公安長江大橋斜拉橋鋼桁梁高強(qiáng)度螺栓施工

柳振興

摘 要：新建蒙西至華中鐵路為國家北煤南運戰(zhàn)略的重點工程，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著十分重要的意義。公安長江公鐵兩用特大橋為蒙華鐵路的標(biāo)志性、重要節(jié)點工程。其主橋設(shè)計為（98+182+518+182+98）m雙塔鋼桁斜拉橋，上部結(jié)構(gòu)為栓焊鋼桁梁，工地連接除橋面板接頭有焊接外，其余均為高強(qiáng)度螺栓連接，高強(qiáng)度螺栓的施擰直接影響全橋的質(zhì)量和安全運營。此論文將對公安長江大橋主橋鋼桁梁高強(qiáng)螺栓施工過程和控制要點進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：長江大橋；斜拉橋鋼；螺栓施工

中圖分類號：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0106-03

1 概述

1.1 工程概況

公安長江公鐵兩用特大橋通航孔斜拉橋為（98+182+ 518+182+98）m雙塔鋼桁斜拉橋，全長1078m。主梁為“N”字形桁式，采用焊接的整體節(jié)點，工地架設(shè)時，在節(jié)點之外用高強(qiáng)度螺栓拼接。主桁桁高13m，節(jié)間距14m，主桁橫向中心距為14m，主桁節(jié)點處兩側(cè)設(shè)傾斜副桁，上端連接橫梁端部，下端連接下弦節(jié)點。橋面分兩層布置，上層橋面為4車道公路，橋面寬26m。下層橋面為雙線鐵路，線間距4.2m。主梁橫斷面布置見下圖1。

全橋采用M22、M24、M30共3種規(guī)格高強(qiáng)度螺栓，共計約67.5萬套。各種高強(qiáng)度螺栓規(guī)格參數(shù)見下表1。

1.2 高強(qiáng)螺栓的工作原理及影響因素

高強(qiáng)度螺栓連接形式分為摩擦型、張拉連接和承壓連接三種。本橋高栓屬于摩擦型，是通過緊固螺栓連接副，使被連接件間產(chǎn)生摩擦阻力以傳遞荷載的連接方式。是通過板件間的抗滑力來傳遞剪力，以連接件之間出現(xiàn)滑移為其承載能力的極限狀態(tài)。其連接的可靠性是由其預(yù)緊力來設(shè)計和判斷的。本橋采用扭矩法進(jìn)行高拴施擰，影響其終擰預(yù)拉力的因素有一下幾個方面：①高栓的扭矩系數(shù)；②高栓的施工工藝；③施擰工具標(biāo)定的方法及準(zhǔn)確度；④電源電壓變化對變動扳手的影響。其中，扭矩系數(shù)的變化是主要因素。

2 高強(qiáng)度螺栓施工工藝流程

高強(qiáng)度螺栓的驗收→高強(qiáng)螺栓的保管→高強(qiáng)螺栓施擰工藝實驗→高強(qiáng)螺栓施擰扭矩值計算→高強(qiáng)螺栓連接副安裝→高強(qiáng)螺栓初擰→高強(qiáng)螺栓終擰→高強(qiáng)螺栓終擰檢查。

3 高強(qiáng)度螺栓的驗收與保管

3.1 高強(qiáng)度螺栓的驗收

高強(qiáng)度螺栓根據(jù)GB/T1228～1231-2006的規(guī)定，進(jìn)行進(jìn)場驗收，不合格產(chǎn)品不得使用。生產(chǎn)廠應(yīng)以批為單位，提供產(chǎn)品質(zhì)量檢驗報告（含扭矩系數(shù)）及出廠合格證，施工現(xiàn)場應(yīng)對高強(qiáng)度螺栓連接副，進(jìn)行外形尺寸、形位公差、表面缺陷、螺紋參數(shù)、機(jī)械性能、螺紋脫碳、扭矩系數(shù)、標(biāo)記與包裝等檢查和復(fù)驗，并做好記錄，不合格產(chǎn)品不得使用。

同一性能等級、材料、爐號、螺紋規(guī)格、長度（當(dāng)螺栓長度≤100mm時，長度相差≤15mm；螺栓長度>100mm時，長度相差≤20mm，可視為同一長度）、機(jī)械加工、墊處理工藝、表面處理工藝的螺栓為同批。同批高強(qiáng)度螺栓連接副最大數(shù)量為3000套。

