談?lì)A(yù)制鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓直接張力指示器緊固法

王 東

(中化二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度六角螺栓直接張力指示器緊固法是在高強(qiáng)螺栓緊固時(shí)采用的一種特殊墊圈。該墊圈就像一個(gè)特殊的小型稱(chēng)重計(jì)，在螺栓緊固過(guò)程中測(cè)量螺栓拉力。當(dāng)螺栓緊固到螺栓最小預(yù)拉伸力1.1 倍～1.2 倍時(shí)，直接張力指示器內(nèi)部的硅氧樹(shù)脂會(huì)噴出，表明該螺栓已緊固到位。該方法完全不存在扭矩對(duì)拉伸力的影響，不會(huì)發(fā)生螺栓漏緊，安裝工人只需目測(cè)就能判斷螺栓是否緊固到位。這是到目前為止，預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓緊固的最簡(jiǎn)單方法。

1 概述

在安裝預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，六角高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉伸力是衡量螺栓連接可靠性的重要指標(biāo)，為了使高強(qiáng)螺栓達(dá)到所需要的預(yù)拉伸力，目前國(guó)內(nèi)普遍采用的螺栓緊固方法是轉(zhuǎn)角緊固法和力矩緊固法。以上兩種方法都不能直觀反映螺栓的預(yù)拉伸力，而且施工質(zhì)量不易控制。本文根據(jù)在沙特阿美火炬改造項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)安裝的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)外工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求，指出轉(zhuǎn)角法和力矩法存在的缺點(diǎn)，淺述直接張力指示器緊固法的施工工藝，并與另外兩種方法進(jìn)行比較，突出該緊固法的優(yōu)勢(shì)所在。

2 轉(zhuǎn)角緊固法

2.1 轉(zhuǎn)角法概述

轉(zhuǎn)角緊固法是通過(guò)螺栓的伸長(zhǎng)量來(lái)確定螺栓的預(yù)拉伸力，而螺栓的伸長(zhǎng)量則由螺帽的轉(zhuǎn)角角度來(lái)判斷。轉(zhuǎn)角法需先將螺栓擰緊到“密貼”狀態(tài)，消除板疊縫隙和變形的影響，然后在此基礎(chǔ)上，通過(guò)將螺帽旋轉(zhuǎn)一定角度來(lái)對(duì)螺栓施加預(yù)拉力，此時(shí)螺帽旋轉(zhuǎn)角度等同于對(duì)螺栓施加軸向伸長(zhǎng)量。

2.2 工藝缺點(diǎn)

1)“密貼”狀態(tài)不易控制。螺母轉(zhuǎn)角量跟螺母與鋼板間以及鋼板與鋼板間接觸的緊密程度有極大的關(guān)系。接觸松，則旋緊螺母所需的轉(zhuǎn)角量增大;接觸緊，則旋緊螺母所需的轉(zhuǎn)角量減小。因此，在采用轉(zhuǎn)角法之前，必須先將螺帽旋緊至一定的緊密程度，然而因在實(shí)際安裝中由于擰緊工況的不同、螺栓質(zhì)量的差異、連接副接觸面的不平整以及氣候變化等因素的影響，“密貼”狀態(tài)并不容易控制。

2)易出現(xiàn)過(guò)擰或欠擰問(wèn)題。轉(zhuǎn)角法需先將螺栓擰緊到“密貼”狀態(tài)，然而由于“密貼”狀態(tài)的不易控制，會(huì)造成一個(gè)連接副上的螺栓拉伸力不盡相同，在這種情況下對(duì)螺母施擰相同轉(zhuǎn)角量，勢(shì)必造成拉伸力大的螺栓過(guò)擰，而拉伸力小的螺栓欠擰。螺栓的過(guò)擰和欠擰都會(huì)造成連接副的摩擦力不夠而最終導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。

3)檢驗(yàn)程序繁瑣。轉(zhuǎn)角法緊固螺栓過(guò)程中需進(jìn)行如下檢驗(yàn):

a.核實(shí)所有連接副的預(yù)安裝已完成;b.檢查連接副達(dá)到“密貼”狀態(tài);c.檢查并標(biāo)記連接副螺栓的初始狀態(tài);d.檢查并標(biāo)記螺栓的終擰狀態(tài);e.見(jiàn)證安裝工人用轉(zhuǎn)角法緊固螺栓的整個(gè)過(guò)程。

