桥梁施工中高强度螺栓的应用探讨

罗剑锋

摘要：当前我国钢结构桥梁的快速发展,高强度螺栓连接在桥梁施工中也得到了普遍应用,本文结合工程实例阐述了并提出高强度螺栓的施工方法。

关键词：高强度螺栓连接施工

中图分类号：U445

前言

国内高强度螺栓连接副已普遍的被应用到建筑、桥梁等钢结构上。尽管国内早已有相关技术标准等文件对高强度螺栓的施工有所规定,但高强度螺栓在现场的施工中经常发生一些问题,影响了施工质量和施工安全。在此,本文结合工地现场高强度螺栓的施工问题,进行了分析,提出解决办法。

一、高强度螺栓连接副的分类

高强度螺栓连接副,在国家标准中按高强度螺栓强度等级分为: 8•8S和10•9S两个级别,在标示方法上,小数点前数字表示热处理后的抗拉强度,小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。

高强度螺栓连接副在抗剪设计上分为两类:承压型和摩擦型。摩擦型的承载能力取决于传力摩擦面的抗滑移系数和摩擦面积,以板层间出现滑动作为承载能力极限状态;承压型的承载能力取决于螺栓抗剪能力和栓杆承载能力的最小值,以板层间出现滑动作为正常使用极限状态,而以连接破坏作为承载能力极限状态。

由于承压型高强度螺栓属于剪压破坏型式,螺栓孔为类似普通螺栓的孔隙型螺栓孔,在承受荷载作用时的变形远大于摩擦型,所以高强度螺栓承压型不用于抗震构件连接和承受动荷载及反复作用的构件连接。因此桥梁工程结构连接主要采用摩擦型高强度螺栓连接副进行连接。摩擦型高强度螺栓的分类:分为大六角头型和扭剪型两种。本文重点介绍摩擦型大六角头高强度螺栓连接副施工。

二、高强度螺栓的验收及管理

高强度螺栓的施工是一个完整的过程,其质量控制应从加工开始。高强度螺栓副由一个螺栓、一个螺母、两个垫圈组成,由生产厂按批配套供货,并按批提供产品质量检验报告书及出厂合格证。运到工地的高强度螺栓连接副应按批及时抽样复验。复验主要项目有扭矩系数、螺母和垫圈硬度及几何尺寸等。

高强度螺栓入库时应清点,分批号、规格架空存放。入库后不能任意开箱,管理人员应建立明细库存表,发放登记表。高强度螺栓必须按照施工图的规格、使用数量领取,作业班有专人领料,领料单由值班技术人员审核签字。

三、高强度螺栓连接副扭矩法的施工

3.1施工前的准备工作

3.1.1高强度螺栓扭矩系数及施工扭矩计算

高强度螺栓连接副的扭矩系数是衡量高强度螺栓质量的主要指标,扭矩系数的复验应在施工前按出厂批次随机抽取每批,应抽取8套连接副进行复验。同批连接副的扭矩系数平均值为0•110~0•150,其标准偏差应小于或等于0•01。

抗滑移系数检验以钢结构制造厂和安装单位分别进行。抗滑移系数检验的最小值必须等于或大于设计值。施工要特别注意保护好运往工地的高强度螺栓连接处的连接板和母体的连接表面的清洁度及摩擦表面的特性。高强度螺栓副的终拧扭矩Tc按下式计算:

Tc=K•Pc•d

式中Tc———终拧扭矩值(N•m);

Pc———施工预拉力值标准值(kN);

d———螺栓的螺杆直径(mm);

K———扭矩系数。

大六角头高强度螺栓施工预拉力(kN)见表1,扭剪型高强度螺栓紧固轴力见表2。

表1大六角头高强度螺栓施工预拉力(kN)

表2扭剪型高强度螺栓紧固轴力(kN)

3.1.2摩擦面抗滑移系数复验

制造厂和安装单位应分别以钢结构制造批为单位进行抗滑移系数试验。制造批可按分部工程划分规定的工程量每2000t为一批,不足2000t的可视为一批。选用两种及两种以上表面处理工艺时,每种处理工艺应单独检验。检验的最小值必须等于或大于设计规定值。

