扭剪型高强度螺栓施工经验探讨

工业技术　扭剪型高强度螺栓施工经验探讨①　薛建纲　蔡悦　朱云水　（浙江省电力建设有限公司　浙江宁波　３１　５０４０）　摘要：钢结构工程中广泛使用扭剪型高强度螺捡摩擦型连接技术，对于试奏型连接，安装前的苴检及其重要。根据嘉兴发电厂二期工程，　凤台发电厂工程锅炉钢结构等以往工程的施工经验总结，施工兰捡应结合设计、制造的相关技术条件。对螺拴的苴首检查要点是确保每　套螺栓连接盂ｌ的紧固轴力。摩擦面处理工艺采用喷砂（丸）经济实用且效果好，其抗滑移系数合格标准应比规范取值标准降低０．０５，而设　计计算取值应降低０．１５，抗滑移系数试验应把握“六同”要求。　关键词：安装监检　扭剪型高强度螺栓　摩擦面　抗滑移系数　・　中图分类号；Ｆ７　５８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－３７９１（２ｏ１Ｏ）Ｏ６（ｂ）－Ｏ１１６－－０３　各大型钢结构工程中广泛使用扭剪型　的各个接触面摩擦系数下降，从而导致螺　量为３０００套。但对于大型钢结构，例如嘉兴　高强度螺栓摩擦型连接技术，为确保钢结　栓的紧固轴力达不到要求。堆放时螺栓的　电厂二期工程，单台锅炉钢结构群落使用　构各节点的连接质量，施工全过程中必须　堆高不超过Ｉｍ，搬运高强度螺栓时要注意　的高强度螺栓数量就多达１２万套，如按照　对节点严格实施质量监督和检查，而质量　轻拿轻放，注意避免受到冲击，否则螺栓的　规范分批，取样数量和试验次数太多，该工　监督检查的技术条件涵盖了设计、制造、安　扭矩值可能因受到过强冲击而下降，使得　程实际操作时要求制造厂提高供货批的数　装的各项技术要求。以下对这些技术条件　紧固轴力达不到要求。　进行简要介绍，同时根据以往工程的经验　１．３工地检验项目　量，使检验批按５０００套划分。在厂家供货时　应注意，每一批次的螺栓均应考虑其送检　总结提出具体的掌控要求。　　在钢架安装前，应将扭剪型高强度螺　裕量。栓连接副送往专业检测机构检查其螺栓楔　１．４螺栓长度的选择　１扭剪型高强度螺栓的控制要求　１．１制造厂产品检验项目　负载、螺母保证载荷、螺母及垫圈硬度、连　对于螺栓长度，扭剪型高强度螺栓的　接副的紧固轴力与标准偏差。规范２要求紧　长度是指螺栓头下至切口处的长度，螺栓　标准１要求制造厂应提供每批螺栓的　固轴力复验用的螺栓应在施工现场待安装　长度的计算应为连接板的厚度加上一个螺　质量合格证书，内容包括：材料、炉号、化学　的螺栓批中随机抽取，每批应抽取８套连接　母和一个垫片的厚度后外露２～３道螺纹余　成份，规格、数量；机械性能试验数据；连接　副进行复验。扭剪型高强度螺栓紧固轴力　长，根据计算值对应出固定规格的螺栓，一　副紧固轴力的平均值、标准偏差及测试环　和标准偏差应符合表１所示。　般螺栓的长度是５ｍｍ的整倍数。实际施工　螺栓批的定义１是：同一材料、炉号、螺　中，高强度螺栓连接副终紧后，境温度；出厂日期和批号。对于大型钢结构　高强度螺栓　例如电站锅炉钢结构用扭剪型高强度螺　纹规格、长度（当螺栓长度≤１００ｍｍ时，长度　外露长度螺纹应为２～３扣，其中允许单个　栓，有必要要求制造厂进行原材料的常温　相差≤１　５ｒａｍ，螺栓长度＞ｌ００ｒａｍ时，长度　节点有不多于ｌＯ％的螺栓丝扣外露ｌ扣或４　冲击韧性试验。　