塔机起重臂腹杆变形问题的研究

苗雨顺，孙久锡，刘康

（1.山东省建筑科学研究院有限公司，山东 济南 250031；2.山东高速盛致市政园林工程有限公司，山东 济南 250000）

近年来，建筑市场红红火火，从而带动了整个塔机租赁行业，塔机作为建筑业的必备机械，整个行业供不应求，甚至出现了一机难求的境况。

在这种情况下，一部分塔机在转场时未回厂保养直接进入下一个工地，还有一部分盲目发展的租赁公司将一批老旧产品进入租赁市场，还有部分使用单位将租赁价格作为第一关注度，租赁了一批混装塔机，这些因素都增加了塔机使用的安全隐患。

1 现状

起重臂作为塔机的主要受力部件，主要由上弦杆、下弦杆、斜腹杆、下弦面内斜腹杆和直杆组成。在日常检测中，发现了如图1、图3所示的弦杆和腹杆变形及断裂问题。图1所示的下弦杆变形问题和图2所示的下弦面内直杆断裂问题解决起来相对简单，上、下弦杆受力大，一旦出现变形应停机使用，需经生产厂家或检测机构评估或拆除处理，而腹杆断裂需作加固处理。至于腹杆变形是否能继续使用，本文作一分析。

图1 下弦杆变形

图2 下弦面内直杆断裂

图3 腹杆变形

2 建立模型

为了研究起重臂腹杆变形问题，本文以QTZ5610塔机为例建立了整机有限元模型，模型中的杆件以梁单元处理，其材质为Q235B，塔身底部以固定点约束。模型如图4，共有节点537个，单元1232个。

图4 塔机模型

3 计算结果

按图四建立模型，将风荷载按均布力施加于各杆件，惯性力按均布力或集中力施加于各杆件或部件所在位置，自重荷载有程序自动处理，各位置额定起升荷载按图5所示施加。起重臂腹杆正常使用和断裂后的比对如表1。

表1 起重臂腹杆正常使用和断裂后的比对

图5 塔机起重臂研究位置

4 结果分析

Q235B的屈服点σS为235MPa，抗拉强度σb约是375 MPa：按GB/T13752-2017《塔式起重机设计规范》。起重臂受力杆件安全系数ns按载荷组合C取ns=1.22。所以，许用应力值[σ]=σS/ns=192.6MPa,即起重臂受力杆件的计算应力应≤192.6MPa。

位置1、3、4、8时，腹杆断裂对上弦杆影响较大，位置8时上弦杆应力增幅较大，增加率达到351.7%，但腹杆断裂后上弦杆应力最大值在位置3，其最大值为120.3 MPa≤192.6MPa，并未超过其许用应力；位置2、5时，腹杆断裂前后杆件应力绝对值及其变化率都无明显变化，腹杆断裂对附近杆件影响不大；位置6时，腹杆断裂对上弦杆有重大影响，上线杆应力为276.3MPa＞192.6MPa，已超出其许用值；位置7时，腹杆断裂对上、下弦杆都有重大影响，且上弦杆应力213.9MPa＞192.6MPa，已超出其许用值，下弦杆应力增加率为63.2%，变化较大。

5 结语

基于表一数据及结果分析，得出以下结论：（1）塔机起重臂腹杆有变形或有杆件断裂时，并不是所有的情况都需要停机整改，需要视变形或断裂杆件的所在位置而定。（2）如果腹杆断裂处在位置6、7时，应即可停止整改，视情况通知生产厂家或由专家论证，切忌继续使用，以防事故的发生。（3）如果腹杆断裂处在位置1～5、8时，整改前可轻载使用，切忌超载。