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塔機(jī)倒塌事故分析和教訓(xùn)

文檔作者：陳安軍文檔來(lái)源：浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月24日
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浙江建筑第23卷第1期2006年1月
塔機(jī)倒塌事故分析和教訓(xùn)
陳安軍
(浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310012)
摘 要：從設(shè)計(jì)、材料、安全裝置、使用等角度對(duì)浙江青田縣小型塔機(jī)倒塌事故原因進(jìn)行了分析，并總結(jié)了防止事故發(fā)生的措施。
關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；倒塌；金屬夾雜物；力矩限制器
中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008—3707(2006)o1—0056—03
浙江省青田縣曾發(fā)生了一起QTZ25塔式起重
機(jī)倒塌事故。受當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)的委托，浙江省建設(shè)
工程質(zhì)量檢驗(yàn)站對(duì)事故進(jìn)行了調(diào)查和分析。筆者作
為事故分析的負(fù)責(zé)人，認(rèn)為這起事故涉及到塔機(jī)的
設(shè)計(jì)、制造和使用等多方面原因。以下就技術(shù)原因
進(jìn)行重點(diǎn)分析。
1 事故塔機(jī)的相關(guān)情況
事故塔機(jī)型號(hào)為QTZ25(TC3008A)，系新機(jī)。
發(fā)生事故前僅使用不足兩周。塔機(jī)安裝獨(dú)立式最大
起升高度27 m，最大工作幅度30 m。事故日凌晨，
塔機(jī)起吊混凝土至1層樓面的事故發(fā)生點(diǎn)下降料斗
卸料時(shí)，塔機(jī)塔身斜支撐處主弦桿斷裂和扭曲，塔機(jī)
向西傾倒。事故造成兩人死亡。事故發(fā)生時(shí)，無(wú)風(fēng)。
2 現(xiàn)場(chǎng)勘察情況
事故現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)位置尺寸見(jiàn)圖1，發(fā)生事故時(shí)，
吊重的工作幅度為26，4 m。根據(jù)事故時(shí)使用料斗
的幾何尺寸，經(jīng)計(jì)算，事故時(shí)所吊總重量約為
1 300 kg。按該塔機(jī)的起重性能，吊重超載約30％ 。
， ．料．斗～落．混． 一凝』 起重臂塔機(jī)首次
／ 廠_／廠
．． 地混妊l hf ／ l／ r／ x／ ／
在建建筑物
／蝴--
_ 一
i一二===：：掌 塔最機(jī)終位創(chuàng)塌置
— — 薹廷蘭≥ i===：： ；1／ ， 平衡臂
平衡重
●_ ___●— —
正常使用時(shí)
攪拌車(chē)卸料位置／
、
、 l=7
～
，
塔機(jī)位置 ／
30600 4000 l120o
圖1 事故現(xiàn)場(chǎng)平面示意圖
收藕日期：2005—09—02
作者簡(jiǎn)介：陳安軍(1963一)，男，浙江寧波人，高級(jí)工程師．從事建筑機(jī)械設(shè)計(jì)，檢測(cè)研究工作。
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面位置
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陳安軍：塔機(jī)倒塌事故分析和教{J
塔機(jī)采用具有重量限制、力矩限制和幅度限制
三種功能的組合形限制器。該限制器利用一可調(diào)節(jié)
