2005年在浙江杭州市某工地發(fā)生了一起因塔機(jī)地下節(jié)斷裂而整機(jī)傾覆的事件，據(jù)調(diào)查分析，事故主要原因是塔機(jī)地下節(jié)主弦桿陳舊性疲勞裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致整機(jī)傾覆。筆者經(jīng)歷了整個(gè)事件的經(jīng)過(guò)，試分析其疲勞裂紋產(chǎn)生的豐要原因。
　　1、基本情況
　　(1)該塔機(jī)型號(hào)為QTZ80，2001年7月出廠后使用至今已是第6個(gè)工地，塔機(jī)額定獨(dú)立高度45m，傾覆時(shí)安裝高度42.5m，塔身從下至上安裝次序?yàn)椋旱叵鹿?jié)→基礎(chǔ)節(jié)→加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)6節(jié)→標(biāo)準(zhǔn)節(jié)10節(jié)。
　　(2)該塔機(jī)所使用的地下節(jié)為上一個(gè)工地使用過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)(原設(shè)計(jì)地下節(jié)和加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高約1.5倍)，此為用戶誤用，塔機(jī)在該工地已使用4個(gè)多月。
　　(3)對(duì)斷裂處材料進(jìn)行化學(xué)分析、機(jī)械性能試驗(yàn)及斷口晶相分析均合格，可排除材料因素。
　　(4)塔機(jī)傾覆時(shí)地下節(jié)2根主弦桿完全斷裂，斷口處60%以上陳舊性疲勞裂紋。
　　(5)對(duì)傾覆塔機(jī)的基礎(chǔ)節(jié)、加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)6節(jié)及10節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上共22個(gè)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)18個(gè)點(diǎn)上有缺陷(即疲勞裂紋)，但該工地新使用的基礎(chǔ)節(jié)完好沒(méi)有缺陷。
(6)事故前作業(yè)時(shí)，在43.9m幅度處吊1.125t。
　　2、疲勞裂紋產(chǎn)生的特點(diǎn)
　　構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的疲勞破壞，與靜載荷作用下的破壞截然不同，它有如下特點(diǎn)：
　　(1)該處存在交變應(yīng)力，在載荷作用下，構(gòu)件經(jīng)歷了許多次應(yīng)力循環(huán)后，才會(huì)發(fā)生突然破壞；
　　(2)疲勞破壞時(shí)構(gòu)件沒(méi)有明顯的塑性變形，即使是塑性材料，也呈脆性斷裂；
　　(3)疲勞破壞時(shí)，斷口處明顯地分成光滑和粗糙兩個(gè)區(qū)域(在該案例中，光滑區(qū)域己明顯銹蝕)；
　　(4)疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力低于靜載荷時(shí)材料的強(qiáng)度極限σb，甚至低于屈服極限σs。
該案例中斷口處的情況，完全符合疲勞破壞的上述4個(gè)特點(diǎn)。
　　3、斷裂裂紋產(chǎn)生的主要原因分析
　　導(dǎo)致塔機(jī)整體傾覆的主要原因是塔機(jī)地下節(jié)(該工地誤用了標(biāo)準(zhǔn)節(jié))主弦桿疲勞裂紋擴(kuò)展，產(chǎn)生脆性斷裂，那么，這臺(tái)使用了4年多的塔機(jī)，其疲勞裂紋是否是在該工地產(chǎn)生的呢?
　　第一，疲勞裂紋產(chǎn)生于該工地的可能性較小。因?yàn)槿绻窃谠摴さ厥褂玫?個(gè)多月中產(chǎn)生了疲勞裂紋，那么在該工地首次使用的新基礎(chǔ)節(jié)也應(yīng)有缺陷，因?yàn)榛A(chǔ)節(jié)安裝在加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)下面，受力情況比加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)更嚴(yán)重，產(chǎn)生疲勞裂紋的可能性更大。
　　第二，疲勞裂紋最有可能產(chǎn)生在上一個(gè)工地。筆者了解到在上一個(gè)工地使用中，基礎(chǔ)節(jié)主弦桿曾發(fā)生目視可見(jiàn)裂紋，當(dāng)時(shí)在裂紋處進(jìn)行局部補(bǔ)修后繼續(xù)使用肉眼(下一個(gè)工地已換成新的)。在上一工地，該機(jī)用于建造農(nóng)村多層住宅，主要用來(lái)吊混凝土罐，塔機(jī)滿載荷使用的工況較多，而且不排除超載使用，而塔機(jī)傾覆工地使用的地下節(jié)，正是上個(gè)工地使用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。
　　該塔機(jī)在4年左右使用時(shí)間后產(chǎn)生疲勞裂紋而整體傾覆，從技術(shù)上分析有3個(gè)主要原因：
　　(1)塔身受力工況差。上回轉(zhuǎn)塔機(jī)的塔身承受交變載荷，且載荷應(yīng)力正負(fù)值大小基本相等，稱之為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。在同樣載荷應(yīng)力值條件下，達(dá)到疲勞破壞時(shí)對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力所需的循環(huán)次數(shù)比脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力要少，也就是說(shuō)，承受對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的構(gòu)件(塔身)將更早發(fā)生疲勞破壞。
　　(2)塔身主弦桿所受應(yīng)力頻次多。在正常額定載荷工況中，吊裝一個(gè)工次，塔身主弦桿受到的對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力波次較少，波幅(應(yīng)力幅)也在正常應(yīng)力之內(nèi)，而且波次和波幅減少較快；而在上述工況中，由于卸料速度快，整個(gè)塔機(jī)在平衡重的慣性作用下，循環(huán)波次增加，第二個(gè)波幅(應(yīng)力幅)在慣性作用下并不亞于第一個(gè)。在相同在時(shí)間段內(nèi)，應(yīng)力頻次增加會(huì)縮短塔機(jī)的疲勞壽命。
　　(3)塔身主弦桿所受應(yīng)力幅大。由材料的疲勞曲線圖可知，當(dāng)材料承受的載荷越高，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就越少，當(dāng)材料承受的載荷超過(guò)疲勞許用應(yīng)力，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就大幅度減少，易發(fā)生疲勞破壞。
　　在該案例中，由于卸料速度快、負(fù)荷滿，并且在塔機(jī)平衡重的慣性作用下，應(yīng)力幅加大，應(yīng)力頻次也增加，構(gòu)件受到很大的循環(huán)交變應(yīng)力，當(dāng)最大應(yīng)力超過(guò)某一限度時(shí)，在構(gòu)件的某一薄弱處(如應(yīng)力集中處)首先產(chǎn)生細(xì)微裂紋(通常稱為疲勞源)。在裂紋的不斷擴(kuò)展中構(gòu)件截面被逐漸削弱，當(dāng)截面削弱到一定程度時(shí)，由于不能承受所加載荷而突然斷裂。
　　所以滿載荷時(shí)快速釋放重物，是造成在短時(shí)間產(chǎn)生疲勞裂紋的主要原因。