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讨论塔式起重机的防强台风措施

2010-08-19   来源:安全文化网    |   浏览:    评论: 0    收藏

     [摘要]从塔式起重机的结构强度、稳定性分析强台风对其影响,并从风载等方面具体分析设计和使用过程存在的抗风问题。最后,提出塔式起重机防强台风对策和措施。

    [关键词]塔式起重机 防强台风 对策措施

    塔式起重机是广泛应用于工矿企业、建筑工地的一种特殊机械。近年来,起重机的事故频繁,给国家财产和人身安全造成了很大的损失,也延误了生产和施工的如期完成。从事故的调查结果来看,部分事故是因受强台风影响而造成的,因此塔式起重机能有效抵御风害,是促进安全生产和保证作业顺利开展的一项重要工作。

    一、风对塔式起重机的影响

    (一)风对塔式起重机结构强度的影响

    当风垂直吹向起重机臂架时,作用在臂架上和吊重上的风载荷使起重机机身产生一个扭矩M,把这个扭矩分解到机身的四边平面桁架上,四片平面桁架的腹杆将产生一个应力σ1与风载荷的大小、风心的作用点距机身的水平距离成正比,很显然,风载越大,臂架所处的幅度越大,腹杆中的σ1就越大。另外,臂架自重力、吊重力及回转惯性力也将使塔身腹杆产生一个应力σ1,σ2也与幅度大小成正比。在实际设计计算时可以发现,在某一风载时,σ1已经远远大于σ2。这就说明此时控制腹杆应力值的主要因素为风载。因此,在臂架处于大幅度位置时,要特别注意垂直风造成的机身腹杆的失稳而导致起重机破坏。

    当风顺起重机臂架迎面吹时,起重机在最小幅度时,风载将使起重机臂架绕臂架根铰产生后倾弯距。如果风载超过一定值,并且起重机正好是空钩,这个后倾弯矩将克服臂架自重力的前倾弯矩,使臂架向后倾翻。对于没有设置臂架防后倾装置的起重机,臂架的后倾将导致整机破坏。故应设有臂架防后倾装置。

    (二)风对塔式起重机稳定性的影响

    若作用在起重机上的各项载荷对倾覆边的力矩之和大于零时,则起重机是稳定的。对于起吊额定起重量的起重机而言,起重机自重力对倾覆边的力矩Ml为稳定力矩,起升载荷以及从臂架后方吹的风载荷对倾覆边的力矩之和M2为倾覆力矩。对于某一风载F1w有Ml + M2= 0,则起重机的稳定处于临界状态,如F1w > Fw,起重机将倾翻[1]。(计算公式详见起重机设计规范GB38Ⅱ和GB/T13752)

    对空载状态的起重机,起重机的自重力对倾覆边的力矩为稳定力矩,迎面风载产生的力矩为倾覆力矩。在设计起重机时为了满足最大限度起吊额定起重量时对整机稳定性的要求,常常将起重机自重力的合力中心偏后布置,这样必然带来空载时起重机有后倾趋势的结果,假若迎面风载加大到一定程度,重心后置的起重机自重力产生的稳定力矩不足以克服风载产生的倾覆力矩,从而会发生整机倾覆。

    (三)风载对吊臂后倾与整机后倾的影响

    对仰俯变幅起重机,当风顺起重机臂架迎面吹来时,起重机在较小幅度时,风载将使起重机臂架绕臂架根部铰点产生后倾力矩。架防后倾装置的起重机或防后倾装置失效,会使臂架向后倾覆、臂架的后倾将导致整机破坏,对于固定撑臂的起重机或水平小车变幅起重机,受迎面风时,会有整机后倾的危险。在设计起重机时,为了满足最大额定起重量时整机不至于前倾倒塌,常常将自重力的合力重心偏后布置,这将导致空钩时起重机有后倾的趋势。

