钢结构或连接新部件。在焊接之前，需要选择合适的焊接方法和焊接材料，并進行清洁、打磨、预热等处理。焊后要进行严格的检测，确保焊接质量符合标准和规范。

3.3.3   部件的涂层

部件涂层处理是在钢结构表面涂覆一层防腐蚀、防锈蚀的材料，以延长其使用寿命和维护周期。涂层处理可用于保护新部件、修补受损部件或加固钢结构。在涂层处理之前，需要进行表面处理，如清洗、除锈、打磨等。涂层的选择，要考虑到使用环境、化学性质、施工方法和使用寿命等因素。

4   工程实例

4.1   工程概况

某施工团队承担某学校7层宿舍楼第7层的改造工程，其使用的塔式起重机为TIZ58型。该塔式起重机塔身的钢结构由1节基础节和7节标准节组成，起升高度为28m。

4.2   塔式起重机故障情况

由于施工地点为该宿舍楼第7层，需将塔式起重机起重臂升至该宿舍楼楼顶。经过计算，该塔式起重机无法升至该宿舍楼楼顶，于是添加了1节塔身标准节。由于施工人员担心该塔式起重机与其他施工机械距离过近，会给安全施工带来危险，于是改变了该塔式起重机起重臂的转动方向。

在该塔式起重机升高起重臂之前，其处于恒定状态。随后，操作员将起重臂转向施工图纸中指定的方向，提升约250kg的混凝土料，进入该宿舍楼第7层区域进行前、后移动。当升降约20s后，塔身顶升液压缸活塞杆端部与塔式起重机顶部的连接部位的钢结构发生变形，造成塔式起重机顶部突然倾斜。

4.3   故障分析

经检查后分析认为，该塔式起重机塔身顶升液压缸活塞杆端部与塔式起重机顶部的连接部位腐蚀和锈蚀严重，且未进行加固处理，由此引发了该塔式起重机顶部倾斜故障。

4.4   故障修复

故障发生后，该施工团队对该故障进行了损伤评估、损伤部件的更换以及损伤部位的焊接和涂层等修复工作。修复后，对该塔式起重机进行每月定时检查，并对其损坏程度进行了A、B、C、D（由轻到重）评估。塔式起重机检查结果如表1所示。

根据表1可知，该塔式起重机故障修复后，半年内对其进行了6次查检，其结果均为良好，且损坏程度均为A和B，这说明该塔式起重机技术状态良好。此后施工团队加强了对该塔式起重机的检查、保养和保养工作，及时更换老化零部件，防止类似故障再次发生。

5   结束语

避免塔式起重机出现安全隐患和安全事故，是建筑工程施工中最为重要的一项工作。为了优化塔式起重机日常的维护效果，使其安全、稳定运行，本文就塔式起重机钢结构损坏情况及修复措施进行了研究，并通过案例进行了深入分析和评估，为塔式起重机的安全运行和正常使用提供了有益借鉴。

参考文献

[1] 冯友盛.塔式起重机钢结构损坏因素及措施研究[J].中国设

备工程，2018（4）：63-64.

[2] 潘建卫.浅议塔式起重机钢结构损坏的安全监管[J].建筑，

2018（4）：79-80.