1.事故簡介

　　1996年北京某工地發生一起意大利SIMMA塔式起重機臂架折斷的重大事故。據司機陳述，當時變幅小車位于臂架第6節輕載就位，折臂發生在臂架第5節的下弦桿。在處理現場時發現，臂架第6節和第7節下弦桿的一個聯接主銷軸脫落。

　　2.事故原因分析

　　SIMMA塔式起重機自80年代進入我國，在使用中曾有過焊縫開裂的情況。本次臂架斷裂處裂紋是沿下弦桿接頭塞焊焊縫擴展的，說明塞焊焊縫沒有焊透，通過臂架斷口觀察可得到證實。在電子顯微鏡下觀察臂架斷口，發現斷口存在較多夾雜物，這勢必使斷裂處截面承載能力被極大地削弱。另外，按GB3811—1983《起重機設計規范》所規定的工況，對臂架進行了有限元計算，結果表明，一些部位處于滿應力工作狀態，稍一超載就很容易產生結構故障。

　　（1）對臂架斷口的電子顯微鏡觀察表明，斷口存在約0.9mm寬的舊裂紋（約占下弦桿壁厚的1/8），舊裂紋斷口主要由韌窩、解理交替組成，只有極少量的疲勞裂紋存在。這說明舊裂紋主要是超載使用造成的韌性或脆性斷裂引起的，舊裂紋的存在進一步削弱了截面承載能力，從而埋下了事故隱患。

　　（2）在臂架標準節的下弦桿之間的聯接銷孔已嚴重磨損變形。標準節之間的聯接方式是由主銷、鎖銷和開口銷組成（見圖4-7）。很多主銷孔已由圓孔變成橢圓狀，水平方向長軸和垂直方向短軸長度相差可達2mm。這樣，造成主銷軸在銷孔中水平方向出現明顯地松曠，使臂架在回轉時像“舞龍”一樣（司機語）。水平方向撓度的增大，無疑增加了回轉時水平慣性力和水平沖擊力。臂架斷口舊裂紋的形成除了超載使用外，銷軸松曠也早一個重要原因。為固定鎖銷位置，在臂架標準節聯接處下弦桿內側焊有定位套，定位套上穿鎖銷的定位孔很多已嚴重變形甚至撕裂，很多定位孔已由圓形變成橢圓形，有的孔長軸和短軸的長度分別為27mm和17mm。這說明臂架工作時，主銷有轉動的趨勢，造成鎖銷擺動，反復擠壓定位孔，使圓孔變成橢圓形。如果鎖銷不存在，主銷可因轉動形成軸向竄動而脫落。

 

　　（3）事故現場發現臂架第6和第7節下弦桿聯接處有一個主銷脫落。由圖4-7可見，當主銷、鎖銷、開口銷都安裝好后，主銷不會脫落。但臂架工作時因主銷有轉動趨勢，在定位孔嚴重變形的情況下，會使鎖銷來回擺動，從而造成對開口銷的沖擊及磨損。

　　該塔式起重機已在現場工作了一年半，開口銷長期受腐蝕、沖擊和磨損，最后導致折斷。由于開口銷折斷，鎖銷、主銷相繼脫落。主銷脫落后從臂根到主銷脫落處的一段臂架受到扭矩（由主銷脫落處到臂架端部的自重引起）、壓力（由吊點處拉力引起）及彎矩（由回轉慣性力引起的水平橫向彎矩及小車吊重及臂架自重引起的垂直方向彎矩組成）的組合作用，使各下弦桿應力普遍超過強度極限。以臂架自身重量在回轉起動和制動時回轉慣性力引起的水平橫向彎矩為例，對正三角形結構形式的臂架，該水平橫向彎矩本應由兩下弦桿組成的整個平面行架所承擔，當下弦桿一個主銷脫落后，相當于該桿在此處折斷，上述水平橫向彎矩只得由另一根下弦桿獨自承受。設額定回轉速度為0.9r/min，回轉啟動和制動時間為10s，采用有限元方法計算結果表明，由臂架自重、回轉啟動和制動時產生的水平慣性力，在臂架水平格架主銷脫落處的下弦桿造成的應力高達2892MPa。在巨大的應力作用下，有舊裂紋的薄弱截面處首先發生斷裂，最終導致折臂事故發生。對臂架斷口的電子顯微鏡觀察也表明，斷裂處新斷口主要是由韌窩組成，這也證實斷裂處受到了大應力作用產生韌性斷裂。