相差≤２０ｍｍ，可视为同一长度）、机械加工、　扣２，否则必须更换同批次螺栓。例如在凤　热处理工艺及表面处理工艺的螺栓为同　台电厂工程中，某次摩擦板抗滑移系数试　１．２包装及搬运要求　扭剪型高强度螺栓、垫片、螺母要分开　批；同一材料、炉号、螺纹规格、机械加工、　验的结果为０．３３，对于Ｑ３４５钢试件来说，出　包装，包装好以后严禁随意开包。高强度螺　热处理工艺及表面处理工艺的螺母为同　现这种情况几乎是不可能的，因为这个结　栓在出厂以前都要涂上防护油，在保管运　批，同一材料、炉号、规格、机械加工、热处　果甚至没有达到光面的Ｑ３４５钢抗滑移系数　输高强度螺栓的过程当中要注意避免螺栓　理工艺及表面处理工艺的垫圈为同批。由　要求，后经查实，问题出在高强螺栓上，该　上的油污染螺母和垫片，如果螺母和垫片　同批螺栓、螺母及垫圈组成的连接副为同　次试验选用的高强螺栓过长，试验单位在　受到污染，则会造成螺母、垫片和试件之间　批连接副。为保证连接副轴力，供货最大批　试验前对高强螺栓进行终紧后，螺栓上只　表１　扭剪型高强度螺栓紧固轴力和标准偏差【　１　螺栓直径（ａｍ）ｒ　ｌ６　２０　２２　２４　有部分螺纹与螺母咬紧，导致紧固轴力下　降，使得试验失败。在重新选用合适的高强　螺栓进行试验后，抗滑移系数结果完全达　到规范　要求。　紧固预拉力的平均值（ＫＮ）　标准偏差（ＫＮ）　９９—１２０　１Ｏ．１　１５４—１８６　１５．７　ｌ９１－２３１　１９．５　２２２～２７Ｏ　２２．７　２摩擦面处理及抗滑移系数　２．１摩擦面的处理方法　摩擦面处理是指使用高强度螺栓连接　时构件接触面的钢材表面加工，通常采用　表２摩擦面抗滑移系数　摩擦面处理方法　Ｑ２３５Ｂ　构件钢种　Ｑ３４５或Ｑ３９０　Ｑ４２０　的摩擦面处理方法及特点如下：喷砂后生　赤锈的处理方法，国内曾进行过大量试验　喷砂（丸）　喷砂（九）后涂无机富锌底漆　０．４５　０．３５　Ｏ．５Ｏ　０．４０　Ｏ．５０　０．４０　并在工程中得到应用，效果良好，使用时应　遵守有关规程，严格掌握赤锈程度，安装前　应清除浮锈；喷砂后涂无机富锌漆，是不带　锈组装，应严格控制工艺过程，成本高，工　喷砂（丸）后生赤锈　钢丝刷清除浮锈或未经处理的干　０．４５　Ｏ．３Ｏ　Ｏ．５Ｏ　０．３５　０．５Ｏ　０．４０　净轧制表面　①作者简介：薛建纲（１９７８一），男，浙江平湖人，毕业于东北电力大学，中级工程师，从事火力发电厂工程建设锅炉专业技术工作。　蔡悦（１９８４一），男，浙江宁波人，毕业于重庆大学，助理工程师，从事火力发电厂工程建设锅炉专业技术工作。　朱云水（１９７１一），另，汉族，云南会泽人，毕业于浙江省电力职工大学，本科学历，高级工程师，从事火力发电厂工程建设锅炉专　业技术工作。　