一、塔機地腳螺栓斷裂原因

1臺QTZ80塔機，其底架與混凝土基礎連接的1根地腳螺栓發生斷裂，地腳螺栓是重要塔機配件，若不及時解決有發生重大事故的可能性。經化驗和性能試驗，斷裂地腳螺栓的材料為 40Cr，其化學成分與機械性能均合格。地腳螺栓共分 4 組，每組 4 根。

　　從塔機現場發現，本次預埋塔機地腳螺栓時，由于未采用定位模板進行定位，地腳螺栓與混凝土基礎平面的垂直度不夠，各地腳螺栓間距與塔機底板座孔間距存在較大偏差。由此造成地腳螺栓與座孔壁之間產生干涉，引起其中 1 條螺栓副預緊力過大，致使該螺栓副一直處于重載下工作產生疲勞變形，最終導致其斷裂。

二、確定解決方案

　　經研究，制訂了 2 種可供選擇的解決方案。

　　第 1 種方案：首先，在塔機附近重新制作混凝土基礎，其次，嚴格按工藝規程預埋 4 組經檢驗合格的地腳螺栓，預埋時使用標準模板對地腳螺栓進行精確定位，確保各地腳螺栓安裝尺寸在規定范圍之內。最后，按塔機拆裝程序將其各部件拆卸后，重新組裝到新基礎之上。

　　第 2 種方案：不拆裝塔機，只對其發生斷裂的地腳螺栓進行加固處理。但是這一方案必須對加固方法加以驗證，以確保塔機使用萬無一失。

　　比較以上 2 個方案，第 1 種方案最為穩妥，但是工期長、消耗多、浪費大。而第 2 種方案工期短、消耗少、無浪費，可節省大量人力、物力，可確保工程施工按時完成。為此，最終決定選擇第 2 種解決方案。

三、地腳螺栓受力計算

1受力情況

　　該塔機地腳螺栓材料為 40Cr，螺紋為 M30，螺紋底部直徑 d 為 26.2mm。從QTZ80塔機使用說明書得知其受力情況。

QTZ80塔機受力情況：

載荷工況 基礎載荷 P2 (kN) P1 kN M (kN ·m) MK (kN·m)

工作狀態 540 50 1720 260

非工作狀態 480 80 1930 0

P1為塔機垂直向下壓力，該壓力不對地腳螺栓產生影響，計算時不予考慮。

　　當塔機在非工作狀態、且繞軸 X-X 軸即將傾翻時，2 組地腳螺栓A 和 B或 C 和 D，承受力矩之和與塔機最大傾翻力矩相平衡，即

F×b×2=M F=b式中

F—— 1 組地腳螺栓承受力

b——每 2 組預埋地腳螺栓之間中心距

M——塔機最大傾翻力矩

　　由上式得知，在塔機最大傾翻力矩 M 作用下，1 組地腳螺栓承受力矩之和為639kN，由于每組共 4 根腳螺栓，則 1 根地腳螺栓受力 F’為 F/4 ，即 F’=41 根地腳螺栓所受應力 σ 為 F'=4 ，考慮到每根地腳螺栓受力存在不均衡，取載荷不均衡系數 n=1.5，后述同，則 1 根地腳螺栓承受最大應力，在風荷載 P2 作用下， 1 根地腳螺栓受剪應力 τ推為 1.5P2=4在慣性力矩 MK 作用下 1 根地腳螺栓受剪應力 τ扭為 F扭=4 由于每根地腳螺栓承受剪應力 τ推與 τ扭互相垂直其合力 τ 為 τ =τ21 根地腳螺栓組合交變應力 σ組為 2M =51. 121930=639kN F=4639=159.75kN σ =AdF'2 =42 .2614. 31075.15923 =296.5N/mm2 max為 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組=(σ 21 根地腳螺栓承受總拉力 F 總為 max+3 τ2)0.5=(444.82+3× 14.92)0.5=445.5 N/mm2 F總 = 組σ ×A= 組×42d  =445.5 × 42 .2614. 32 =240060N≈240kN

四、方案的實施

1、植入地腳螺栓

　　首先，在斷裂地腳螺栓的旁邊，用沖擊鉆鉆2個直徑為32mm、深度為 400mm 的孔；

其次，將孔道內灰塵及其它雜物清理干凈；

再其次，按一定比例調制好結構膠，并密實注入孔道內；

然后，幾乎在完成注膠的同時把地腳螺栓旋入孔內，此時應避免將結構膠粘涂到螺紋上，以免影響螺母的旋入；

　　最后，將植入的地腳螺栓靜態養護 2 天，待結構膠充分硬化后，裝上壓塊擰緊螺母即可。

　　地腳螺栓植入后，經測試該螺栓可承受 164.4kN 拉力，2 根地腳螺栓可承受總拉力為2 × 164.4=328.8kN，大于 1 根地腳螺栓可承受 240kN 的總拉力 F總。因此，該結構能夠代替斷裂的地腳螺栓可滿足使用要求。

　　在塔機基礎上植入地腳螺栓的工序：①鉆孔 ②清孔 ③注膠 ④植筋 ⑤固化。

2、增設塔機附墻

為改善塔機地腳螺栓的受力狀況，在建筑物第一或第二層合適位置上，提前增設一道臨時附墻以承受塔機主要傾翻力矩。

3、做好檢查保養工作

　　經常檢查和緊固地腳螺栓。塔機安裝并開始時使用的第一個月內，每運行 2個臺班即對全部連接螺栓進行一次緊固情況檢查，以后每半個月檢查一次，一旦發現螺栓松動，用力矩扳手按塔機螺母預緊力矩要求及時緊固，確保每一螺栓副在緊固狀態下工作。上述方案實施后，塔機運行穩定，直至該工程完工，未出現任何不良狀況。