摇臂式桅杆起重机其吊杆危险截面位置的计算确定及检验

1、摇臂式桅杆起重机其吊杆危险截面位置的计算确定 及检验在大型建筑安装工地的大型工业设备安装工程中， 桅杆起重 机是经常使用的吊装工具。 桅杆的安全是整个吊装工程安全的关 键。为确保桅杆的安全，首先要找到桅杆危险截面的正确位置， 然后有针对性地对该危险截面及其附近加强检验及监控， 必要时 在桅杆危险截面及其附近采取加强其强度和刚度等相应措施， 确 保桅杆起重机吊装安全！桅杆起重机俗称桅杆， 金属桅杆可分为金属管式桅杆和桁架 式（格构式）桅杆，按桅杆的结构组成分为两大类，一类是独杆 式桅杆起重机， 另一类是摇臂式桅杆起重机， 也称回转式桅杆起 重机。下图是摇臂式桅杆起重机的简图。 摇臂式桅杆起重机主

2、要由主桅杆、副桅杆（吊杆）、变幅滑 轮组、起重滑轮组和缆风绳等组成。 摇臂式桅杆起重机可以变幅， 也可以绕主桅杆轴线回转，但难以实现 360回转。因此，摇臂 式桅杆起重机既能垂直起吊重物， 又可以在一定范围内将重物在 空中水平移动， 因而它比其他类型桅杆起重机更实用， 应用更广 泛！摇臂式桅杆起重机的主桅杆和副桅杆 （吊杆） 大多为桁架式格构式）结构，主要由四根主肢、若干横缀条和斜缀条焊接而 成，主肢和缀条一般使用角钢，也有使用其他型钢的，如槽钢或 无缝钢管等。 桁架式（格构式）的摇臂式桅杆起重机迎风面积小， 受到的风阻力小， 起重能力很大， 可以起吊几十吨甚至几百吨的 重物。与主桅杆相比，

3、倾斜一定角度的吊杆的受力更复杂， 受到的 作用力也更多！比如，吊杆受自重弯矩和偏心弯矩的作用，而主 桅杆没有。所以，相比主桅杆，更应该注意吊杆的安全！下面对摇臂式桅杆起重机的吊杆进行受力分析， 并建立数学 模型进行计算，从而确定其危险截面的准确位置。摇臂式桅杆起重机其吊杆主要受 5个作用力， 1是其自重产 生的作用力， 2 是重物通过起重滑轮组对其产生的垂直向下作用 力， 3是变幅滑轮组对其产生的作用力， 4 是下端铰点对其产生 的作用力， 5 是起重滑轮组的跑绳对其产生的轴向力。再对上述 5 个作用力进行综合分析， 摇臂式桅杆起重机其吊 杆最主要受到的作用力是其自重分力q （产生自重弯矩）和

4、顶部受到的偏心弯矩 Me。偏心弯矩使桅杆上面（两主肢角钢）受拉，下面（两主肢角 钢）受压；相反，自重弯矩则使桅杆上面受压，下面受拉。下面用桅杆受力简图及弯矩图对桅杆的受力情况进行具体 分析，并建立数学模型对桅杆危险截面的位置进行精确计算。吊装状态下桅杆的受力简图如下图 1。 以吊杆底部为坐标原点，吊杆为 X 轴。在偏心弯矩作用下吊杆的弯矩方程为 :Me(x)=Me.x/L(O xw L) ( 1)在自重弯矩作用下，吊杆的弯矩方程为 :Mq(x)=qLx/2- qx2/2(0 wxwL)( 2)(2) - (1)得两力矩叠加后的弯矩方程为 :M(x)= qLx/2-qx2/2- Me.x/L (

5、0 wxwL) ( 3)由( 1 )、( 2)和( 3)方程式，可得出如下弯矩图(图2、图 3 和图 4)：对 M(x) 求一阶导数，得：M(x)= qL/2 -qx/2- Me/L令 M(x)=0 ，得 x=L-2Me/( Lq)即最大弯矩的位置距离吊杆底部的尺寸为 L-2Me/(Lq)， 那么吊杆的危险截面位置也在此处。以下是两个大型安装工程工地使用摇臂式桅杆起重机 (格构 式)吊装大型设备时， 吊杆危险截面位置的计算及实际观察与测 量。某工地吊装大型锅炉最重一组钢架时， 吊杆危险截面位置的 计算及实际观察与测量。 吊装钢架用的是摇臂式桅杆起重机， 其 主要参数如下：主桅杆高 H=56m