3.2 高強(qiáng)度螺栓的使用及保管

（1）高拴庫房應(yīng)能滿足現(xiàn)場施工用進(jìn)場螺栓存放面積需要，庫房應(yīng)防雨、防潮，下面以木板墊高，通風(fēng)良好，防止銹蝕和表面狀態(tài)改變，影響螺栓的扭矩系數(shù)。庫房濕度符合規(guī)定并設(shè)置濕度計監(jiān)測。

（2）螺栓、螺母及墊圈入庫時應(yīng)核查數(shù)量，入庫后要建立明細(xì)庫存表、發(fā)放登記表，加強(qiáng)管理。

（3）高強(qiáng)度螺栓連接副應(yīng)按包裝箱上注明的批號、規(guī)格、廠家分類保管，室內(nèi)架空存放，堆放不宜超過5層。保管期內(nèi)不得任意開箱，防止生銹和沾染臟物。

（4）領(lǐng)用高強(qiáng)度螺栓必須嚴(yán)格按節(jié)點圖上實際需用規(guī)格、數(shù)量領(lǐng)取，一般不得以短代長或以長代短。

（5）施工現(xiàn)場必須用規(guī)定的工具袋將螺栓運到現(xiàn)場，在搬運過程中要輕拿輕放，防止碰損絲扣及沾污泥砂。

（6）高強(qiáng)度螺栓箱外裸露，尤其施擰前散放在橋上長時間裸露，會導(dǎo)致扭矩系數(shù)發(fā)生變化，因此應(yīng)根據(jù)當(dāng)天施擰實際需用規(guī)格和數(shù)量領(lǐng)取高強(qiáng)度螺栓。在橋上使用前開箱，用多少開多少，先用先開。當(dāng)天安裝剩余的高強(qiáng)度螺栓必須放入箱中封閉，不允許高強(qiáng)度螺栓在橋上裸露過夜。

4 施擰工藝試驗

本橋高強(qiáng)度螺栓采用扭矩法施擰。施工前應(yīng)做好施擰工藝性試驗，內(nèi)容如下：

（1）高強(qiáng)度螺栓的扭矩系數(shù)試驗。從某一生產(chǎn)批的產(chǎn)品中隨即抽取25組，每組5套共125套高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行扭矩系數(shù)試驗。檢驗工廠近期產(chǎn)品的整體質(zhì)量狀況，并用數(shù)理統(tǒng)計原理推斷樣品扭矩系數(shù)平均值，反映整批扭矩系數(shù)平均值代表性的大小，作為施工過程中調(diào)整施擰扭矩和保證高栓施擰預(yù)拉力滿足設(shè)計要求的重要參考指標(biāo)。

扭矩系數(shù)測定，采用扭矩系數(shù)試驗儀進(jìn)行。該儀器能同時顯示施擰扭矩和螺栓軸力。根據(jù)扭矩系數(shù)計算公式：K=T/P·D[式中：K-扭矩系數(shù)；T-施擰扭矩（N·m）；P-螺栓軸力（kN）；D-螺栓公稱直徑（mm）]，即可得出螺栓的扭矩系數(shù)。

（2）高強(qiáng)度螺栓的扭矩系數(shù)復(fù)檢。高強(qiáng)度螺栓連接副應(yīng)按出廠批號復(fù)驗扭矩系數(shù)，每批號抽驗不少于8套，其平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)符合要求。不同批號高強(qiáng)度螺栓、螺母、墊圈分類造冊，同批號螺栓連接副進(jìn)行扭矩系數(shù)復(fù)檢，施工時保持同一扭矩。

（3）高強(qiáng)度螺栓緊扣扭矩試驗。本橋高栓終擰檢查采用緊扣法檢查，用檢查扭矩扳手?jǐn)Q緊螺母，測得螺栓和螺母剛發(fā)生微小相對轉(zhuǎn)角時的扭矩，緊扣比應(yīng)在0.9～1.1的緊扣檢查扭矩范圍內(nèi)。從每供貨批高栓中分別抽取數(shù)個生產(chǎn)批，每批各抽取8套螺栓進(jìn)行緊扣檢查扭矩試驗及緊扣扭矩實物對比試驗，求出各供貨批高栓的緊扣比（緊扣扭矩與終擰扭矩的比值）平均值從而制定緊扣檢查扭矩。

（4）溫度與濕度對扭矩系數(shù)的影響試驗。當(dāng)工地的環(huán)境溫度和相對濕度發(fā)生大的變化時，及時抽取一定生產(chǎn)批的高栓進(jìn)行扭矩系數(shù)復(fù)驗，根據(jù)復(fù)驗結(jié)果調(diào)整終擰扭矩。