3.1.3拼装构件的检查

大六角头高强度螺栓施拧前,应先检查孔径、长度及拼装部位的冲钉和临时螺栓连结是否符合设计要求,高强度螺栓安装时,注意穿入方向应方便施拧及维修,且总体上保持一致。

高强度螺栓连接副组装时,螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧。对于大六角头高强度螺栓连接副组装时,螺栓头下垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头。

安装高强度螺栓时,严禁强行穿入螺栓。如不能自由穿入时,该孔应用铰刀进行修整,修整后孔的最大直径应小于1•2倍螺栓直径。经铰孔或扩孔的构件及孔眼位置,由值班技术人员记录备案。安装高强度螺栓时,构件的摩擦面应保持干燥清洁,不得在雨中作业。

3.2施拧工具

大六角头高强度螺栓施工所用的工具必须是扭矩扳手,严禁用普通扳手加加力杆进行施拧。施工所用的扭矩扳手班前必须经过校正,其扭矩误差不超过±5%,合格后方准使用。校正用的扭矩扳手,其扭矩误差不得大于±3%。

3.3高强度螺栓施拧

高强度螺栓拧紧分为初拧、复拧、终拧。

大六角头高强度螺栓施拧工艺:

初拧扭矩为终拧扭矩的50%,复拧扭矩为初拧扭矩。初拧及复拧完毕后,用敲击法逐个检查,检查后应用白色油漆在螺母上标记,最后按终拧扭矩值进行终拧。对终拧后的高强度螺栓,再用另一种颜色油漆在螺母上标记。终拧扭矩的施加必须平稳、连续。螺栓垫圈不得与螺母一起转动,否则应更换高强度螺栓连接副。雨、雪天气停止施工。

扭剪型高强度螺栓施拧工艺:

初拧值为0•065×Pc×d,复拧扭矩为初拧扭矩值。初拧或复拧后的高强度螺栓应用颜色油漆在螺母上标示,然后用专用扳手进行终拧,直到拧掉螺栓的尾部梅花头。

高强度螺栓的拧紧应按一定顺序施拧,一般由螺栓群中央顺序向外扩展拧紧。高强度螺栓的初拧、复拧、终拧应在一天内完成。

四、高强度螺栓连接副的检验

高强度螺栓连接副施拧质量检验按照《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001或《公路工程质量检验评定标准》JTJ071-98的规定进行。

高强度螺栓连接副扭矩检验分扭矩法检验和转角法检验两种,原则上检验法与施工方法应相同。扭矩检验应在终拧施工1h之后48h内完成。

初拧检查:对初拧后的全部高强度螺栓,用0•3kg小锤敲击螺母,检查有无松动、漏拧。

终拧检验:首先观察螺栓丝扣外露长度是否满足1~4个螺距的要求,其次取5%作终拧检查。终拧检查是在螺尾端头和螺母相对位置划线,将螺母退回60度左右,用扭矩扳手测定拧回至原来位置时的扭矩值。该扭矩值与终拧扭矩值的偏差在10%以内为合格。

转角法检验:在螺尾端头和螺母相对位置画线,然后全部卸松螺母,在按规定的初拧扭矩和终拧角度重新拧紧螺栓,观察与原画线是否重合。终拧转角偏差在10度以内为合格。终拧转角与螺栓的直径、长度等因素有关,应由试验确定。

扭剪型高强度螺栓施工扭矩的检验:观察梅花头拧掉情况。尾部梅花头被拧掉者视为合格;梅花头未被拧掉者应按矩扭法或转角法检验。

五、施工中应注意的问题

高强度螺栓在施工中应注意以下问题。

(1)高强度螺栓施工单位应按国家的有关标准对厂家提供的高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移设计要求。

(2)高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁,不应有飞边、毛剌、焊接飞溅物、焊疤、氧化皮、污垢等,除设计要求外摩擦面不应涂漆。

(3)温度和湿度对高强度螺栓的扭矩系数有较大影响,因此要合理安排施工时间,并增加扭矩系数的复验频率。

(4)严格遵守规定的施拧顺序。

(5)在施工中出现螺栓被拧断或加载试验时出现滑移现象,应停止施工进行检查原因。

六、结束语

高强度螺栓连接副的施工是钢结构的重要组成部分。在施工中特别容易出现不按照规范施工的现象,使结构安装结束后加载时出现结合面的滑移或是在施工工程中出现了螺栓被扭断现象使钢结构安装质量达不到设计要求。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。