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一例施工升降机吊笼坠落事故成因的技术探讨
发布时间:2021-11-19

  摘    要: 针对一起施工升降机吊笼坠落典型事故的现场勘察、情景再现分析、理论计算,还原事故经过,对事故发生的直接原因进行技术分析,关键零部件高强螺栓预紧力失效是导致本次事故的直接原因,指出维护保养和日常使用检查落实到位的重要性,为监管部门监督管理指明技术重点方向,对预防类似事故的发生有重要实践意义。

  关键词 :     施工升降机;吊笼坠落;特种设备;起重机械;高强螺栓;预紧力;

  随着我国高层建筑的快速发展,建筑工地的重要设备施工升降机频频发生人员伤亡的恶性事故[1],严重危害人民生命安全的同时,造成极大的经济损失和恶劣社会影响。当前我国以人民生命财产安全为目标的发展理念迫切要求为此类事故监管提供科学有力的技术支持。本文通过对一起施工升降机的典型事故进行技术分析,还原事故发生经过,指出关键零部件高强螺栓预紧力失效是导致该事故的直接原因,为监管部门监督管理指明技术重点方向,对预防类似事故的发生有重要实践意义。
 

一例施工升降机吊笼坠落事故成因的技术探讨
 

  1、 事故经过描述

  2020年11月,某工地3名工地防水作业(均无特种设备作业人员资格)工人进入施工现场,自行操作施工升降机西侧吊笼向上运行,前往楼顶进行防水作业。施工升降机运行至24层以上,越过最顶端一道附着固定的标准节时(从上往下数第8节,距离地面72m),升降机标准节第7、8节间东侧两条螺栓预紧力失效,轿厢连同7个标准节向西升降机轿厢一侧倾斜(图1),标准节齿条受力变形反弹,轿厢连同7节标准节回位后,向轿厢对侧倾斜(图2),最终因重心向西倾覆,西侧吊笼连同7节标准节坠落至地面炉渣堆上,施工升降机吊笼坠落地面后变形,施工升降机吊笼门变形脱落,3名工人随施工升降机吊笼坠落地面,3人全部身亡。

  图1 施工升降机附着以上标准节及轿厢向轿厢侧倾斜
图1 施工升降机附着以上标准节及轿厢向轿厢侧倾斜

  图2 施工升降机附着以上标准节及轿厢向轿厢对侧倾斜
图2 施工升降机附着以上标准节及轿厢向轿厢对侧倾斜

  2、 事故现场勘查

  事故施工升降机型号为SC200/200的齿轮齿条式施工升降机,分别对事故施工升降机的坠落地面部分、未坠落部分、关键零部件(连接用高强螺栓)进行勘察、收集[2]。

  2.1、 坠落地面部件情况

  施工升降机上部7个标准节连同西侧吊笼、驱动装置、电控柜坠落至地面炉渣堆上,吊笼结构框架已变形,吊笼门脱落如图3所示。

  图3 坠落损坏的升降机西侧吊笼
图3 坠落损坏的升降机西侧吊笼

  2.2、 未坠落部件情况

  从上往下第8节标准节通过扶墙与建筑固定,第8标准节为与坠落部分原来相连标准节。该标准节上的齿条变形,如图4所示。

  图4 第8节标准节上变形的齿条
图4 第8节标准节上变形的齿条

  第8标准节上端面4个螺栓连接孔,西侧(吊笼侧)的连接螺栓孔外侧的金属结构母材可见明显的新撕裂变形,东侧螺栓连接孔母材无明显损伤。

  2.3、 关键部件情况

  施工升降机标准节连接面由4个高强螺栓连接,未坠落标准节上的4个螺栓孔均无螺栓残留。坠落部分标准节靠近吊笼侧有2个高强螺栓并带有螺母,吊笼对侧2个高强螺栓上没有螺母(图5)。现场附近寻找,也未发现匹配螺母。有螺母的2个螺栓的螺纹上有新鲜金属碎屑刮擦痕迹。无螺母的2个高强螺栓上无明显痕迹。