6、副桅杆(吊杆)长 L=46m吊杆自重 G=10t吊杆与地面夹角6 =65.33 (吊杆最大幅度19.20米时)偏心距 e=55cm。最重一组钢架(含两根柱子)重Q=34t。计算载荷为 :Q 计=K1(K2Q+p)=1.1 X (1.1 X 34+1.5)=42.79tK1不均匀系数，取1.1K2动载系数，取1.1p吊具重1.5t用 H50X 5D 滑轮组，跑绳经过两个导向轮。 跑绳拉力为：S= Q计.(E-1) .En/(Ez-1)=42.79X(1.04 -1) X1.0412/(1.0410-1)=5.71t公式中：E=1.04n=5X 2+2=12z=5X 2=10所以偏心弯矩：Me=(

7、 Q 计.sin 6 +S).e=24.53t.m而 q =G.cos 6 /L=0.09t.m 危险截面位置到吊杆底部的距离为：x=L-2Me/ ( Lq)=46-2X 24.53/ （46X 0.09 ）=34m当时，经观察和测量，吊杆此处的变形量是最大的，也即吊 杆的危险截面确在此处。下面是另一工地吊装大型容器（罐体）时，吊杆危险截面位 置的计算及实际观察与测量。因大型流动式起重机无法到达施工现场， 而且容器的基础很 高，因此吊装该大型容器 （罐体）用的也是摇臂式桅杆起重机 （格 构式），其主要参数如下：主桅杆高 H=44m副桅杆（吊杆）长 L=33m吊杆自重 G=7.5t吊杆与地面夹角

8、e =62（此时桅杆起重机的幅度为15.48米）偏心距 e=55cm。容器重 Q=40t。计算载荷为 :Q 计=K1（K2Q+p）=1.1X（1.1 X40+1.5）=50.05tK1不均匀系数，取1.1K2动载系数，取1.1p吊具重1.5t用 H50X 5D 滑轮组，跑绳经过两个导向轮。跑绳拉力为：S= Q计.(E-1) .En/(Ez-1)=50.05 X (1.04 -1) X 1.0412/(1.0410 -1)=6.68t所以偏心弯矩：Me=( Q 计.sin 6 +S).e=27.90t.m而 q =G.cos 6 /L=0.11t.m危险截面位置到吊杆底部的距离为：x=L-2Me

9、/( Lq)=33-2X27.90/ (33X0.11 ) =17.6m。当时，经观察和测量，吊杆此处的变形量是最大的，也即吊 杆的危险截面确在此处。经过上述分析、计算及实践，得出正确结论：一、摇臂式桅杆起重机其吊杆危险截面的位置在x=L-2Me/(Lq)处；二、危险截面位置因使用工况不同而变化，不是固定的。确定了摇臂式桅杆起重机其吊杆危险截面的位置之后， 就可 以针对该位置及其附近加强监控，加强安全检验。检验的重点是查看危险截面位置及其附近的主肢 (角钢) 和 缀条的表面是否有油漆裂开或脱落的情况， 是否存在塑性变形情 况；主肢与主肢之间以及主肢与缀条之间的连接焊缝是否有裂 纹；还有，连接螺栓是否有松动、是否有塑性变形等情况。必要 时，对危险截面位置及其附近进行无损探伤检验。上述针对危险截面的检验， 检验前需经过受力分析、 经过计 算，确定危险截面的位置。虽然其过程耗时耗精力，但这种针对 特定部位、危险部位、有重点的检验，更有效果、更有效率，更 能达到检验的目的 - 保障安全！建筑安装工地的起重机， 尤其桅杆起重机与其他起重机相比 有它的特点： 在一个工地用完后会转移到另一个工地使用， 而起 重机在每个工地的使用工况都不一样， 受力情况和危险截面