６　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　工业技术　ＳＣｌＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　艺较复杂；砂轮打磨，适用于环境和施工条　透底，防腐效果无法保证，漆膜厚度偏厚则　的抗滑移系数才趋向于反映摩擦面性质的　件受到限制时的局部摩擦面处理，其抗滑　相当于漆膜表面的特征替代或部分替代了　真实值。实际构件的摩擦面有效接触面积　移系数基本能满足要求，实际工程中使用　摩擦面的特征，导致抗滑移系数大幅度下　是随设计而确定的，试件的尺寸应当有代　较多，但要慎重。例如在凤台电厂工程中，　降，因此对于大型钢结构摩擦面采用喷砂　表性，能反映出实际构件的接触面积大小，　个别锅炉钢结构摩擦面在生产过程中受到　后涂无机富锌底漆的工艺不可靠。　试件的尺寸过小可能导致试验结果偏小，　破坏，导致摩擦面呈现金属光面的状态，现　制造厂摩擦面处理工艺严格的话可以　过大则不利于检验构件真实情况。《钢结构　场根据锅炉厂设计人员提供的打磨要求对　达到表２的取值，但设计人员按照该取值进　工程施工质量验收规范》（ＧＢ５０２Ｏ５—２ｏ０１）中　摩擦面进行了严格处理，并模拟制作了摩　行计算则过于冒险，因为实际构件的每一　对于宽度没有明确的强制性规定，只提出　擦块进行送检，检验结果表明在处理得当　块摩擦面质量不可能保证绝对没有问题，　可参照表１取值。　的情况下，摩擦面的抗滑移系数能够达到　常常会发生少数摩擦面由于某个因素（污　表中取值反映了目前摩擦型钢结构设　规范３要求，钢丝刷清除浮锈或未经处理的　染、氧化重皮、飞边、毛刺、不平整、处理不　计中较通用的高强度螺栓间距及连接板宽　干净轧制表面，仅适用于全面地覆盖着氧　过关、实际紧固轴力偏小等）的影响使得抗　度，但对于具体的钢结构安装工程摩擦面　化铁皮或有轻微浮锈的钢材表面和抗滑移　滑移摩擦力下降的现象。钢结构的主框架　抗滑移系数试验，其摩擦试件的尺寸应当　系数较低的连接面；酸洗曾得到广泛应用，　上任何一个节点出现问题都有可能造成无　在制作前经由工程监理、工程承包方、制造　后来又大多改用以弱酸为基底的化学除锈　法挽回的重大损失。　厂等有关单位根据实际情况讨论确定。　剂，效果虽好，但残存的酸液会不可避免地　对于板厚，应考虑在摩擦面滑移之前，　存在，将继续腐蚀摩擦面。对于吨位偏大的　３抗滑移系数试件　试件钢板的净截面始终处于弹性状态，主　钢结构工程，采用喷砂处理的方法较经济　钢结构制造厂和安装单位应以制造批　要是防止钢板发生塑性变形后摩擦面接触　且效果不错，目前广泛应用在实际中。　为单位分别进行抗滑移系数试验，制造批　状态发生变化从而影响抗滑移系数的测量　经处理的摩擦面应平整，无油污，孔和　可按分部（子分部）工程划分规定的工程量　真实性。　板的边缘应该没有飞边、毛刺、焊接飞溅物　每２０００ｔ为一批，不足２０００ｔ可视为一批，选用　抗滑移系数试验方法详见ＧＢ５０２０５－　等，否则将影响连接板间的密贴。处理后的　两种及两种以上表面处理工艺时，每种处　２００ｌ附录Ｂ，试验本身并不是很复杂，但需　摩擦面应采取措施防止被油污、油漆等污　理工艺应单独检验，每批三组试件［２］。　要注意的方面很多，忽视了任何一个方面　染。