長(zhǎng)短的鋼絲拉線傳遞塔機(jī)工作時(shí)的力和力矩信息。
現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)該拉線已經(jīng)斷開(kāi)，斷開(kāi)的位置恰好是拉線
與起重臂上弦桿相碰的位置。
在1層樓面上正在澆搗混凝土區(qū)域的布筋無(wú)被
拉鉤等現(xiàn)象，可以排除事故時(shí)料斗與樓面鋼筋等掛
住造成塔機(jī)較大附加載荷的可能性。
塔機(jī)倒塌后，在塔身支撐桿支撐耳截面上的塔
身肢桿呈斷裂、扭曲狀態(tài)。主弦桿編號(hào)位置見(jiàn)圖2。
其中1號(hào)主弦桿彎曲；2號(hào)主弦桿在支撐耳板上撕
裂，上斷口已取樣作材料檢驗(yàn)，下斷口與主弦桿縱向
垂直，并存在縱向撕裂開(kāi)口；3號(hào)主弦桿扭曲，已取樣送
檢；4號(hào)主弦桿在支撐耳板上撕裂，下斷口有縱向撕裂
開(kāi)口。各斷口均無(wú)明顯的拉延現(xiàn)象(圖2)。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)
斷裂處附近的主弦桿角鋼超聲波檢測(cè)結(jié)果表明，被檢
處有多處呈帶狀和點(diǎn)狀分布的異常反射波，這種反射
波波高均大于滿刻度的10％ ，有的甚至超達(dá)40％。
1號(hào)主弦桿
2號(hào)主弦桿
3號(hào)豐弦桿
4號(hào)主弦桿
圖2 塔身主弦桿編號(hào)圖
3 事故分析
3．1 塔身材料質(zhì)量分析
根據(jù)浙江省某檢驗(yàn)單位對(duì)塔身斷裂處取樣檢驗(yàn)
結(jié)果說(shuō)明，塔身材料的化學(xué)成分、幾何尺寸、力學(xué)工
藝性能符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但金相檢驗(yàn)結(jié)果表明，
塔身材料存在大量硅酸鹽、氧化物夾雜其中。特別
是兩主弦桿斷裂處取樣的非金屬夾雜物較多。根據(jù)
《中厚板超聲波檢驗(yàn)方法(GB／T 2970)》，現(xiàn)場(chǎng)超聲
波檢測(cè)結(jié)果雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)主弦桿材料可判缺陷，但
卻表明材料存在著帶狀和點(diǎn)狀分布的內(nèi)部微小缺陷
群。當(dāng)金相檢驗(yàn)結(jié)果所示的非金屬夾雜物和一定程
度的內(nèi)部微小缺陷群，在遇焊接熱影響區(qū)、高應(yīng)變速
率及高應(yīng)力集中等特定因素時(shí)，這些因素對(duì)內(nèi)在缺
陷的擴(kuò)展直至材料破壞會(huì)起重要作用。
3．2 主弦桿斷口分析
主弦桿斷口晶粒較粗，斷口無(wú)明顯的拉延現(xiàn)象。
斷口與軸線垂直，并在材料截面的直角處有縱向二
次裂紋，其開(kāi)口及深度尺寸達(dá)15～20 mm。金屬材
料的斷裂通常有延性斷裂和脆性斷裂兩種，延性斷
裂表現(xiàn)為材料在載荷的作用下，首先發(fā)生彈性變形，
當(dāng)載荷繼續(xù)增大達(dá)到一定值時(shí)發(fā)生屈服，并使材料
發(fā)生永久變形，此時(shí)如繼續(xù)增大載荷，材料將進(jìn)一步
變形，繼而產(chǎn)生微裂口或微空隙。這些微裂口一經(jīng)
形成，便在隨后加載過(guò)程中逐步匯合，形成宏觀裂
紋，宏觀裂紋發(fā)展到一定大小就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展而
最終導(dǎo)致材料斷裂。延性裂紋的最基本特點(diǎn)就是斷
口有明顯的拉延。脆性斷裂是材料沿一定結(jié)晶面劈
裂的解理斷裂及晶界斷裂，是一種晶內(nèi)斷裂。塑性
材料的脆性斷裂具有突然性，事先無(wú)宏觀裂紋、無(wú)塑
性變形。金屬材料中的夾雜物、脆性析出物和其它
缺陷對(duì)脆性斷裂的產(chǎn)生有重要影響。同時(shí)材料工作
