鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓連接副試驗(yàn)方法

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【摘要】本文梳理了鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓的工程應(yīng)用和復(fù)檢要求，重點(diǎn)研究高強(qiáng)度螺栓中大六角頭型的扭矩系數(shù)、扭剪型的預(yù)拉力、螺栓連接的鋼板摩擦面抗滑移系數(shù)等參數(shù)的試驗(yàn)方法，討論了試驗(yàn)過程注意要點(diǎn)及螺栓連接副的工程施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)做好施工前螺栓連接副的質(zhì)量檢測(cè)對(duì)保證鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu);螺栓;抗滑移系數(shù);試驗(yàn)

前言

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接等，其中前兩種用得多［1］。焊接的優(yōu)點(diǎn)是截面不變、加工方便、可部分自動(dòng)化操作、連接強(qiáng)度高等;螺栓連接的優(yōu)點(diǎn)是拆裝方便、施工容易。鋼結(jié)構(gòu)工程中很多構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)施工連接必須使用高強(qiáng)度螺栓連接，連接優(yōu)勢(shì)無(wú)法替代。

1鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓的概況

1.1工程應(yīng)用

高強(qiáng)度螺栓連接分為大六角頭和扭剪型兩種［2］。現(xiàn)場(chǎng)操作施擰時(shí)，為使螺栓連接處板層能更好密貼，螺栓群由中央順序向外擰緊;整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程施擰時(shí)，為舒緩應(yīng)力集中，由廠房中間榀向外圍榀順序施工擰緊。大六角頭型以扭矩扳手作為主要操作工具，由于是高空作業(yè)，施擰不方便，但扭剪型以電動(dòng)扳手作為操作工具，把梅花頭扭掉即算完成，施工及檢查都方便。螺栓的選用應(yīng)依據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，一般廠房門式鋼架采用大六角頭高強(qiáng)度螺栓，高層建筑更多選擇扭剪型高強(qiáng)度螺栓。

1.2復(fù)檢要求

螺栓應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行性能復(fù)檢，檢驗(yàn)合格后使用，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。GB50205－2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中，進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收把扭矩系數(shù)(大六角頭)和預(yù)拉力(扭剪型)作為復(fù)檢項(xiàng)目，JGJ82－2011《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》把抗滑移系數(shù)作為復(fù)檢項(xiàng)目。螺栓連接副的復(fù)檢按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)量來(lái)組批檢驗(yàn)，摩擦面抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)批的劃分除應(yīng)考慮高強(qiáng)度螺栓連接副的批量外，還應(yīng)考慮不同的處理工藝和鋼結(jié)構(gòu)用量。

2大六角頭高強(qiáng)度螺栓扭矩系數(shù)試驗(yàn)

使用軸力計(jì)(扭矩系數(shù)測(cè)試儀)進(jìn)行，螺栓應(yīng)隨機(jī)抽取，每批做8套連接副，一副只可試驗(yàn)一次，分別測(cè)出扭矩系數(shù)平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差。在檢測(cè)螺栓的預(yù)拉力P時(shí)，同時(shí)記錄螺母的扭矩值T，按照K=T/(P?d)得出扭矩系數(shù)，其中d是螺栓直徑，T是扭矩峰值，選擇工具時(shí)要考慮扭矩扳手和軸力計(jì)的精度。試驗(yàn)時(shí)，為使扭矩系數(shù)有效，需把預(yù)拉力P控制在表1的范圍內(nèi)。檢測(cè)過程中，墊圈不允許發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，扭矩系數(shù)為0.110～0.150，標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于0.010。

3扭剪型高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力試驗(yàn)

試驗(yàn)使用軸力計(jì)(或測(cè)力環(huán))進(jìn)行，每批樣品隨機(jī)抽取8套連接副，每套試樣只能一次性使用，測(cè)出預(yù)拉力平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。每個(gè)連接副的試驗(yàn)分為初擰和終擰兩個(gè)步驟，第一步驟使用手動(dòng)扭矩扳手，擰到標(biāo)準(zhǔn)值的一半，第二步驟使用專用電動(dòng)扳手，把梅花頭擰掉之前的峰值記為預(yù)拉力值。其中需注意墊圈倒角的方向、儀器誤差要達(dá)標(biāo)、墊圈不允許轉(zhuǎn)動(dòng)。表2是各種規(guī)格的螺栓對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。

4抗滑移系數(shù)試驗(yàn)