3 力矩緊固法

3.1 力矩法概述

力矩緊固法是通過(guò)使用專(zhuān)用的力矩扳手對(duì)高強(qiáng)螺栓的螺母施擰，令其旋轉(zhuǎn)并向螺栓方向緊固來(lái)壓緊連接副，最終達(dá)到將擰緊力矩轉(zhuǎn)化為螺栓的預(yù)拉力的目的。與轉(zhuǎn)角法一樣，力矩法也要在連接副達(dá)到“密貼”狀態(tài)時(shí)才能進(jìn)行，否則將導(dǎo)致螺栓的拉伸力不足和接頭松動(dòng)。

3.2 工藝缺點(diǎn)

1)影響扭矩和張力關(guān)系的變量多。當(dāng)使用扭矩控制安裝方法時(shí)，影響扭矩和張力關(guān)系的變量很多，以下任何一個(gè)因素都會(huì)引起扭矩和張力關(guān)系的變化，如:a.螺栓和螺母螺紋的精密度和偏差;b.潤(rùn)滑的統(tǒng)一性、程度和狀況;c.車(chē)間或工作位點(diǎn)的條件影響到灰塵、污垢或者螺紋的腐蝕;d.在旋轉(zhuǎn)元件(螺母面和螺栓頭的支撐面)和支撐表面之間存在一定程度可變的摩擦;e.由于氣路長(zhǎng)度或者從同一氣源操作的扳手?jǐn)?shù)量導(dǎo)致的擰緊扳手的氣源參數(shù)的可變性;f.扭矩扳手的狀況、潤(rùn)滑和電源，可能在工作輪班中改變;g.任何扳手對(duì)于所使用扭矩水平的敏感和反映的性能的重復(fù)性。

2)緊固扳手校正頻率高。力矩法所使用的氣動(dòng)扳手必須每天進(jìn)行力矩校正，而且在安裝過(guò)程中發(fā)生以下任何一種情況時(shí)還需重新進(jìn)行校正:a.當(dāng)緊固套件的任何零件的批次被更換;b.當(dāng)緊固套件的任何零件的批次被重新潤(rùn)滑;c.當(dāng)螺紋、螺母或者墊片的表面條件的重大差異被發(fā)現(xiàn);d.當(dāng)扳手的任何零件包括潤(rùn)滑、軟管和氣源發(fā)生改變。

3)檢查工程量大，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。力矩法緊固完成的螺栓需逐個(gè)進(jìn)行力矩檢查，工程量大，而且操作力矩扳手需要安裝工人配合，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。

4 直接張力指示器緊固法

4.1 直接張力指示器緊固法的操作過(guò)程

1)直接張力指示器驗(yàn)證。a.在開(kāi)始安裝前，直接張力指示器需使用張力校驗(yàn)器進(jìn)行驗(yàn)證。b.將螺桿、螺母、直接張力指示器及平墊片裝入張力校驗(yàn)器。在5 s～10 s 時(shí)間內(nèi)，使用扳手將螺栓緊固到其最小預(yù)拉伸力的1.1 倍～1.2 倍。c.一旦緊固到位，觀察直接張力指示器的外觀、硅樹(shù)脂流出量以及指示器底部周?chē)鷩娚涑龉铇?shù)脂的點(diǎn)數(shù)。指示器周?chē)鷩娚涑龉铇?shù)脂的點(diǎn)數(shù)不少于指示器接觸面凸起數(shù)減一，例如指示器有5 個(gè)凸起，那就至少要在周?chē)? 個(gè)點(diǎn)處噴射出硅樹(shù)脂。重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)次并從視覺(jué)上清楚螺栓緊固到位必須噴射出多少硅樹(shù)脂。最后，可以將張力校驗(yàn)器的指示表盤(pán)蓋住，緊固螺栓直到目測(cè)認(rèn)為張力指示器噴射出的硅樹(shù)脂量達(dá)到要求后停止，然后掀開(kāi)檢查張力校驗(yàn)器所示的預(yù)拉伸力是否達(dá)到。

