某月, 南京市某工地的一臺(tái)QTZ25 型自升塔式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱塔機(jī)) 正在吊運(yùn)一筐磚進(jìn)行下降作業(yè), 當(dāng)磚筐降至地面時(shí), 塔機(jī)突然向平衡重一側(cè)傾覆, 造成1 人死亡1 人輕傷。

1 　事故現(xiàn)場(chǎng)勘查情況

(1) 從傾覆后的現(xiàn)場(chǎng)看, 連接塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)與過(guò)渡節(jié)的4 只高強(qiáng)度螺栓中有3 只發(fā)生斷裂破壞, 見(jiàn)圖1。

圖1 　塔式起重機(jī)基本節(jié)與過(guò)渡節(jié)連接螺栓的相對(duì)位置

1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)———高強(qiáng)度螺栓　1 ———平衡臂中心線 2 ———起重臂中心線

(2) 1 號(hào)螺栓的斷裂部位發(fā)生在栓身與頭部交接的圓角處。在起重臂一側(cè)的1 號(hào)螺栓斷裂后, 連帶螺母的栓體部分留在過(guò)渡節(jié)的螺栓孔內(nèi), 而栓頭落在異處。觀察1 號(hào)螺栓斷面, 發(fā)現(xiàn)斷面在離螺栓邊緣約5 mm 處, 有一寬約3 mm 的帶狀部分有新鮮金屬斷裂痕跡, 其一側(cè)是寬約5mm 呈明顯銹蝕凹凸不平的舊斷面, 另一側(cè)是寬約22 mm 呈明顯銹蝕的舊斷面, 舊斷面的邊緣存在凹凸不平的層狀現(xiàn)象, 層狀斷面與螺栓軸線垂直, 斷口處無(wú)明顯變形。

(3) 2 號(hào)螺栓的斷裂部位發(fā)生在離栓頭168 mm的螺紋根部處。在起重臂一側(cè)的2 號(hào)螺栓斷裂后,散落在異處。觀察其斷面, 發(fā)現(xiàn)斷面邊緣有6 mm寬的部分有明顯的擠壓磨損痕跡, 其表面發(fā)黑、光滑; 其余部分呈新鮮的放射撕裂狀, 斷面平齊且與螺栓軸線垂直, 斷口處無(wú)明顯變形。在2 號(hào)螺栓頭部未發(fā)現(xiàn)制造廠家標(biāo)記和性能等級(jí)標(biāo)記。

(4) 3 號(hào)螺栓斷裂部位發(fā)生在離螺栓末端約170 mm 的栓身處。在平衡臂一側(cè)的3 號(hào)螺栓斷裂后, 散落在異處。在現(xiàn)場(chǎng)只找到連帶螺母的栓體一段。觀察其斷口處, 發(fā)現(xiàn)有明顯的縮頸變形, 斷面直徑明顯變細(xì), 整個(gè)斷面呈新鮮的金屬撕裂狀, 斷面不平齊, 斷口呈典型的拉斷斷口特征。

(5) 在現(xiàn)場(chǎng)尚未安裝使用的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接用M30×2×250 高強(qiáng)度螺栓中, 隨機(jī)抽出3 只頭部廠標(biāo)分別為“CD”、“ ý ”和“shB”的螺栓, 性能等級(jí)標(biāo)記均為10.9。

2 　事故原因分析

2.1 疲勞裂紋形成的原因及擴(kuò)展過(guò)程

由于該塔機(jī)在空載、小車(chē)負(fù)載運(yùn)行和回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí), 塔身所承受的彎矩的大小、方向在不斷地變化, 塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、基礎(chǔ)節(jié)、過(guò)渡節(jié)之間連接的高強(qiáng)度螺栓本來(lái)受到預(yù)緊拉力的作用。在大小、方向不斷變化的彎矩作用下, 高強(qiáng)度螺栓承受復(fù)雜的交變拉力作用, 其拉力的峰值會(huì)很大。1 號(hào)、2 號(hào)高強(qiáng)度螺栓可能存在車(chē)刀痕、表面脫碳等原始加工缺陷, 或在使用過(guò)程中形成的外傷和腐蝕缺陷, 這些缺陷在交變載荷的作用下成為疲勞源。隨著高強(qiáng)螺栓被多次重復(fù)使用, 作用于螺栓的交變載荷循環(huán)次數(shù)不斷增加, 在這些缺陷處形成表面疲勞裂紋。1號(hào)螺栓的栓體和栓頭交接的圓角處存在多個(gè)不完全同層面的表面疲勞裂紋, 該處也是應(yīng)力集中的突出部位。在交變應(yīng)力的作用下, 這些表面疲勞裂紋均向中心擴(kuò)展, 并在擴(kuò)展過(guò)程中相遇而連成一片。此時(shí), 所形成的疲勞裂紋約占整個(gè)截面的50 % , 在另一個(gè)區(qū)域也產(chǎn)生了同樣的情況。這2 個(gè)區(qū)連成一

