鋼結(jié)構(gòu)熱浸鋅高強(qiáng)螺栓擰緊工藝

王宇

【摘 要】 鋼結(jié)構(gòu)采用浸鋅高強(qiáng)螺栓，提高防腐效果，但如何進(jìn)行螺栓施工是個(gè)關(guān)鍵問題。通過試驗(yàn)探索，找出合理力矩，保證螺栓預(yù)拉力。

【關(guān)鍵詞】 鋼結(jié)構(gòu) 熱浸鋅 高強(qiáng)螺栓 擰緊

1 高強(qiáng)螺栓連接工藝概況

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)采用高強(qiáng)螺栓連接，能避免采用焊接方式連接時(shí)因焊接收縮應(yīng)力造成鋼結(jié)構(gòu)的尺寸超標(biāo)，安裝質(zhì)量好控制，現(xiàn)在的火電廠鋼結(jié)構(gòu)安裝都采用高強(qiáng)螺栓連接。

在我單位施工的某國外330MW熱電工程中，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)采用10.9級熱浸鋅大六角頭高強(qiáng)螺栓。該工程地理環(huán)境特殊，受海洋氣候影響比較潮濕，對外露鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性較大，業(yè)主要求將原設(shè)計(jì)的扭剪型高強(qiáng)螺栓改為熱浸鋅大六角頭高強(qiáng)螺栓。高強(qiáng)螺栓進(jìn)行熱浸鋅后，減少了在潮濕含鹽空氣中的銹蝕速度，相應(yīng)延長螺栓的二次防腐周期。但高強(qiáng)螺栓熱浸鋅后，因鋅膜的影響，會使螺栓直徑變大，影響螺紋的配合，扭矩系數(shù)增大，相應(yīng)的螺栓緊固力矩也會變大，對擰緊工藝要求特別嚴(yán)格。

該浸鋅螺栓連接方式，國內(nèi)電廠基本沒有采用，只在風(fēng)力發(fā)電塔、輸電塔中有廣泛的應(yīng)用，我公司沒有施工經(jīng)驗(yàn)。由于高強(qiáng)螺栓熱浸鋅后絲扣面發(fā)生了變化，國內(nèi)暫時(shí)沒有能夠檢測其扭矩值的單位或機(jī)構(gòu)，現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范中對熱浸鋅高強(qiáng)螺栓也未有提及。

2 高強(qiáng)螺栓擰緊工藝探索

針對該新課題，項(xiàng)目部成立了QC攻關(guān)小組，對此種連接方式進(jìn)行攻關(guān)，尋求最佳的施工工藝。剛好施工現(xiàn)場有拉力試驗(yàn)機(jī)，方便進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。QC小組對擰緊工藝進(jìn)行多次試驗(yàn)，針對不同板厚、不同螺栓的使用都取得了相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以此來指導(dǎo)螺栓的施工，取得了良好的效果。

按規(guī)范要求高強(qiáng)螺栓連接的鋼結(jié)構(gòu)安裝前，要進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)。我們在做抗滑移系數(shù)試驗(yàn)前，使用經(jīng)檢測合格的扭矩測量扳手，按規(guī)范要求將螺栓進(jìn)行初擰、終擰，但試驗(yàn)沒有成功，試件的抗滑移系數(shù)與規(guī)范值偏差較多。經(jīng)分析檢查連接板摩擦面是沒有問題的，而問題的關(guān)鍵在于浸鋅螺栓緊固后的預(yù)拉力實(shí)際沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值，造成連接板本身并沒有被完全壓緊，板間摩擦力很小，得到的試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。

以上問題的出現(xiàn)，與螺栓生產(chǎn)廠家聯(lián)系后，廠家給出指導(dǎo)意見，需在螺紋處抹上潤滑脂，包括螺母螺紋，減少絲牙間的硬摩擦，再進(jìn)行擰緊。但這樣處理后，按設(shè)計(jì)扭矩進(jìn)行緊固后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅有點(diǎn)提高，也達(dá)不到規(guī)范要求。

我們小組將螺帽退出，對絲牙部分進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)螺紋處的鋅膜有部分脫落，說明脫落的鋅膜是造成預(yù)拉力不夠的主要原因。螺帽在擰緊過程中，絲牙間由于力的作用，導(dǎo)致表層的鋅膜脫離母材，造成牙間隙減小，反而增大了螺栓的扭矩，表面看來擰緊力矩達(dá)到要求了，實(shí)際上螺栓的預(yù)拉力還差的較多。