2)ASTM F436 墊圈的使用。當(dāng)使用直接張力指示器緊固法時(shí)，應(yīng)按如下要求使用ASTM F436 墊圈:a.當(dāng)螺母被轉(zhuǎn)動(dòng)，直接張力指示器位于螺栓頭下方時(shí)，應(yīng)在螺母下方使用ASTM F436 墊圈。b.當(dāng)螺母被轉(zhuǎn)動(dòng)，直接張力指示器位于螺母下方時(shí)，應(yīng)在螺母和直接張力指示器之間使用ASTM F436 墊圈。c.當(dāng)螺栓頭被轉(zhuǎn)動(dòng)，直接張力指示器位于螺母下方時(shí)，應(yīng)在螺栓頭下方使用ASTM F436 墊圈。d.當(dāng)螺栓頭被轉(zhuǎn)動(dòng)，直接張力指示器位于螺栓頭下方時(shí)，應(yīng)在螺栓頭和直接張力指示器之間使用ASTM F436 墊圈。

3)初擰階段。按要求正確裝配好螺栓連接副，將所有螺栓初步擰緊到“密貼”工況。要確保直接張力指示器未被壓縮到“密貼”狀態(tài)?！懊苜N”初擰從連接剛性最大的部分開(kāi)始系統(tǒng)地進(jìn)行。

4)終緊階段。對(duì)所有螺栓繼續(xù)施加緊固力矩，直到大量的硅樹(shù)脂從指示器底部周?chē)鷩娚涑觥＞o固過(guò)程中，注意觀察指示器周?chē)鷩娚涑龉铇?shù)脂的點(diǎn)數(shù)(幾處)，直到點(diǎn)數(shù)達(dá)到驗(yàn)證數(shù)量后再停止緊固。最終緊固從連接剛性最大的部分開(kāi)始系統(tǒng)地進(jìn)行，這樣可以使原來(lái)張緊的螺栓的松弛最小化。

4.2 與轉(zhuǎn)角法和力矩法比較

1)安裝工序簡(jiǎn)單，效率高。直接張力指示器緊固法不存在力矩法中對(duì)扳手的頻繁校正，也省去了轉(zhuǎn)角法轉(zhuǎn)角前的標(biāo)記和檢查。該方法對(duì)工人技術(shù)水平要求低，安裝工人只需用氣動(dòng)扳手將螺栓緊固到張力指示器噴射出硅氧樹(shù)脂即可。檢查員只要檢查噴射出的硅氧樹(shù)脂狀態(tài)便可知曉螺栓緊固是否合格。

2)不會(huì)發(fā)生“漏擰”和“重復(fù)擰”。直接張力指示器緊固法以張力指示器噴射出硅氧樹(shù)脂為合格，噴射出的硅氧樹(shù)脂會(huì)凝固在指示器周?chē)?，是螺栓緊固合格后必然生成的醒目標(biāo)識(shí)，不存在人為疏漏造成的漏標(biāo)和錯(cuò)標(biāo)，從而也不會(huì)發(fā)生“漏擰”和“重復(fù)擰”，能有效保證安裝質(zhì)量。

3)檢查簡(jiǎn)便直觀，不需使用工具和標(biāo)記。直接張力指示器緊固法的檢驗(yàn)根據(jù)張力指示器周?chē)鷩娚涑龉柩鯓?shù)脂的點(diǎn)數(shù)判斷，以點(diǎn)數(shù)不少于指示器接觸面凸起數(shù)減一為合格。該法的檢驗(yàn)方法為目測(cè)，不需要使用檢驗(yàn)工具和檢驗(yàn)標(biāo)記，也不需要安裝工人配合，省時(shí)省力。

5 結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)角法和力矩法施工工藝復(fù)雜，工作效率低，而且施工質(zhì)量不易控制，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)安裝工人的技術(shù)水平和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)要求較高。直接張力指示器緊固法較以上兩種方法具有工藝簡(jiǎn)單、效率高、安裝質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)度快、質(zhì)量好，適合大規(guī)模預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)的集中安裝。我相信，隨著我國(guó)工程建設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展，直接張力指示器緊固法會(huì)很快普及到今后的預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中。

［1］Specification for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts，Research Council on Structural Connections，2004.

［2］Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts，Research Council on Structural Connections，2009.

［3］GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.