  3 、计算分析

  3.1、 各部件参数数据

  图5 坠落标准节及连接高强螺栓
图5 坠落标准节及连接高强螺栓

  事故发生施工升降机安装到顶,顶端自由高度11m(7.5个标准节高度),查阅相关设计文件技术资料[3,4],施工升降机各主要部件参数如表1所示。

  表1 施工升降机各主要部件参数
表1 施工升降机各主要部件参数

  注:以向吊笼侧倾翻时力矩为正,相反方向为负。

  3.2 、危险截面受力计算

  事故施工升降机最高附着点以上共有7节标准节,据现场照片,事故可初步推断为吊笼整体升高至附着点以上后,塔身在附着点以上标准节连接位置断开,吊笼随上端7节标准节一同坠落,系施工升降机整体升高至附着点以上后由于吊笼自身偏载导致断开位置处受力增大,进而发生坠落。故以附着点以上断开位置(螺栓连接位置)作为计算截面。

  导致附着点以上塔身产生偏载的外因有吊笼、驱动系统以及吊笼里面的人员重量。危险截面上主要承受由于偏载产生的弯矩与截面以上负载的重力,均由标准节主肢及连接螺栓承担[5]。危险截面如图6所示。

  在远离吊笼侧主肢均未拧螺栓情况下,危险截面以上总的倾覆力矩为正,危险截面以上部件将朝吊笼侧倾翻,要保证不发生倾翻,需要远离吊笼侧螺栓至少提供-8434.25Nm的力矩,此时远离吊笼侧螺栓承受拉力。

  单个螺栓拉力

  式中 M——吊笼倾翻力矩;

  a——螺栓间距。

  在吊笼升至危险截面以上后,需要远离吊笼一侧的螺栓至少提供4534N拉力,如果螺栓没有拧螺母,螺栓无法提供拉力,将导致危险截面以上塔身沿受压一侧倾翻,随着倾翻角度的增大,倾翻部件对吊笼侧主肢形成的力矩越来越大,此时主肢附近的螺栓连接位置受力也越来越大,直至达到极限,撕裂标准节螺栓孔附近母材发生坠落。

  图6 施工升降机标准节截面示意图
图6 施工升降机标准节截面示意图

  4 、事故原因分析

  从现场勘查发现,吊笼对侧边两螺栓有受力弯曲痕迹,螺纹部分无擦伤痕迹,该侧坠落和未坠落两标准节螺栓孔均完好无损,因此,可以推断该侧两螺栓在事故时两螺栓螺母已经脱落,事故发生前,高强螺栓预紧力已经失效。

  靠近吊笼侧的两螺栓均带有螺母,事发后仍在坠落标准节的相应螺栓孔内。螺栓上有新鲜的金属刮擦碎屑,未坠落标准节相应螺栓孔有新鲜撕裂痕迹,事发4个高强螺栓均未有明显可见缩颈或断裂迹象,可知该施工升降机所用螺栓的强度不是导致事故的原因。

  施工升降机在运行中受到不固定的工作动、静载荷及外力作用的影响[6],有较大的振动,连接标准节的高强螺栓需要有足够的预紧力,并定期检查紧固保持螺栓预紧力[7],才能保证施工升降机结构的连接牢固可靠,保证使用安全。

  5 、结 语

  施工升降机上部第7、8标准节间东侧两条连接螺栓的螺母缺失,是造成西侧吊笼上升超过最高一道附墙后失稳,连同最上端7个标准节一起倾覆坠落的直接原因。

  高强螺栓是施工升降机标准节联接的关键零部件,直接影响着施工升降机的使用安全,在使用过程中由于,安装预紧力不足,使用中冲击载荷等因素,会导致高强螺栓预紧力降低甚至螺栓脱落。因此,严格的日常检查和定期维护保养对施工升降机的安全使用有着关键作用。

  监管部门监督使用单位日常检查和定期维护保养责任的有效落实到位,是监管工作的一个重点。

  参考文献

  [1]朱政委,谭静施I升降机吊笼坠落事故原因分析及建议[J].现代制造技术与装备, 2019,(11): 166-168.
  [2]谢彩毓,杨侃,王彬, 等施工升降机施I现场重点检查项目分析[J]建筑机械化, 2020 , 41(7): 76-78.
  [3] GB/T 10054-2005 ,施工升降机[S].
  [4] GB 26557-2011,吊笼带有垂直导向的人货两用施工升降机[S].
  [5]李仕进,苏建军,邓利君施工升降机安全事故分析与处理[J]建筑机械化,2020 , 41(11): 106-107.
  [6]甑雪松施I升降机吊笼坠落事故原因分析与对策[J].中国新技术新产品, 2018 , (15): 146-147.
  [7]邓皓施I升降机及起重机械安全控制措施研究[J] .中国建筑金属结构, 2020 , (9) : 56-57.

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