氧化铁皮、不应有的涂料和污垢等，都　抗滑移系数试验用的试件由制造厂加　都有可能导致试验失败或者是试验结果会　将降低连接副的抗滑移系数，在抗滑移系　工，试件与所代表的钢结构构件应做到六　引起争议，应严格把握“六同”要求。　数试验尤其是制作和施工中要注意避免。　同要求：同一材质、同批制作、采用同一摩　２．２抗滑移系数　擦面处理工艺和具有相同的表面状态，并　４摩擦面处理质量的判定　抗滑移系数的定义是［２ｌ：“高强度螺栓　应用同批同一性能等级的高强度螺栓连接　４．１判定原则　连接中，使连接件摩擦面产生滑动时的外　副，在同一环境条件下存放【２】。试件的保管　工程中实际构件摩擦面处理是否合格　力与垂直于摩擦面的高强度螺栓预拉力之　和运输是一个很重要的环节，应当注意对　以抗滑移系数试验结果为主要依据进行判　和的比值。”对特定的摩擦面，抗滑移系数为　试件和连接试件用的高强度螺栓的保护。　定，但这种判定方式不够充分。制造厂提供　常数，描述了摩擦面的抗滑移特征，取决于摩　各个摩擦试件之间要用纸板或其它干净而　的试件摩擦面状况往往比较好而部分实际　擦面本身的性质和摩擦面连接方式，经处理　柔软的材料分隔开，然后统一包装捆扎，主　构件的摩擦面状况却不一定好，试验结果　后的钢结构摩擦面的抗滑移系数值应符合设　要是为了防止在运输过程中各个试块之间　不能替代实际构件的抗滑移系数，因此对　计要求。钢材强度越高抗滑移系数越大，经过　相互摩擦而破坏经过处理的摩擦面。　实际构件的摩擦面处理质量进行严格检查　各种类型工艺处理的摩擦面抗滑移系数理想　从古典物理学上说，摩擦面积的大小　比试验结果更为重要，实际构件的摩擦面　状态下可以达到下述数值口　（见表２）。　与抗滑移系数无关，但实际情况中，点接触　处理目测效果必须与试件相同。　喷砂后涂无机富锌的工艺较难控制，　状态或者是局部接触状态的抗滑移系数很　４．２抗滑移系数取值　涂料的主要目的是防腐，漆膜厚度薄容易　小，只有在接触面积足够大的时候所测得　规范不必对抗滑移系数作出量上的强　制性规定，ＧＢ５０２Ｏ５—２０Ｏ１２及ＤＬ／Ｔ　５Ｏ４７—　表３　现标注对抗滑移系数试验试件宽度的建议　９５４中提出的要求都是“符合设计要求”。设　计要求有设计计算取值和处理标准两方　螺栓直径ｄ（ｍｍ）　１６　２０　２２　２４　２７　３０　面，一般设计计算取值低于处理标准。试验　板宽ｂ（ｍｍ）　１００　１０Ｏ　１Ｏ５　１１０　ｌ２０　１２Ｏ　结果低于设计取值则节点连接强度无法满　表４　嘉电二期工程４　ｘ　６００ＭＷ锅炉钢结构摩擦面抗滑移系数　机组　批次　处理　材料　设计　加工　实测值　螺栓平均紧固轴力　工艺　取值　标准　第一组　第二组　第三组　（ＫＮ）　１　０．４　≥０．５　０．５２　０．４８　Ｏ．５ｌ　ｌ９２．００　３　２　０．５Ｏ　０．５４　０．５ｌ　ｉ９８．ｏ０　４　ｌ　Ｏ．５ｌ　Ｏ．５０　０．４９　２０１．４９　２　喷砂　Ｑ３４５Ｂ　Ｏ．５０　０．５０　Ｏ．５Ｏ　２０３．Ｏ０　ｌ　Ｏ．３５　≥０．４５　Ｏ．６ｌ　０．６ｌ　Ｏ．６ｌ　２０７．８Ｏ　５　２　０．４７　０．４５　０．４５　２ｌＯ．６７　ｌ　０．４５　０．４６　０．４５　２１４．５８　６　２　０．５８　Ｏ．４７　０．