時(shí)應(yīng)力狀態(tài)、環(huán)境溫度、加載速度、材料狀態(tài)等都對(duì)
脆性斷裂的產(chǎn)生有明顯的作用。脆性斷口的最基本
特點(diǎn)是沒(méi)有可以察覺(jué)到的塑性變形，斷口一般與主
應(yīng)力方向垂直，表面齊平。
事故中斷裂的主弦桿斷口位于塔身支撐耳上位
置，支撐耳板厚度長(zhǎng)度分別為25 mm、250 mm，耳板
焊后會(huì)在該處產(chǎn)生熱影響區(qū)，并有相當(dāng)程度的應(yīng)力
集中，此截面是塔機(jī)工作時(shí)塔身最危險(xiǎn)截面，而此處
主弦桿又存在一定程度的內(nèi)部缺陷，因而當(dāng)塔機(jī)承
受較大載荷或沖擊時(shí)，發(fā)生脆性斷裂?，F(xiàn)場(chǎng)看到的
斷口正與脆性斷裂特征相符。
3．3 起重量、力矩限制器分析
起重量、力矩限制器是塔機(jī)工作時(shí)作用不同但
十分重要的安全保護(hù)裝置。通常塔機(jī)上的起重量限
制器和力矩限制器為機(jī)械式的兩個(gè)獨(dú)立的裝置，分
別裝于起重臂根部和塔頂結(jié)構(gòu)上，可靠性較好，不易
碰壞。事故塔機(jī)使用組合型限制器。限制器由限制
器盒和重量傳感器組成。限制器盒裝于起重臂第一
節(jié)前部的變幅機(jī)構(gòu)卷筒輸出軸上，重量傳感器裝于
起重臂根部上弦桿上。兩者相距4—5 m，由一根類
似自行車(chē)剎車(chē)線的鋼絲拉線相聯(lián)。通過(guò)該拉線拉收
傳遞塔機(jī)起重量信息。由于限制器盒和重量傳感器
的安裝位置不在一條直線上，因此，拉線與起重臂的
上弦桿相貼?，F(xiàn)場(chǎng)看到的拉線斷口正位于這個(gè)位
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陳安軍：塔機(jī)倒塌事故分析和教訓(xùn)
置。從塔機(jī)倒塌的方向分析，塔機(jī)倒塌過(guò)程中并不
會(huì)壓到該拉線，因此，可以確定拉線在事故發(fā)生前已
斷開(kāi)，塔機(jī)已同時(shí)失去力矩和重量限制保護(hù)。拉線
是塔機(jī)投入使用后磨損斷開(kāi)還是拉線本身已有斷絲
等缺陷現(xiàn)已難以分辯，但在塔機(jī)如此重要的安全裝
置中采用這種材料，并在長(zhǎng)期的工作中與上弦桿相
貼是不合理和不可靠的。第一，塔機(jī)每一個(gè)起重循
環(huán)的起重量通常是有變化的，所以鋼絲拉線的拉收
會(huì)造成與臂架上弦桿表面的磨損導(dǎo)致拉線變細(xì)斷
開(kāi)；第二，鋼絲拉線的長(zhǎng)期拉收會(huì)使拉線變長(zhǎng)，造成
預(yù)設(shè)的重量、力矩限制誤差變大；第三，由于拉線太
細(xì)，經(jīng)不起塔機(jī)安裝、運(yùn)輸、維護(hù)過(guò)程中的任何輕微
的撞擊，其可靠性較差。
3．4 超載情況分析
從現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，表明塔機(jī)在攪拌車(chē)卸
料點(diǎn)裝料起吊向外變幅至事故發(fā)生點(diǎn)的過(guò)程中，因
力矩限制器拉線斷開(kāi)失效，此時(shí)起吊的載荷超約
30％ ，當(dāng)時(shí)環(huán)境無(wú)風(fēng)，塔機(jī)運(yùn)行無(wú)沖擊。塔身的設(shè)計(jì)
計(jì)算時(shí)，選取的載荷是多種載荷的組合。在工作工況，
主要是吊重載荷、自重載荷、風(fēng)載荷的組合。其中風(fēng)載
荷取風(fēng)速為13 m／s(即6級(jí)風(fēng)時(shí))的風(fēng)壓。并且在結(jié)構(gòu)
計(jì)算時(shí)，尚有大于1．34的安全系數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，13 m／s