片, 使疲勞裂紋繼續(xù)擴(kuò)展, 其深度已達(dá)22 mm。到本次安裝前, 1 號(hào)螺栓在栓體和栓頭交接的圓角截面處只剩下離邊緣約5 mm、寬約3 mm 的帶狀部分相連。2 號(hào)螺栓在離栓頭168 mm 的螺紋根部有表面疲勞裂紋, 該處也是應(yīng)力集中的突出部位。在交變應(yīng)力的作用下, 表面疲勞裂紋向中心擴(kuò)展。到本次安裝前, 疲勞裂紋擴(kuò)展深度約為6 mm。

2.2 　塔機(jī)傾覆的原因及演變過(guò)程

該塔機(jī)塔身連接的M30 ×250 高強(qiáng)度螺栓在其多次拆裝過(guò)程中, 曾被多次重復(fù)使用。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中, 隨著交變載荷作用次數(shù)的不斷增加, 在高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)力集中部位, 以及在螺栓制造或使用過(guò)程中形成的缺陷部位產(chǎn)生了疲勞裂紋。隨著使用時(shí)間的增加, 疲勞裂紋不斷擴(kuò)展, 如1 號(hào)螺栓的栓體和栓頭交接的圓角處疲勞裂紋已經(jīng)擴(kuò)展到了極限。在該塔機(jī)的拆裝及使用過(guò)程中, 使用單位沒(méi)有認(rèn)真地對(duì)這些高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行檢查, 沒(méi)有對(duì)基礎(chǔ)節(jié)的2 節(jié)之間及其與過(guò)渡節(jié)之間的連接高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行拆卸檢查, 也沒(méi)有按規(guī)定要求對(duì)這部分高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行預(yù)緊, 未能及時(shí)檢查出1 號(hào)、2 號(hào)螺栓已存在的裂紋。在安裝完畢后, 未經(jīng)有關(guān)部門(mén)檢驗(yàn)合格就投入使用, 又一次失去了發(fā)現(xiàn)事故隱患的機(jī)會(huì)。2000 年10 月, 當(dāng)該塔機(jī)吊運(yùn)重約700kg 的1筐磚進(jìn)行下降作業(yè)時(shí), 磚筐降至地面的瞬間, 其僅受到自重載荷和一個(gè)作用于起重臂上、距塔身中心

約9 m、重約350 kg、方向向上的突然卸載沖擊載荷的作用。它們的共同作用, 對(duì)塔身產(chǎn)生了一個(gè)正常作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)并且允許產(chǎn)生的向平衡重一側(cè)的沖擊彎矩, 對(duì)位于起重臂一側(cè)1 號(hào)、2 號(hào)螺栓產(chǎn)生了一個(gè)不算很大的沖擊拉力, 將已經(jīng)擴(kuò)展到疲勞極限的1 號(hào)螺栓瞬時(shí)拉斷。1 號(hào)螺栓斷裂后, 其原來(lái)承受的拉力瞬間轉(zhuǎn)移給2 號(hào)螺栓, 導(dǎo)致2 號(hào)螺栓在離栓頭168 mm 的螺紋根部已存在的深約6 mm 的疲勞裂紋急劇擴(kuò)展, 產(chǎn)生瞬時(shí)脆性斷裂。1 號(hào)、2號(hào)螺栓連續(xù)斷裂后, 塔身與過(guò)渡節(jié)的連接處原來(lái)承受彎矩的矩形結(jié)構(gòu)已不存在。在彎矩的作用下, 塔身向平衡重一側(cè)傾覆, 傾覆過(guò)程中將3 號(hào)螺栓拉斷。

3 　結(jié)論

(1) 位于塔身基礎(chǔ)節(jié)與過(guò)渡節(jié)連接處的分別存在較深疲勞裂紋的1 號(hào)、2 號(hào)螺栓斷裂是造成這起事故的直接原因。

(2) 該塔機(jī)在拆裝及使用過(guò)程中, 其高強(qiáng)度連接螺栓被多次重復(fù)使用, 未認(rèn)真地對(duì)其進(jìn)行檢查;未按規(guī)定要求對(duì)2 節(jié)基礎(chǔ)節(jié)之間及其與過(guò)渡節(jié)之間的高強(qiáng)度連接螺栓作預(yù)緊處理; 未經(jīng)質(zhì)監(jiān)部門(mén)檢驗(yàn)發(fā)證, 即開(kāi)始起重作業(yè)。

4 　建議

經(jīng)過(guò)對(duì)該事故塔機(jī)的處理發(fā)現(xiàn), 建筑施工單位普遍存在塔機(jī)緊固件高強(qiáng)度螺栓重復(fù)使用的現(xiàn)象,甚至還有無(wú)廠家標(biāo)記、無(wú)性能等級(jí)標(biāo)記的不合格螺栓。由此, 建議有關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)塔機(jī)的安全監(jiān)察與管理, 規(guī)定其高強(qiáng)度螺栓不得重復(fù)使用; 嚴(yán)禁使用無(wú)廠家標(biāo)記和性能等級(jí)標(biāo)記的不合格螺栓; 堅(jiān)決杜絕類似事故的再次發(fā)生。