塔式起重机的结构安全性探究

张哲圣

摘要：塔式起重机作为广泛应用于民用和工业建筑当中的起重设备设施，一旦它在结构设计环节出现了某些大意或疏忽，将会使塔式起重的结构出现不合理等问题，严重时甚至还会存在一定的安全威胁。很多生产厂家和科学研究机构单纯凭借传统方式和对比方法来验算结构进行强度及其可靠性等内容，却未能切实考虑材料、结构以及荷载等具有不确定性的内容，这无疑给塔式起重机结构设计及其正常使用增加了不安全因素。所以，保证塔式起重机的结构具有安全性至关重要。

关键词：塔式起重机;结构安全性;可靠性

塔式起重机是一种广泛应用于建筑工程中的起重设备，除了应用于房屋建筑中，还在水利、桥梁等工程中被广泛使用。从工作形式来看，塔式起重机能分成内爬式、行走式和固定式3种;若是根据结构形式来划分，则可以分成快装式、动臂式、平头式和垂头式4种，其中垂头式的结构较多。然而伴随塔机技术的不断发展和施工现场要求的逐渐提高，进一步发展了塔机种类，所以，近年来平头塔机和动臂塔机成为了起重机市场的追捧对象。

1.塔式起重机结构安全性的基本概述

塔式起重机为高空作业的机械设备，同时它的工作空间也相对较大，其起吊高度很高，转动半径长，不管在任何环节产生的问题都有可能造成塔机事故，最终对经济以及人员带来巨大损害。塔机的安全性对于施工单位以及本身所属企业的工作效益产生直接影响，所以塔式起重机的安全性是至关重要的。在实际工作中相关工作人员一定要充分了解塔式起重机的安全性设计，最终为其正确使用提供指导作用。

2.塔式起重机结构安全性的计算原则

2.1计算方法

塔式起重机在设计结构时可以按照具体状况来选择选用应力法以及极限状态设计法。然而如果塔机结构处于外荷载影响下出现了一定形变，那么塔机内部各结构杆的内力和外荷载将不是线性，也就是说具体为非线性关系，此时应该使用极限状态法进行设计，并且针对其结构做出非线性的计算分析。

2.2计算内容

在使用塔式起重机的过程中，通常要对各类状况进行荷载运算，然而却要选择最为不利的状况来验算塔机结构件的刚度、强度和稳定性。

在校核塔机整体抗倾翻稳定性时，通常情况下需要进行5个状况的校核，它们主要是有风动载、无风静载、非工作状况风载、忽然卸载、安装状况。

2.3材料许用应力

塔式起重机结构构件的弯曲、压缩、拉伸许用应力取为一定荷载组合来决定的基本许用应力，端面许用应力和剪切许用应力则按照GB/T13752-1992来决定。

当结构材料屈服点和抗拉强度的比值屈强比值低于0.7时，与之对应各类荷载组合安全系数是结构材料屈服强度和安全系数的比值的决定。

3.塔式起重机塔身结构的运算和研究

塔式起重机的塔身是塔机重要的承重构件，在实际工作过程中通常承担着工作工况以及非工作工况所受到的扭曲、弯矩、水平荷载、垂直荷载及其承受的风荷载，所以它的强度、单肢稳定性、整体稳定性等安全性能便显得至关重要。

3.1利用校核塔身变截面和塔底位置的强度和稳定性，按照力学模型计算出变截面位置和塔身根部的水平力、弯矩体积上部重力。然后再按照各个截面形式，计算出各位置截面的特点、诸如惯性矩、面积、惯性半径以及抗弯模量等。

3.1.1使用极限状态设计法来校核塔式起重机塔身的强度：

其中，Pz是作用于塔身顶部的垂直力，Mx、My是作用于塔身顶部对X轴和Y轴方向的弯矩，Wjx、Wjy是塔身校核位置对强轴的抗弯模量，A，Aj是校核位置塔身截面位置面积，γpi是荷载分项系数，γn是高危系数。

3.1.2校核塔式起重机塔身整体稳定性

其塔身是双向压弯构件，其稳定性的校核方法是：

其中，Ni是作用于校核位置以上的轴向垂直力，φ是折减系数，通过构件计算长细比和构件截面类别查处，Ai是校核位置塔身截面处面积，，Mxi、Myi是塔身校核位置对强轴方向弯矩，Wxi、Wyi是塔身校核位置对强轴的抗弯模量。

3.2关于锤头式塔式起重机的塔身研究

3.2.1锤头式塔式起重机的强度

按照极限状态法：

σl表示作用于构建或者部件l上的合应力，σ1l表示有组合荷载FR等于各构件弹性稳定性极限值或者疲劳极限，γm抗力系数。

经过运算：

塔身强度荷载为313兆帕，达到了设计规范中塔身强度荷载大于300兆帕的需要。

3.2.2塔身整体稳定性的运算

塔机5013的独立升降高度值大多为39米，塔身高度值是36.4米，

欧拉临界荷载为499吨，计算过程如下：

校核稳定性选用：

这样便使其稳定性达到有关要求。

处于非工况条件下，其臂长是60米，不吊重，风向自平衡臂向着起重臂吹起。按照及现状看方法，求出的强度应力是282.5兆帕。

3.2.3塔身斜腹杆的稳定性运算

所以说，塔式起重机的塔身结构稳定性强度值充分达到了相应标准，因而具有安全性。

4.关于起重臂的结构运算及其研究

在塔式起重机中，重要的承重构件之一便是起重臂，它的结构安全性同时也是塔机安全性的主要影响因素，所以，分析、研究塔机起重臂安全性是至关重要的。

起重臂受力情况最差状态也在起吊各个额定荷载之时，同時风和吊臂回转互相垂直，且出现一定的惯性冲击力，把这三种力完成组合，起吊额定荷载一定要充分考虑最大起重量最大幅度，最大幅度吊重，各个变截面位置、吊点位置等荷载运算，与此同时也应该充分考虑起升动荷载。通过上述情况求得支座支承反力，便能够深入运算、研究起重臂了。

5.结语

综上所述，塔式起重机具有使用频率大、重心高、工作负荷强等特点，一旦有所疏忽将会造成重大安全事故，从而给社会和国家带来极大的经济损失。鉴于最近几年塔式起重机安全事故频发的考虑，因此采取措施处理好其安全性问题显得至关重要。

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