　　3.事故結論

　　經過對現場勘查，對臂架斷口的金相和電子顯微觀察，進行結構應力有限元計算以及金屬材料的化學成分分析等工作，可以認為，該塔式起重機首先存在先天的質量缺陷，其次是由維修、保養與管理不當。

　　4.事故預防與對策

　　該事故發生后，對一臺同類型的塔式起重機的臂架結構進行檢查時發現，在臂架下弦桿標準節聯接處出現裂紋且已斷裂，經及時修復避免了又一次重大事故的發生。這說明該種類型的塔式起重機普遍存在事故隱患，必須引起施工部門的足夠重視。

　　（1）對意大利SIMMA塔式起重機的金屬結構，尤其是臂架的金屬結構，應作定期和全面的檢測與維修。

　　①檢測對象檢測重點應放在臂架2個吊點之間經常作業區域的金屬結構件以及臂架標準節聯接處，包括各銷軸、銷孔及下弦桿的塞焊處。

　　②檢查方法首先用肉眼和放大鏡作普遍觀察，對目測可疑點作磁粉、超聲波或光探傷；對重要危險點的應力狀態還可作應力測試，以便作定量分析。

　　③檢查內容

　　a.結構表面油漆剝落狀態。

　　b.母材表面因油漆剝落。腐蝕性物質侵入引起的細小裂縫和小車踏面磨損程度。

　　c.焊縫尤其是塞焊處的焊縫是否有異常現象或裂紋出現。

　　d.臂架標準節之間的聯接處是否松曠、磨損，以及銷孔的變形情況。

　　④維修保養

　　a.打磨、補焊有裂紋的焊縫和母材，必要時更換母材。

　　b.銷軸磨損嚴重者應予以更換，銷孔磨損嚴重或變形嚴重的也應及時修復。

　　c.把所有的棒狀鎖銷改為一端墩粗的有頭鎖銷，安裝時有頭一端在上方，這樣即使開口銷脫落，鎖銷也不會脫落，從而保證臂架各標準節之間聯接安全可靠。

　　開口銷應為一次性的，不得重復使用。

　　（2）現有的意大利SIMMA塔式起重機應考慮降級使用。

　　受各種技術條件的制約，盡管精心設計、制造的金屬結構，在其材質、構造形式及焊接質量等方面都不可避免地存在這樣或那樣的缺陷，這種缺陷在頻繁工作和外界環境影電下，花好多裂紋源。一般在結構工作初期，發生結構斷裂的情況較少，但在交變載荷的長期作用下，裂紋源會逐漸擴展，當損傷積累到一定程度后，遇有偶發事件或嚴重超載，就極易發生臂架斷裂事故。現有的意大利SIMMA塔式起重機都工作10多年，即使經過檢查也難免存在一些隱患。為保證工作安全，建議工作10年以上的該種起重機要降等級使用，并應隨工作年限的增加逐級降低。

　　（3）應制定起重機結構維修保養規范。

　　在國內，對起重機金屬結構的維修保養只在少數起重機維修手冊中簡略介紹過，但缺少具體的要求和措施。金屬結構一般不易被人們重視，所以常導致在規定的使用年限內其安全可靠性降低。

　　在發達國家，如日本有詳細的法律條款，規范建筑機械金屬結構的維修和保養，日本國勞動省制定的《勞動安全衛生法》中就嚴格規定，使用單位必須每年進行一次自我設備檢查，應檢查的內容十分具體和詳細。檢查后要提出完整的檢查記錄，記錄包括檢查日期、方法、結果和參檢人員的名單。檢查中發現的問題要及時通知制造商，雙方一起進行合理的維修和保養，維修和保養的內容也要詳細地記錄在檢查記錄中。檢查記錄在建筑機械使用期限內必須始終保存，所有這些措施都是為了提高使用的安全可靠性。

　　為提高我國建筑施工機械的現代化水平，提高金屬結構在使用期限內的安全可靠性，我們建議對金屬結構的維修保養等級、年限、對象及方法等制定出具體和詳細的法律法規，使維修保養工作制度化、規范化、法律化。