（5）栓接板面滑動摩擦系數(shù)試驗。鋼梁出廠時，制造廠應(yīng)每2000t鋼梁提供一組抗滑移系數(shù)試驗資料及工地復(fù)驗?zāi)Σ撩婵够嚰?，出廠時的抗滑系數(shù)值應(yīng)不小于0.55，工地復(fù)驗不小于0.45。

5 高強(qiáng)度螺栓的安裝與施擰

5.1 施擰工具準(zhǔn)備

5.1.1 施擰工具選擇

本橋高強(qiáng)度螺栓施擰采用扭矩法施工。M22、M24、M30高強(qiáng)度螺栓初擰及終擰分別采用200～1500（N·m）、200～1500（N·m）、400～2500（N·m）電動扳手。

5.1.2 施擰工具的校驗與保管

（1）電動扳手均需編號，建立履歷表，詳細(xì)登記。每把扳手建立一本標(biāo)定記錄簿，詳細(xì)記錄標(biāo)定情況，扳手由試驗室統(tǒng)一保管和發(fā)放。電扳控制儀要與電扳固定配套編號，不得混雜，使用時不得隨意調(diào)換控制儀或調(diào)節(jié)控制儀旋扭。

（2）電動扳手的正常使用期限規(guī)定為連續(xù)使用4小時，超過4小時后應(yīng)重新標(biāo)定，若其它原因影響不能連續(xù)施擰，則每臺扳手施擰400～600套螺栓后必須重新標(biāo)定。

（3）每天班前班后必須采用不少于5套高拴對使用的扳手進(jìn)行標(biāo)定，以確定當(dāng)天施擰扭矩平均值，并與扭矩規(guī)定值進(jìn)行對比。上班前控制誤差不能超過3%，下班后誤差應(yīng)在5%以內(nèi)，標(biāo)定時做好詳細(xì)記錄。

（4）本項目采用扭矩系數(shù)儀對電動扳手進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定須使用與當(dāng)天所施擰螺栓為同一規(guī)格、批號的高強(qiáng)度螺栓，因此，每天的電動扳手標(biāo)定，也是對當(dāng)天使用螺栓進(jìn)行扭矩系數(shù)的復(fù)驗。

（5）電扳使用過程中若發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，或因保管不善被碰撞應(yīng)停止使用，立即檢查校正，并做好詳細(xì)記錄。

5.2 高栓施擰扭矩值計算

（1）高強(qiáng)度螺栓初擰值取終擰值的50%。

（2）終擰采用扭矩法，用電動扳手將初擰后的螺栓擰緊到終擰值?？紤]到螺栓預(yù)拉力損失及施工誤差，實際使用扭矩按設(shè)計預(yù)拉力提高10%確定。扭矩值按下式計算：T=K·P·D [T—扭矩值（N·m）；K—扭矩系數(shù)（按試驗的數(shù)理統(tǒng)計值）；P—螺栓的施工預(yù)拉力（KN）（設(shè)計預(yù)拉力的1.1倍）；D—螺栓的公稱直徑（mm）]

上式扭矩系數(shù)值，隨各種自然及人為因素的變化，跟蹤取得試驗資料作相應(yīng)修改，做好各類螺栓在不同溫度、濕度情況下的扭矩系數(shù)試驗，施工過程中按工藝要求做好施工記錄。

5.3 高栓連接副的安裝

（1）桿件組拼前應(yīng)清除栓合面油水污垢及毛刺，栓孔內(nèi)的污銹應(yīng)同時清理干凈。螺栓絲扣損壞、彎曲、銹蝕、污染塵土者不能使用。

（2）對高強(qiáng)度螺栓要加強(qiáng)管理，同一批號的高強(qiáng)度螺栓、螺母、墊圈使用于一個部位，不得混用。

（3）螺栓穿放時應(yīng)自由通過栓孔，不得用錘敲打，以免損壞絲扣，如發(fā)現(xiàn)不能順利穿入應(yīng)報告，不得擅自處理，更不得強(qiáng)行用錘敲打穿入。高強(qiáng)螺栓長度、直徑應(yīng)按螺栓標(biāo)注圖辦理。不得以短代長或以長代短，嚴(yán)格按照螺栓標(biāo)注圖中的板束厚度與螺栓長度對照進(jìn)行穿放。

