В последние годы на территории Российской Федерации участились аварии грузоподъёмных механизмов, в частности башенных кранов. Так, по данным Сибирского управления Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) за 2015 г. в России произошло 4 падения башенных кранов (рост в 58 % по сравнению с 2014 г.), в результате которых травмы получили более 10 человек (увеличилось на 64 %). Особо резонансный случай произошёл в г. Омске (рис. 1), когда в результате падения башенного крана КБ-403А погибли четыре, двое человек были госпитализированы.
В результате аварий, помимо человеческих жертв, организации и государство несут многомиллионные убытки. Выявление типичных причин при таких авариях является весьма важной и трудной задачей, требующей проведения различных вариантов экспертиз (технической, судебной и др.) [1, 2].
Рис. 1. Обрушение башенного крана в г. Омске
Рассмотрим анализ причин падения башенного крана на примере несчастного случая, произошедшего на площадке строительства жилого дома в г. Балашов Саратовской области (падение крана КБ-403Б). Машинист башенного крана поднял груз на высоту 35…37 м и начал перемещать кран в сторону. Предположительно внезапный порыв ветра, воздействуя на металлоконструкции крана, способствовал ускорению его перемещения, и, с учётом отсутствия тормозного момента механизма передвижения, кран стал неуправляемым. Продолжая движение по крановым путям под воздействием ветра, кран сдвинул тупиковые упоры, ударился о контрольный груз и, опрокинув его, сошёл с крановых путей. Наличие положительной экспертизы промышленной безопасности данного крана должно свидетельствовать о том, что повреждений и дефектов металлических конструкций крана до аварии зафиксировано не было.
Рис. 2. Обрушение башенного крана в г. Кемерово
Рис. 3. Падение башенного крана в г. Липецке
Одним из наиболее доступных методов определения возникновения причин аварийных ситуаций является проведение анализа на основе построения модели в расчётных комплексах (SCAD, ЛИРА и т.д.).
Рис. 4. Падение башенного крана в Подмосковье
Для подтверждения причин падения крана в расчётной программе SCAD 11.5 были смоделированы несколько аварийных ситуаций (различные варианты загружений, при разных углах поворота стрелы). При этом были сделаны следующие допущения (ввиду неполной информации об элементах конструкции крана):
– колесная база смоделирована по конфигурации крана объемными пространственными элементами без отверстий с общей массой, не отличающейся от паспортной;
– поворотный механизм и противовес смоделированы по такому же принципу, как и колесная база;
– сечения портала, башни, секций стрелы согласно значениям, указанным в паспорте крана;
– модель выполнена с допущениями, несущими в себе некоторый запас прочности;
– одним из основных критериев оценки состояния конструкций являются деформации (рис. 5…9).
Таким образом, из схем деформирования видно, что наиболее опасным является комбинация загружений при действии динамической составляющей ветра. По заданным моделям получены результаты, которые, для удобства исследования и сопоставления с нормативными, сведены в таблицу.
Рис. 5. Деформации крана при 1 комбинации загружений (от перегруза поддона)
Рис. 6. Деформации крана при собственном весе крана
Наиболее неблагоприятное сочетание усилий содержит нагрузку собственного веса крана, веса поддона, ветрового воздействия (динамическая составляющая), движения крана.
Движение крана началось при самом неблагоприятном положении стрелы крана к оси движения, а именно 24°.
Рис. 7. Деформации крана при 1 комбинации загружений (динамическая нагрузка при угле стрелы 24)
Рис. 8. Деформации крана при 2 комбинации загружений (динамическая нагрузка при угле стрелы 60)
Рис. 9. Деформации крана при 3 комбинации загружений (динамическая нагрузка при угле стрелы 90)
Значения опрокидывающих моментов при различных углах поворота стрелы
|
Угол поворота стрелы относительно рельсов |
Значения опрокидывающих моментов при различных загружениях (размерность т•м) |
|||||
|
Собственный вес крана + вес поддона |
Собственный вес крана + вес поддона + движение крана |
Собственный вес крана + вес поддона + ветровое воздействие (статическое) |
Собственный вес крана + вес поддона + ветровое воздействие (динамическое) |
Собственный вес крана + вес поддона + ветровое воздействие (статическое) |
Собственный вес крана + вес поддона + ветровое воздействие (динамическое) |
|
|
24 |
– |
77,22 |
26,34 |
199,08 |
313,62 |
724,92 |
|
60 |
– |
37,8 |
– |
167,88 |
230,04 |
403,92 |
|
90 |
– |
18,3 |
– |
163,92 |
181,86 |
367,38 |
Опрокидывание крана происходило при угле поворота стрелы при 24°, при нагрузках собственного веса крана, веса поддона, ветрового воздействия (статическая составляющая), движения крана, так как угол поворота стрелы крана 24°, опрокидывающий момент составляет 313,62, что в 1,34 раза больше расчетного.
Опрокидывание крана происходит при всех углах поворота от сочетания нагрузок, содержащих собственный вес крана, вес поддона, ветровое воздействие (динамическая составляющая), движение крана, так как:
– угол поворота стрелы крана 24°, опрокидывающий момент составляет 724,92, что в 3,1 раза больше расчетного;
– угол поворота стрелы крана 60°, опрокидывающий момент составляет 403,92, что в 1,72 раза больше расчетного;
– угол поворота стрелы крана 90°, опрокидывающий момент составляет 367,38, что в 1,57 раза больше расчетного.
Принимая во внимание заложенные в расчётную модель вышеупомянутые условия и результаты, полученные расчётом, можно сделать вывод о том, что тупиковые упоры, установленные в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, не предотвратили бы опрокидывание башенного крана, при условии загружения крана по третьему варианту, т.е. с учётом воздействия шквалистого ветра.
Проведённое исследование в совокупности позволяет сделать вывод, что основной причиной падения башенного крана КБ-403Б, произошедшего на строительной площадке в г. Балашов Саратовской области, является шквалистое усиление ветра при работающем кране. Для предотвращения аналогичных аварий в будущем необходимо запрещать работу при шквалистом ветре и других неблагоприятных погодных условиях.
Таким образом, моделирование является наиболее объективным методом определения причин падения грузоподъёмных механизмов и может использоваться в качестве основы судебно-технической экспертизы, доказывая или опровергая ту или иную версию.
Для повышения безопасности эксплуатации грузоподъёмных механизмов предлагается регулярно проводить их экспертизу промышленной безопасности, комплексное обследование крановых путей, обследование тупиковых упоров. Для более тщательного анализа работы конструкций грузоподъёмных механизмов предлагается проводить динамические испытания металлических конструкций на специально разработанных стендах [5, 6].