抗滑移系數(shù)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中由高強(qiáng)度螺栓連接后鋼板之間摩擦面的重要指標(biāo)［3］。試驗(yàn)的組批要綜合考慮鋼板材質(zhì)、摩擦面的加工工藝、螺栓的強(qiáng)度等級(jí)等因素，不同因素的組合需分別試驗(yàn)，試樣可由鋼構(gòu)廠或現(xiàn)場(chǎng)制作方來(lái)完成。試驗(yàn)樣品見圖1所示，鋼板厚度t1、t2，孔直徑b0，板寬b，要求2t2≥t1，按照螺栓規(guī)格來(lái)選擇合適的板寬，M16、M20采用100mm寬，M22采用105mm寬，M24采用110mm寬，M27、M30采用120mm寬。試件板面應(yīng)平整、無(wú)油污，孔和板的邊緣無(wú)飛邊、毛刺。抗滑移系數(shù)計(jì)算公式為［4］見式(1)。擦面面數(shù)，由圖1可知為2面;∑mi=1Pi—試件滑移一側(cè)高強(qiáng)螺檢預(yù)拉力實(shí)測(cè)值之和(kN);m—為試件一側(cè)螺栓的數(shù)量，由圖1可知為2副。滑移載荷Nv，當(dāng)試驗(yàn)開始時(shí)先加一個(gè)設(shè)計(jì)載荷，再持續(xù)加載，直至鋼板之間滑動(dòng)破壞時(shí)，拉伸機(jī)的顯示值即為Nv，鋼板之間是否滑動(dòng)以拉伸曲線回落、手工畫線錯(cuò)位或聽到響聲為原則。摩擦面數(shù)nf為2，因?yàn)橹休S線上的鋼板是兩面都受摩擦的。按圖1設(shè)計(jì)，P為樣品單側(cè)的2個(gè)螺栓的預(yù)拉力之和，采用的預(yù)拉力當(dāng)大六角頭時(shí)用實(shí)測(cè)值、當(dāng)扭剪型時(shí)用平均值。抗滑移系數(shù)的大小取決于工程構(gòu)件的摩擦面，鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)構(gòu)件的表面處理方法很多，常見的有噴砂、拋丸［5］。抗滑移系數(shù)在工程的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明中由設(shè)計(jì)單位綜合各種因素后給出，例如一般鋼結(jié)構(gòu)廠房規(guī)定，摩擦面采用噴砂(拋丸)后生赤銹處理，Q235鋼的抗滑移系數(shù)為0.45，Q345鋼的抗滑移系數(shù)為0.50。

5討論

(1)螺栓連接在鋼結(jié)構(gòu)制作中的作用越來(lái)越重要，在焊接施工有困難的部位，尤其是現(xiàn)場(chǎng)施工中，焊接質(zhì)量無(wú)法保證時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成高強(qiáng)螺栓連接。(2)鋼結(jié)構(gòu)在工廠制作的構(gòu)件，在運(yùn)輸過程中極易因螺栓連接的摩擦面起變化而導(dǎo)致抗滑移系數(shù)降低。預(yù)防措施是出廠前拋丸處理好，保證粗糙度，嚴(yán)禁涂油漆，并做好摩擦面防護(hù)。(3)試驗(yàn)所用鋼板、螺栓等均取自工程進(jìn)貨的相應(yīng)批次，以及采用與鋼結(jié)構(gòu)制作相一致的生產(chǎn)工藝，試驗(yàn)結(jié)果才具有參考價(jià)值。(4)螺栓試驗(yàn)時(shí)受人為因素影響，其中抗滑移系數(shù)試件是否嚴(yán)格按推薦尺寸加工，影響到摩擦面的接觸面積是否滿足設(shè)定值，而判定摩擦面是否已經(jīng)滑移的時(shí)機(jī)，直接關(guān)系到滑移載荷是否存在異常偏差。

6結(jié)語(yǔ)

(1)鋼板摩擦面在制作、施工各環(huán)節(jié)的保護(hù)特別重要，直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)在役使用中的摩擦面抗滑移系數(shù)。(2)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來(lái)進(jìn)行扭矩系統(tǒng)、預(yù)拉力、抗滑移系數(shù)的試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中樣品準(zhǔn)備、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)操作等都是關(guān)鍵。應(yīng)避免人為因素干擾，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。(3)減少施工現(xiàn)場(chǎng)安裝、減少高空操作，提高智能化、自動(dòng)化施工，讓高強(qiáng)度螺栓連接成為提高鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要手段。

作者：傅樅春 楊開懷 程艷 林燕清 單位：福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械與智能制造學(xué)院