火灾后高空作业平台钢结构性能分析与试验

李 豪，陈里楠，魏 兴，洪 波，李 超，申展超

（1.大连益利亚工程机械有限公司，辽宁大连 116025；2.大连船舶重工集团有限公司，辽宁大连 116021；3.大连益网科技有限公司，辽宁大连 116025）

0 引言

S-100型高空作业平台是由美国特雷克斯（Terex）集团下属的吉尼（Genie）公司生产的一款自行式直臂高空作业平台。图1是该产品的整机模型。该产品高达30 m的平台最大举升高度，可满足部分行业在高空焊接、打磨和火焰切割等方面的操作需求。

图1 S-100型高空作业平台外观模型

一台S-100型高空作业平台在现场生产过程中，因操作不当发生火灾。为节约成本，拟对该设备进行维修，并对受热的直臂和转台部分进行试验分析，以确定是否进行加固或更换受热的钢结构。

对平台的钢结构取样并进行金相分析会对设备造成损坏，而且对不明确的钢结构材料的分析过程周期较长、成本偏高。为了保证设备今后的使用安全性，并降低钢结构的检修成本，拟对火灾后的高空作业平台钢结构进行受热状态分析和危险工况的有限元计算分析，然后编制设备维修后的试验方案，以验证该设备的性能是否能达到原先的技术要求。

1 现场情况和维修方案

1.1 现场情况

起火原因：平台抬升至半空后进行火焰切割操作，高温碎屑掉落至平台的转台上，随即熔化了转台上塑料燃油箱的外壳，引燃了燃油箱中的柴油。消防人员赶到后，使用消防水枪将火扑灭。火灾导致塑料柴油箱完全烧毁，发动机、液压元件等全部报废，伸缩臂及转台的受热部分油漆脱落。S-100平台灭火后的情况见图2。

图2 S-100型高空作业平台灭火后现场

受热情况：伸缩臂的根铰点至变幅油缸铰点，以及转台的两侧墙板为主要受热区域（图3），即可能发生金相转变的部位。

图3 钢结构的主要受热部位

1.2 维修方案

（1）更换发动机、燃油箱、臂架伸缩机构零部件、液压元件、轮胎等部件；

（2）分析钢结构的受损情况，并重新进行承载性能试验。试验合格后，该设备方可再次投入使用。

2 钢结构的性能分析

2.1 钢结构的受热状态分析

因塑料燃油箱起火，导致柴油外溢。柴油外溢后虽然使整台设备的着火面积增大，但火焰集中而持续燃烧的时间缩短。另外，发生火情后及时扑灭了明火，也缩短了火焰加热的时间。综合上述因素分析，此次火灾没有导致钢结构出现过烧现象。

模拟油库发生火灾的环境下，持续0.5 h加热钢材试件，之后再用喷水冷却的方式降温，试件中的化学元素C的含量降低约0.03%，S的含量降低约0.006%，Mn的含量降低约0.08%，P和Si的含量几乎无变化。钢材试件的屈服强度和抗拉强度有所下降，最大降幅9%，最小降幅2%[1]。

2.2 钢结构的有限元分析

S-100高空作业平台直臂的钢结构材料为BS600，转台的钢结构材料为Q345，两种材料的屈服强度在火灾之都下降了9%。因此，分别求得BS600和Q345两种材料的许用应力为273 MPa 和 156.98 MPa[2][3][4]。

通过现场测绘的同型号产品的钢结构尺寸，可计算出平台各个部件的重量：工作平台340 kg，调平油缸45 kg，伸缩油缸925 kg，伸缩臂臂节1重 1010 kg，伸缩臂臂节2重635 kg，伸缩臂臂节3重380 kg。

查阅吉尼公司的产品样本[5]，得知S-100的作业区间图，其额定载荷为340 kg，见图4。

图4 S-100的作业区间

根据S-100的作业区间图计算出危险工况时伸缩臂的仰角、臂长，再考虑到高空作业平台运行时动载荷的影响，确定计算工况（表1），其中1.25为动力载荷系数[2]。

用有限元分析软件 ANSYS的 Shell63，Link10，Mass21单元，分别建立伸缩臂和转台的有限元模型，并加载计算。计算结果如图5和图6所示。计算结果统计见表2，表3。

表1 计算工况

图5 伸缩臂模型有限元分析结果

图6 转台模型有限元分析结果

表2 伸缩臂有限元分析结果

表3 转台有限元分析结果

表4 S-100整机的试验方案

3 承载性能检测试验

为验证使用性能的计算结果是否满足使用要求，需要在整车修理完毕之后进行承载性能检测试验。试验方案按照空载、额定载荷、超载动载荷3种工况顺序进行。3种工况下，分别在工作平台加载不同的载荷。为了安全起见，不得操作复合动作。整机的试验方案见表4，试验数据和故障记录见表5。试验现场情况见图7。

表5 试验数据和故障记录

4 结论

由表5中的试验记录可知，火灾后S-100的各项危险工况的作业性能与火灾之前差异不大，在额定载荷工况下的挠度满足要求，在超载工况下未出现结构失效。试验结果与分析结果接近，满足该设备原始使用要求。

图7 试验现场情况

［1］强旭红，罗永峰，罗准，张立华.钢结构构件火灾后材料性能试验研究［J］.土木工程学报，2009，42（7）：28-33.

［2］GB 25849—2010移动式升降工作平台-设计计算、安全要求和测试方法［S］.2010.

［3］宝山钢铁股份有限公司.工程机械用高强度热连轧结构钢产品手册［R］.2009.

［4］GB/T 1591—2008低合金高强度结构钢［S］.2008.

［5］Genie，Specifications S-100 S-105［R］.2013.

［6］GB/T 9465—2008 高空作业车［S］.2008.