    (四)强台风对非工作状态起重机的影响

    非工作状态下风荷载对起重机的钢结构设计、抗倾覆稳定性和防风抗滑安全装置起决定作用。起重机安全规程中规定:在轨道上露天作业的起重机,当遇强台风停止工作时,应将起重机锚定住。此时,风对起重机的作用,就同一般的建筑结构相似了。但仍有不同,不同之处在于,一般建筑物与基础的连接是永久的,而起重机与地面(或称基础)为临时连接,田需考虑连接装置场地的限制与操作的方便性。

    (五)建筑物风场对起重机的影响

    由于周围建筑环境的影响,塔机周围的风场会出现某些危险的空气动力学现象,增加起重机倾覆或倒塌的危险[2]。起重机安全规程中规定,为了抗御强台风,非工作状态的起重机应松开回转机构制动器,以使起重机臂架在强台风来临时能自动转至与风向平行的平面,降低风载荷。在没有任何环境影响的湍流风中,这是具有代表性的。然而,由于周围建筑的影响,这种情况很少见。还有由于狭管效应,高耸的建筑之间的风速可明显增加,而使起重机所处环境的风力加大。 

    二、对策与措施

    (一)设计方面

    起重机的抗风设计包括工作状态和非工作状态二种情况。第一不能遗漏,第二风压取值要准确。工作状态最大计算风压,用于计算金属结构的强度、刚度及稳定性,验算整机工作状态下的抗倾覆稳定性;非工作状态计算风压,用于验算此时起重机金属结构的强度、整机抗倾覆稳定性和起重机的防风抗滑安全装置的设计计算。注意计算风压的取值《起重机设计规范》将实际上沿高度变化的风压取为定值,规范规定的最大计算风压,相当于当10m高处为5级风的上限和6级风的上限风压时,高度近100m处的风压,这对于一般高度的起重机是偏于安全的。《起重机设计规范》规定:工作状态的计算风速按阵风风速(即瞬时风速)考虑,非工作状态的计算风速按2min时距平均风速考虑。参考其他规范给出的风速值时,要注意不同时距风速的正确换算。对于非固定撑臂的起重机,应设置有效的吊臂防后倾装置。选择风阻力小的结构形式和截面形式,以降低所受风力。要根据起重机的特殊性和起重机的具体工作特性明确起重机整机受力情况和钢结构中各杆的受力情况,使得受力合理,避免因受力分析不清而导致设计错误。尤其是改装起重机时,受力分析一定要全面、准确,计算工况不能遗漏。同时要设置完善、有效、合理的防风装置,包括风速仪、夹轨器、铁鞋、锚定装置、端挡等,防止起重机被风吹跑或吹倒。夹轨器及锚定装置或铁鞋应能各自独立承受非工作状态下的最大风力[4]。最好采用自动作用的防风抗滑装置,风速风级报警器应与防风抗滑装置联锁。

    (二)使用方面

    由于《规范》中对不同地区的计算风压规定不同,因此,购买起重机时一定要确保该起重机设计风压取值适合当地。为防止起重机整机后倾或吊臂后倾,应避免小幅度、轻载、迎风操作,应保证停止工作的起重机所受风力从起重机背后吹来,要正确使用和维护防风抗滑安全装置,风速风级报警器应安装在起重机上部不挡风处。起重机停止工作后,要确保防风抗滑安全装置进入工作状态,不能存在侥幸心理。同时要注意天气变化,对有预报的大风做好充分的防风准备,风力达到一定等级时,应停止工作。停止工作的风力,内陆地区定为大于6级,沿海地区定为大于7级[5]。

    停止工作后,应将起重机锚定住,停止工作的起重机,应使风从起重机的背后吹来,臂架可回转的起重机在非工作状态下,必须松开制动,保证起重机臂架可以随风向转动。

    (三)安全管理

    务必建立起一套完整的体系、制度和规程作保证,完备应急预案,落实三方面工作:⑴健全和理顺指挥决策系统、信息传递系统、抢险救灾及灾后恢复系统;⑵设施到位、人员到位、责任到位、奖惩到位;⑶在每年4月份,布置当年防风工作的要点、总结过去一年工作得失、保养检修防风防台装置、添置备足易损易耗用品、检查整改遗留的设施隐患,打有准备之仗;⑷依靠科技进步,不断应用新技术、新装备,夯实抗风抗台安全保障体系。