的計(jì)算風(fēng)壓對(duì)塔身危險(xiǎn)截面所增加的彎矩與超載30％
引起的彎矩基本相當(dāng)。因此，如果無(wú)塔身材料缺陷，在
環(huán)境無(wú)風(fēng)，塔機(jī)運(yùn)行無(wú)沖擊的情況下，30％ 的短時(shí)超載
是不會(huì)引起塔身主弦桿斷裂而倒塔的。
3。5 塔機(jī)設(shè)計(jì)分析
該塔機(jī)塔身設(shè)有四根支撐桿，支撐點(diǎn)位于自下
而上第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的中部，支撐耳板厚度和長(zhǎng)度都
較大，焊后有熱影響區(qū)和應(yīng)力集中存在，而每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)
節(jié)的中部相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)兩聯(lián)接端面來(lái)講，剛性較差，
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塔身設(shè)置支撐桿后，此截面即為塔身最危險(xiǎn)截面。
在現(xiàn)場(chǎng)看到，支撐耳板焊接后無(wú)任何加強(qiáng)措施，因
此，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。
4 引發(fā)事故的原因和預(yù)防措施
1)事故塔機(jī)塔身危險(xiǎn)截面附近的主弦桿材料存
在內(nèi)在的微觀缺陷和大量硅酸鹽、氧化物夾雜其中，
而且此部位又存在設(shè)計(jì)不合理及焊接熱影響區(qū)和應(yīng)
力集中區(qū)，隨著塔機(jī)工作時(shí)間的增加，材料缺陷會(huì)不
斷地加大，當(dāng)其受到一定數(shù)值的高應(yīng)力集中時(shí)，就發(fā)
生了無(wú)明顯拉延現(xiàn)象的脆性斷裂。因此，塔機(jī)主弦桿
的材料缺陷是導(dǎo)致本次事故發(fā)生的直接原因。
2)事故塔機(jī)采用的重量力矩限制器鋼絲拉線
可靠性差，事故前已斷開(kāi)，致使剛投入使用的新塔機(jī)
在運(yùn)行中處于無(wú)重量、力矩限制保護(hù)狀態(tài)，因此塔機(jī)
吊重超載30％ ，是引發(fā)本次事故發(fā)生的間接原因。
3)塔機(jī)使用單位未全面了解塔機(jī)的起重安全
性能，缺少對(duì)重量、力矩限制器的日常檢查，作業(yè)時(shí)
造成塔機(jī)超載運(yùn)行，也是事故發(fā)生的又一間接原因。
4)塔機(jī)安裝后，主要受力構(gòu)件的任何缺陷的修
復(fù)和加固都十分困難，而且風(fēng)險(xiǎn)很大。對(duì)于小型塔
機(jī)，其設(shè)計(jì)余量往往偏小，因此生產(chǎn)單位必須注重主
要受力材料的質(zhì)量驗(yàn)收，塔機(jī)所用安全裝置必須具
有較高的可靠性。使用單位必須杜絕超載情況的發(fā)
生，塔機(jī)拆卸退場(chǎng)后，應(yīng)對(duì)塔身危險(xiǎn)截面處焊縫、母材
進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，須解決后方可投入安裝使用。
5)應(yīng)加強(qiáng)塔機(jī)操作人員的培訓(xùn)教育，操作人員
必須熟知產(chǎn)品的性能和各種安全裝置的重要性，以
及調(diào)整、維護(hù)方法。在塔機(jī)的運(yùn)行期間，操作人員日
常應(yīng)對(duì)塔身高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力，各種安全裝置進(jìn)行
正確的檢查，以保證塔機(jī)的安全使用。

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