高强度螺栓用于塔式起重机哪些部位的连接

Question

如题所述

Answer 1

1 规范对高强螺栓预紧要求的分析
目前广泛使用的水平臂架小车变幅上回转塔式起重机塔身标准节连接用高强螺栓主要承受拉力，在这种情况下，接头接触面之间有分离趋势，同时标准节之间的水平力要靠螺栓预紧力使结合面产生的摩擦力来承受。从理论上讲，螺栓只能承受拉力，而不能抵抗剪力。如果螺栓未拧紧，则容易松动。此时，螺栓既受拉又受剪，交替冲击，受力恶化，很容易产生力断裂，这是高强度螺栓最常见的破坏形式，也是塔机常见的事故形式之一。
《塔式起重机设计规范》(GB/T13753-92)（以下简称规范）5.5.2.2.2条有这样的要求：“接头设计应保证在外拉力作用下，接合面之间有一定的压紧力，不得出现分离现象。”这可以理解为：接头在最大外力作用下，接合面之间的压紧力大于零，且此时压紧力产生的摩擦力应能抵抗标准节之间的水平力，即满足要求。
规范中给出的高强螺栓预紧力F1的计算公式为：
F1 = k1·FN
式中：F1 ——高强螺栓预紧力， N
k1 ——系数，与载荷组合有关，k1=1.1~1.65
FN ——单个螺栓所受的外拉力，N
以QTZ315型塔机（主参数：最大起重量30 kN；工作幅度3 ~ 41.8 m；独立起升高度30 m ；平衡重60 kN）为例，在最恶劣工况（工作状态突然卸载或吊具突然脱落）下，塔身所承受的最大弯矩为：Mmax=352 kN·m ，由塔身截面尺寸计算得：
F′N===471.2 kN
FN===117.8 kN
计算时所取Mmax已考虑载荷组合，117.8 kN 可作为高强螺栓抵抗拉力所需预紧力，即F1 =117.8 kN。
在组合载荷作用下，接头的摩擦力是由螺栓的残余预紧力F′0产生的。
F′0= F1 －（1－ kc）FN
式中：F′0——螺栓残余预紧力，N
F1 ——螺栓预紧力，N
kc ——系数，一般取0.25
FN——螺栓外拉力，N
故：F′0 = F1－0.75FN 有F1 > 0.75FN=0.75×117.8=88.35 kN；
在考虑到适当的安全裕度时，
国标GB3811 取 F′0=F1－1.4FN 有F1>1.4 FN = 1.4×117.8 = 164.9 kN；
欧洲标准FEM 取 F′0=F1－FN 有F1>FN =117.8 kN ；
国标GBJ17-88取 F′0= F1 －1.25 FN 有F1>1.25 FN =1.25×117.8=147.25 kN；
规范编制说明中指出，GB/T13752-1992采用GBJ17-88中的值，给出性能等级8.8级的M24高强螺栓预紧力为：155 kN。
再按下式计算预紧力矩T：
T = 0.2 F1·d
式中：F1——预紧力
d——高强螺栓直径，此处d = 24 mm
可分别得到如下数据：
规范中给出8.8级M24高强螺栓预紧力矩值为：理论预紧力矩710 N·m ；实际使用预紧力矩640 N·m 。
比较上述数据可得：实际预紧时对标准给定的值打折扣是错误的，不安全的。目前施工中确实存在着“塔式起重机塔身高强螺栓的实际预紧转矩可以减小到规范给定值的65%～80%”这种观点和做法，而且还有一定的市场。前言述及的例子出现后，我们一直在关注塔身高强螺栓预紧的现状，曾几次在国内、省内的有关塔式起重机技术交流会上做过口头调查，只有少数国内几个知名的业内企业像中联、北建工等基本控制在规范给定值附近，几乎所有的中小塔机企业都对规范给定值打折扣，他们通常将规范给定的不同型号塔机高强螺栓的实际预紧转矩值除以1.4而作为施工中的实际控制值。考虑到施工中预紧值控制的多种影响因素如：工具、人员素质、体力、环境条件以及塔机型号不同偏差值有所不同，因此我们给出了“65%～80%”的区间系数。这种观点和做法的形成可以说由来已久，原因是传统的人工方式预紧要想达到规范给定的值有一定的难度，而按给定值的65%～80%控制的结果并未直接导致塔机事故的发生，久而久之人们便认为这种观点和做法是正确的。确实，我们查阅过数篇事故分析论文、鉴定报告及有关起重机事故分析的书籍，也未曾见到这种“直接导致事故发生”的记载。“直接导致事故”通常被认为是看到高强螺栓受拉、剪而断裂导致机毁人亡的事故，但我们分析认为：部分由塔身屈曲而倒塔的事故是由高强螺栓预紧力不够而间接引起的。预紧力不够，则螺栓容易松动，即使塔身标准节接触面有微小的间隙，也将会导致塔机重心前移，塔身所受弯矩大幅度增加，可能导致事故发生，正所谓差之毫厘失之千里。QTZ315型塔机，独立起升高度30 m，当高强螺栓中心处下部第三标准节接触面有0.1 mm间隙时，塔身以上部分整体前移3.2 mm，在最恶劣工况下，塔身所受最大弯矩增大 1.13 kN·m。