６０　２ｏ０．８Ｏ　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　１　１　７　工业技术　足设计要求，构件无法用于安装；试验结果　栓，螺栓穿装后２４ｈ内必须终紧完毕。高强　滑移系数。摩擦面处理工艺采用喷砂（丸）经　高于设计取值但低于处理标准时，经过设　度螺栓终紧后应随即涂刷防腐涂料，主节　济实用且效果好，没有必要采用涂无机富　计人员的核算以及对实际构件的检查可以　点的连接板间隙应及时用腻子封闭。不允　锌漆的后处理工艺。经过喷砂的摩擦面处　让步接收，构件可以用于安装。表４为已经　投产的嘉兴发电厂二期工程４　Ｘ　６Ｏ０Ｍｗ锅　炉钢结构摩擦面抗滑移系数计算取值及实　测值，表中数据反映出喷砂处理的Ｑ３４５材　料摩擦面抗滑移系数实际上在０．４５～ｏ．６　许在雨天初紧、终紧高强度螺栓。　理标准应按照表２的抗滑移系数取值标准　高强度螺栓应自由穿入螺栓孔，如无　上降低０．０５，而设计时抗滑移系数计算取　法穿入则在征得设计同意后进行扩孔（高　值应降低０．１５。抗滑移系数试件和实际构　强度螺栓孔不应采用气割扩孔），扩孔后的　件应严格把握“六同”要求。　孔径不超过螺栓直径１．２倍。终紧后因钢架　之间，而设计计算取值控制在ｏ．３５～ｏ．４之　构造原因无法拧掉的梅花头数量应不大于　参考文献　１】ＧＢ／Ｔ　３６３２～３６３３－１９９５，钢结构用扭　间比较稳妥可靠。　该节点螺栓数量的５％，且须采用扭矩法或　［５施工工艺控制　５．１螺栓穿装要求　转角法进行终紧并作标记【　。　５．２螺栓紧固检验　剪型高强度螺栓连接副【ｓ】．中国标准出　版社，１９９５．　对于扭剪型高强度螺栓施工扭矩检　【２】ＧＢ５Ｏ２０５—２ＯＯ１，钢结构工程施工质量验　收规范【Ｓ】．中国计划出版社，２００２．　３】ＧＢ５００１　７－２００３，钢结构设计规范【Ｓ】．中　螺母应能自由旋入螺杆，遇有螺栓、螺母不　梅花头被拧掉者视同其终拧扭矩达到合格　【国计划出版社，２００３．　配套或螺纹损伤、锈蚀等情况则不得使用，　质量标准；尾部梅花头未被拧掉者应按扭　螺栓使用过程中，不得被泥土、油污、灰砂　矩法或转角法检验２”。应当指出的是该规　【４】ＤＬ／Ｔ　５０４７－９５，电力建设施工及验收　为确保紧固轴力，每套高强度螺栓的　验，ＧＢ５０２０５—２００１的Ｂ．０．３．３提出：“尾部　等污染。在钢结构安装时，对于地面组合的　定不正确，由于施工人员未严格执行初紧、　钢结构组件不允许施工单位使用高强度螺　必要的复紧、终紧工艺，或厚板摩擦面存在　栓代替临时螺栓，否则在受力情况下，因高　加工变形或加工偏差等因素影响，常出现　强度螺栓未终紧，会导致螺纹损坏，如遇雨　即便尾部梅花头拧掉的情况下部分螺栓紧　技术规范（锅炉机组篇）Ｉｓ】．中国电力出　版社，ｌ９９６．　天，则雨水将渗入螺栓孔而锈蚀高强度螺　固轴力偏低，甚至有的螺栓凭手即可拧动，　栓。　这种情况在最重要的大节点多螺栓处比如　大节点（如立柱节点）在初紧后终紧前　主立柱节点最容易发生，因此扭剪型高强　必须再次复紧，以便更好的消除连接板之　度螺栓的施工扭矩检验必须包括所有的螺　间间隙。