结构件疲劳裂纹检测在塔式起重机安全评估中的应用研究

陈引 董威

摘 要 对塔式起重机金属结构进行安全评价，能为结构安全提供有效支撑。通过介绍塔式起重机结构特点，明确疲劳裂纹产生机理;通过叙述塔式起重机结构件疲劳裂纹检测应用过程，明确塔机起重机安全评估时疲劳裂纹检测要点，如检测位置、检测数量、判定依据以及发现缺陷后处理措施等。

关键词 塔式起重机;安全评估;疲劳裂纹;检测要点

塔式起重机在运行过程中结构件疲劳破坏是破坏该设备金属结构的主要因素，严重时会导致塔式起重机的金属结构失效，破坏其承载能力，如标准节螺栓套开裂、腹杆严重变形、塔帽根部开裂、整机失稳等。塔式起重机在运行过程中金属结构失效，不仅会失去应具备的基本承载功能，还极有可能导致较大、重大安全事故发生，给人民群众的生命安全带来危害。

1塔式起重机概述

塔式起重机又被称为塔吊，对混凝土、钢筋、钢管以及木楞等物进行吊装。塔吊是建筑活动中不可或缺的设备之一，尤其是对于高层建筑而言，更离不开塔吊设备。根据塔式起重机的应用特点不同，可将其分为移动式塔吊与固定式塔吊两类。在移动式塔吊中有根据行走装置之间的差异，可以将其分为履带式、汽车式、轮胎式与轨道式塔吊。固定式塔吊根据装设位置的不同，可以将其分为内爬式塔吊与自升式塔吊两类，目前在建筑活动中应用较为广泛的塔吊类型为自升式塔吊，一般用型号QTZ表示[1]。

2结构件疲劳裂纹产生机理

所谓的结构件疲劳破坏指的是在长期周期性交变载荷作用下，机械设备承受到的应力大于设备本身的抗拉极限，最终导致设备结构缺陷。从断裂力学的角度来看，塔式起重机在运行过程中，疲劳破坏现象首先从应力集中部位处产生裂纹开始，逐渐扩展最终出现贯串性断裂。所有的疲劳裂纹都是从设备本身存在的缺陷开始，因为塔式起重机结构在制造过程中多少会因为构造因素、生产因素等存在缺陷，例如设备出现未焊透、气孔、夹渣、裂纹，结构件的截面存在明显改变等。这些缺陷在应用过程中便可以看作是已经开裂的裂纹，因此大多数塔式起重机的疲劳寿命都可以看作是由裂纹的生长状况决定的。

3结构件疲劳裂纹检测在塔式起重机安全评估中的应用

3.1 检测部位

疲劳设计这一概念最早是由J·W·Fisher提出的，目前在我国普遍认为钢结构出现疲劳破坏的原因是构造细节、应力幅以及循环次数等因素，钢材本身的静力强度与最大应力之间并没有十分明显的关系，这一观点的确定对于钢结构的焊接工作有着重要的指导作用。根据钢结构疲劳破坏的影响因素来看，循环次数以及应力幅因素是客观存在的，因此不能对此进行精确计算，这两方面的因素也不能在机械设备的安全评估中占据主导地位，基于此，我们在对塔式起重机开展安全评估工作时，要将结构件裂纹检测工作着重于结构件的应力集中部位[2]。

GB/T3811-2008《起重机设计规范》中也从理论角度说明，疲劳裂纹多起始于应力集中部位，如标准节螺栓套、回转筋板、塔帽根部、拉杆连接处焊缝、主副臂耳板根部等，这些部门都是主要受力部位，如因制造质量缺陷，则在只用过程中极易出现疲劳裂纹。

3.2 检测方法

在对塔式起重机结构件开展疲劳裂纹检测工作时，机械设备原则上应处于设备解体状态，将需要检测的部位进行处理，除去油漆、污垢、浮锈等物，使用放大镜观察设备可疑部位。当发现机械设备的可疑部位后，还需要采用磁粉检测以及渗透检测工作进行再次确认，对设备表面开展探伤检测工作。必要情况下，还需要使用超声检测以及射线照相检测等方法对设备的内部开展无损检测工作。JB/T10559-2018《起重机械无损检测-钢焊缝超声检测》、GB/T26951-2011《无损检测-焊缝磁粉检测》等国家和行业标准，对不同无损检测方法进行了明确规定。

3.3 检测数量

标准JGJ/T189-2009《建筑起重机械安全评估技术规程》中对焊缝检測部位和数量进行了明确。对塔式起重机的标准节、塔身加强节、塔帽、拉杆、平衡臂、起重臂、回转、预埋节、斜支撑等主要受力构件检测位置和数量都有明确。除了上述抽检部位之外，其他塔身的抽检数量不能小于起重机塔身总数的20%。一旦在检测活动中存在有异常现象，明确有不合格情况，应该加强同类型设备的抽查工作，如果再次发现不合格现象，那么便需要对起重设备中同类型的全部检测一遍，确保安全评估工作全面、客观[3]。

3.4 判定要求以及处理

（1）判定要求。在使用超声检测方法在对塔式起重机结构焊缝的内部开展检测工作时，首先应该确保起重机焊缝达到了当前行业标准，满足JB/T10559-2018《起重机械无损检测-钢焊缝超声检测》中规定的2级要求。当使用磁粉检测方法在对设备焊缝的表面裂纹等进行检测时，焊缝应达到现行行业标准GB/T26951-2011《无损检测-焊缝磁粉检测》中规定的1级要求;如果起重机的重要结构件出现裂纹，应该立即判定该结构件不合格。如果起重机结构件存在有特殊的设计要求，应该按照设计要求的标准进行判定但不得低于国家或行业标准。

（2）后续处理。一旦在检测活动中发现塔式起重机存在不合格的裂纹，应该由有资质单位对其立即修复，如果不能在短时间内进行修复，那么需要对存在裂纹的构件进行报废处理。在此过程中，还需要采用断裂力学缺陷评定方法对设备结构件的后期使用情况、使用寿命等进行评价。开展评价工作的主要目的是为了探明结构件裂纹部位、缺陷部位是否存在应力幅，在荷载的作用下是否能够扩展，确保起重机在应用过程中，存在缺陷、裂纹的部位在工作期间的尺寸能够远远小于变形、失稳、断裂的临界尺寸，为塔式起重机的正常运行提供保障，限于文章篇幅，这里不再赘述。

4结束语

塔式起重机作为建筑施工的常见设备，对于建设工程质量和安全有着重要影响，结构件疲劳裂纹作为塔式起重机使用过程中的常见隐患，安全性评价有效性直接影响塔式起重机使用安全，疲劳裂纹有效检测对塔机起重机结构安全意义重大。

参考文献

[1] 武世敏.塔式起重机结构安全评估与现场检测方式研究[J].中国设备工程，2019，（3）：104-105.

[2] 郭晓东.结构件疲劳裂纹检测在塔式起重机安全评估中的应用与分析[J].广东科技，2014，（10）：196.

[3] 邹建华，杨绍伟，刘志鹏，等.塔式起重机安全评估软件系统的研发与应用[J].建筑机械化，2013，（10）：69-71.