我們小組商量先做高強(qiáng)螺栓的扭矩系數(shù)試驗(yàn)，找出最合理的扭矩值后，再來做抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，以此來檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性和適用性。扭矩系數(shù)試驗(yàn)是將螺栓穿入軸力計(jì)，在測出螺栓預(yù)拉力P的同時(shí)，測出施加在螺母上的扭矩值T，按下式計(jì)算扭矩系數(shù)：

K=（平均值應(yīng)為0.110-0.150，偏差≤0.010）

T=施擰扭矩N·m d=高強(qiáng)螺栓公稱直徑 mm

P=螺栓預(yù)拉力 M22螺栓預(yù)拉力范圍：175KN～215KN

先按廠家提供的M22螺栓緊固扭矩750N.m進(jìn)行，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算后，扭矩系數(shù)比較大，K=750/161×22=0.212，遠(yuǎn)大于規(guī)范值范圍，同樣又做了2組試驗(yàn)，扭矩系數(shù)為0.261、0.257，都遠(yuǎn)大于規(guī)范值。通過對試驗(yàn)結(jié)果分析，扭矩系數(shù)偏大，這是熱浸鋅層引起的，而螺栓的預(yù)拉力值是不會因浸鋅而變化，故對此種螺栓不能以扭矩系數(shù)大小來確認(rèn)緊固扭矩，只能通過軸力計(jì)測得的預(yù)拉力值來計(jì)算扭矩系數(shù)。

試著將扭矩扳手的設(shè)定值調(diào)大，先加到780N.m，螺栓預(yù)拉力值有了提高，但還沒有達(dá)到規(guī)范取值范圍，已充分說明螺栓的預(yù)拉力就是受鋅膜的影響。經(jīng)過幾次試驗(yàn)，到840N.m時(shí)數(shù)據(jù)達(dá)到規(guī)范允許下限，860N.m時(shí)數(shù)據(jù)達(dá)到規(guī)范允許上限。綜合最后兩次的結(jié)果，選用850N.m進(jìn)行，連續(xù)試驗(yàn)三套，螺栓預(yù)拉力值結(jié)果為187、213、196KN，扭矩系數(shù)K分別為0.207、0.181、0.197。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，再多做5組試驗(yàn)，也才具有實(shí)際意義，并再次檢驗(yàn)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。隨機(jī)選5套螺栓，用850N.m扭矩試驗(yàn)，測得螺栓預(yù)拉力值分別為207、219、184、211、172KN，扭矩系數(shù)K分別為0.187、0.176、0.210、0.183、0.225。從中看出有的螺栓預(yù)拉力值沒有達(dá)到下限，有的超過上限，但大部分是符合的，綜合對比所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)后分析，并考慮到預(yù)拉力偏小很多的那種螺栓，我們小組最終確定M22的螺栓以850N.m扭矩來進(jìn)行施工，以確保達(dá)到規(guī)范要求的預(yù)拉力值。以同樣試驗(yàn)方式，確定M24螺栓以1000N.m扭矩進(jìn)行施工。QC小組以此扭矩再次做連接摩擦面抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果非常滿意，完全符合設(shè)計(jì)要求，這進(jìn)一步驗(yàn)證了試驗(yàn)的正確性。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出后，怎么對現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)施工呢？施工中都采用電動扳手來提高施工功效，不可能用扭矩扳手一個(gè)個(gè)擰緊螺栓，所以使用的電動扳手要有檔位可調(diào)的。在調(diào)好檔位后用扭矩測量扳手反復(fù)校正電動扳手的扭矩力與試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否一致，扭矩值過高，會使螺栓過擰，造成螺栓超負(fù)載運(yùn)行，隨著時(shí)間推移，會使螺栓產(chǎn)生裂紋等隱患。扭矩值過低，會使螺栓達(dá)不到緊固力，從而造成節(jié)點(diǎn)連接面摩擦系數(shù)降低，承載能力下降。為了保證螺栓緊固力滿足設(shè)計(jì)要求，每天上班使用電動扳手前，QC小組成員親自用扭矩測量扳手檢查，若有偏差及時(shí)校正電動扳手的扭矩力，然后才用于現(xiàn)場施工。

3 結(jié)語

通過QC攻關(guān)項(xiàng)目的運(yùn)用，我們成功解決了熱浸鋅高強(qiáng)螺栓不能達(dá)到緊固要求的問題。讓我感覺到通過QC攻關(guān)方法是解決實(shí)際問題最快捷、簡便的方法，將QC攻關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，更好地應(yīng)用到施工中去解決更多實(shí)際問題。

此高強(qiáng)螺栓的擰緊工藝，在后續(xù)類似工程中必將有更多有研究價(jià)值的問題出現(xiàn)，為同類鋼結(jié)構(gòu)施工積累施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB.50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]GB.50205-2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范.

[3]GB/T 1228-2006.鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓.endprint