一般立柱节点处的紧固顺序呈Ｓ形　栓。检验数量为按节点数抽查１０％且不少　紧固，其余节点由中间向外紧固，且对称进　于１０个节点，每个被抽查节点按螺栓数抽　　行，逐圈由中心向外扩展。Ｈ型垂撑连接节　查ｌ０％且不少于２个。点应按柱侧连接板、腹板连接板、上翼缘连　接板、下翼缘连接板的顺序紧固。终紧过的　６结语　螺栓不得重复使用（可作为临时螺栓使用）。　构件连接的问题处理得好坏直接影响　清理摩擦面浮锈时钢丝刷往复方向必　钢结构安装工程的成败，对连接的施工监　须垂直于构件受力方向，摩擦面表面只有　检应严格按照有关技术条件实施，设计单　在干燥状态下才可以覆盖连接板并穿装螺　位及建设单位在设计阶段应确定合适的抗　（上接１１　５页）　中出现孔洞、蜂窝等严重缺陷。工作性对混　工业出版社，２００５，１．　妨碍了ＨＰＣ的推广和应用，更重要的是抑　凝土技术和管理现代化有重大影响。良好　【３】丁大钧．高性能混凝土及其在工程中的　制了ＨＰＣ向绿色高性能混凝土（ＧＨＰＣ）方向　的工作性可因操作方便而加快施工进度，　应用．北京：机械工业出版社，２００７．　４吴中伟．４】高性能混凝土［Ｊ】．北京：中国铁　的发展，不能迅速改变水泥混凝土愈来愈　改善劳动条件，有利于环境保护，因此，对　［沦为而不可持续发展的材料的可怕的前　工作性应特别重视。工作性的提高会使混　道出版社，１９９９．　景。但为了保证建设工程在服役期内的耐　凝土的填充性、自流平性和均匀性得以提　【５】王德怀，陈肇元．高性能棍凝土的配合　比设计【Ｊ】．混凝土，１９９６（３）：４～１Ｏ．　６】姚燕．新型高性能混凝土的耐久性的研　能混凝土，以防止在混凝土结构在复杂环　全盘机械化、自动化、计算机控制和机器人　【究与工程应用【Ｊ】．北京：中国建材工业　境下的质量的劣化。高性能混凝土是一个　操作提供可能性，这是提混凝土高工作性　　出版社，２００４．　普遍性和特殊性的概念，区别在于是否需　的又一个重大意义。要特殊的防护和处理，对原材料、混凝土组　分等是否有特殊的要求。在某种特定的服　４结语　【７】卢木．混凝土耐久性研究现状和研究方　久性等要求，高强度的混凝土必须是高性　高，并为高性能混凝土的生产和施工走向　向【Ｊ】．工业建筑，１９９７，２７（５）ｌ～６．　役环境中，能够满足特定的使用功能的任　何一种混凝土都应属于高性能的范畴。　特征的另一个重要方面，良好的工作性是　高性能混凝土因其优异的综合性能必　将逐步取代过去的普通混凝土，可以预想，　混凝土的工作性是高性能混凝土技术　２１世纪将成为高性能混凝土的时代。　使混凝土质量均匀、获得高性能而安全可　参考文献　靠的前提。没有良好的工作性就不可能有　【１】卢汝生，吴秋飞．混凝土一人类的伟大　发明中山大【Ｊ】．学报论丛，２００１，１．　良好的耐久性。例如：不均匀的拌和物（离　析、泌水）就会造成混凝土分层和不密实，　流动性和填充性不足时还可能造成混凝土　【２】西德尼．明德斯（加），Ｊ．弗朗西斯．杨　（美），戴维．达尔文（美）．混凝土［Ｍ】．化学　１　８　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