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苏州天虹液压升降机械有限公司
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塔机地脚螺栓断裂后的解决方案
编辑:苏州天虹液压升降机械有限公司   时间:2016-02-01

 一、塔吊地脚螺栓断裂原因

1台QTZ80塔机,其底架与混凝土基础连接的1根地脚螺栓发生断裂,地脚螺栓是重要塔机配件,若不及时解决有发生重大事故的可能性。经化验和性能试验,断裂地脚螺栓的材料为40Cr,其化学成分与机械性能均合格。地脚螺栓共分 4 组,每组 4 根。

  从塔机现场发现,本次预埋塔机地脚螺栓时,由于未采用定位模板进行定位,地脚螺栓与混凝土基础平面的垂直度不够,各地脚螺栓间距与塔机底板座孔间距存在较大偏差。由此造成地脚螺栓与座孔壁之间产生干涉,引起其中 1 条螺栓副预紧力过大,致使该螺栓副一直处于重载下工作产生疲劳变形,最终导致其断裂。

二、确定解决方案

  经研究,制订了 2 种可供选择的解决方案。

  第 1 种方案:首先,在塔机附近重新制作混凝土基础,其次,严格按工艺规程预埋 4 组经检验合格的地脚螺栓,预埋时使用标准模板对地脚螺栓进行精确定位,确保各地脚螺栓安装尺寸在规定范围之内。最后,按塔机拆装程序将其各部件拆卸后,重新组装到新基础之上。

  第 2 种方案:不拆装塔机,只对其发生断裂的地脚螺栓进行加固处理。但是这一方案必须对加固方法加以验证,以确保塔机使用万无一失。

  比较以上 2 个方案,第 1 种方案最为稳妥,但是工期长、消耗多、浪费大。而第 2 种方案工期短、消耗少、无浪费,可节省大量人力、物力,可确保工程施工按时完成。为此,最终决定选择第 2 种解决方案。

三、地脚螺栓受力计算

1受力情况

  该塔机地脚螺栓材料为 40Cr,螺纹为 M30,螺纹底部直径 d 为 26.2mm。从QTZ80塔机使用说明书得知其受力情况。

QTZ80塔机受力情况:

载荷工况 基础载荷 P2 (kN) P1 kN M (kN·m) MK (kN·m)

工作状态 540 50 1720 260

非工作状态 480 80 1930 0

P1为塔机垂直向下压力,该压力不对地脚螺栓产生影响,计算时不予考虑。

  当塔机在非工作状态、且绕轴 X-X 轴即将倾翻时,2 组地脚螺栓A 和 B或 C 和 D,承受力矩之和与塔机最大倾翻力矩相平衡,即

F×b×2=M F=b式中

F—— 1 组地脚螺栓承受力

b——每 2 组预埋地脚螺栓之间中心距

M——塔机最大倾翻力矩

  由上式得知,在塔机最大倾翻力矩 M 作用下,1 组地脚螺栓承受力矩之和为639kN,由于每组共 4 根脚螺栓,则 1 根地脚螺栓受力 F’为 F/4,即 F’=41 根地脚螺栓所受应力 σ 为 F'=4,考虑到每根地脚螺栓受力存在不均衡,取载荷不均衡系数 n=1.5,后述同,则 1 根地脚螺栓承受最大应力,在风荷载 P2作用下,1 根地脚螺栓受剪应力 τ推为 1.5P2=4在惯性力矩 MK作用下1 根地脚螺栓受剪应力 τ扭为 F扭=4由于每根地脚螺栓承受剪应力 τ推与 τ扭互相垂直其合力 τ 为 τ =τ21 根地脚螺栓组合交变应力 σ组为 2M=51. 121930=639kN F=4639=159.75kN σ =AdF'2=42 .2614. 31075.15923=296.5N/mm2 max为 max= nσ =1.5×296.5=444.8 N/mm2 τ推=16Ad161.5P22=42 .2614. 31610801.523=13.9N/mm2 τ扭=16Ad16b2/4M2K=42 .2614. 316151024/102601.526=5.3N/mm2 推+τ2扭0.5=(13.92+5.32)0.5=14.9N/mm2 4 σ组=(σ21 根地脚螺栓承受总拉力 F总为 max+3τ2)0.5=(444.82+3×14.92)0.5=445.5 N/mm2 F总= 组σ ×A= 组×42d =445.5 ×42 .2614. 32 =240060N≈240kN

四、方案的实施

1、植入地脚螺栓

  首先,在断裂地脚螺栓的旁边,用冲击钻钻2个直径为32mm、深度为 400mm 的孔;

  其次,将孔道内灰尘及其它杂物清理干净;

  再其次,按一定比例调制好结构胶,并密实注入孔道内;

  然后,几乎在完成注胶的同时把地脚螺栓旋入孔内,此时应避免将结构胶粘涂到螺纹上,以免影响螺母的旋入;

  最后,将植入的地脚螺栓静态养护 2 天,待结构胶充分硬化后,装上压块拧紧螺母即可。

  地脚螺栓植入后,经测试该螺栓可承受 164.4kN 拉力,2 根地脚螺栓可承受总拉力为2×164.4=328.8kN,大于 1 根地脚螺栓可承受 240kN 的总拉力 F总。因此,该结构能够代替断裂的地脚螺栓可满足使用要求。

  在塔机基础上植入地脚螺栓的工序:①钻孔 ②清孔 ③注胶 ④植筋 ⑤固化。

2、增设塔机附墙

  为改善塔机地脚螺栓的受力状况,在建筑物第一或第二层合适位置上,提前增设一道临时附墙以承受塔机主要倾翻力矩。

3、做好检查保养工作

  经常检查和紧固地脚螺栓。塔机安装并开始时使用的第一个月内,每运行 2个台班即对全部连接螺栓进行一次紧固情况检查,以后每半个月检查一次,一旦发现螺栓松动,用力矩扳手按塔机螺母预紧力矩要求及时紧固,确保每一螺栓副在紧固状态下工作。上述方案实施后,塔机运行稳定,直至该工程完工,未出现任何不良状况。

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