（4）墊圈穿放時將有倒角的一面分別貼向螺桿根部及螺母支承面，螺母有數(shù)字標(biāo)志或開設(shè)有倒角的一面應(yīng)朝外，不得裝反。

（5）弦桿對接完成并上足50%的沖釘后吊機(jī)方能松鉤，松鉤后立即安裝50%的螺栓，并按規(guī)定將安裝好的50%的螺栓初擰，然后再將50%的沖釘分批更換為螺栓并初擰，一次更換的沖釘數(shù)量不應(yīng)超過沖釘總數(shù)的20%。螺栓施擰前須用套筒扳手進(jìn)行一般擰緊，防止電動扳手施擰時墊圈轉(zhuǎn)動影響扭矩系數(shù)。

5.4 高拴施擰

5.4.1 施擰條件要求

電扳所用電源電壓要求穩(wěn)定。施擰時應(yīng)鋪設(shè)專用高拴施擰電源線路，使其與大型機(jī)具電源分開，避免起動時電壓波動影響電扳輸出扭矩，導(dǎo)致螺栓預(yù)緊力誤差增大。電扳使用配置穩(wěn)壓器，使電壓控制在200-220V之間。穩(wěn)壓器輸出電源線長度一般不超過15m，防止太長的線路引起電扳電壓的降低。

雨天或螺栓表面霧氣未干不得進(jìn)行施擰。夏季高溫時應(yīng)避開中午高溫時段施擰?，F(xiàn)場空氣濕度大于85%時，不得進(jìn)行高拴施工。

5.4.2 施擰方法

對不同扭矩系數(shù)的高栓使用不同扭矩值的扳手進(jìn)行施擰。同一批號的高強(qiáng)度螺栓、螺母、墊圈使用于一個部位，不要混用。施擰須從螺栓群中心向外擴(kuò)展逐一擰緊，否則影響螺栓群的合格率。螺栓施擰過程中應(yīng)用扳手卡死螺栓頭部，防止螺桿隨扳手一齊轉(zhuǎn)動。初終擰完畢即用不同顏色記號筆在螺栓端頭逐個作出標(biāo)志，防止重擰和漏擰。具體方法如下：

（1）初擰。弦桿對接完成并上足50%的沖釘后吊機(jī)方能松鉤，松鉤后立即安裝50%的螺栓，并按規(guī)定將安裝好的50%的螺栓初擰，然后再將50%的沖釘分批更換為螺栓并初擰。節(jié)點螺栓全部更換完成并初擰后再一起進(jìn)行終擰，嚴(yán)禁一次將螺栓終擰到位。螺栓施擰時按照從栓群中心向四周、由夾緊端向自由端的方向進(jìn)行，以利板束壓平及減少螺栓之間的相互影響，嚴(yán)禁隨意進(jìn)行施擰。高強(qiáng)度螺栓初擰的目的是為了既可把板縫夾緊，又在終擰時無需松扣，同時使電動扳手不帶過大負(fù)荷啟動。初擰值取終擰值的50%，每個螺栓初擰后須及時在螺桿頭部做點標(biāo)記，之后對已初擰完螺栓做點并劃線標(biāo)記（做點或劃線均用白色油漆，劃線方法為沿螺桿、螺母棱角、墊圈劃一直線，便于終擰后檢查螺母，墊圈轉(zhuǎn)動情況）。

（2）終擰。終擰采用扭矩法，使用設(shè)定好扭矩值的終擰電動扳手完成。按照從栓群中心向四周、由夾緊端向自由端的方向，將初擰后的螺栓擰至終擰值。終擰并檢查合格的螺栓群，在螺桿頭部劃線做出標(biāo)記（紅色油漆），以便檢查有無漏擰情況。

6 施擰質(zhì)量檢查

6.1 螺栓的檢查數(shù)目及時間

主桁節(jié)點栓群螺栓的抽查數(shù)量為其總數(shù)的5%，但不少于5套；橋面板縱橫肋的抽查數(shù)量為其總數(shù)的5%，但不少于2套。每個栓群不合格數(shù)量不超過抽查總數(shù)的20%，如超過此值，則繼續(xù)抽查至累計總數(shù)的80%合格為止，然后對欠擰者補(bǔ)擰，超擰者更換螺栓重新擰緊，欠擰螺栓在補(bǔ)擰后應(yīng)用紅色油漆再在該螺栓絲扣端頭部劃線標(biāo)識。

檢查需在該節(jié)點螺栓全部終擰完4h以后、24h之內(nèi)完成。

6.2 檢查方法及控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）本橋高拴終擰檢查采用緊扣法，檢查工具為便攜式自控數(shù)顯手動扭矩檢查扳手。檢查扳手使用前必須標(biāo)定，其扭矩誤差不得大于使用扭矩值的±3%。

（2）初擰檢查：采用0.3kg小錘敲擊螺母一側(cè)，手按住相對的另一側(cè)，如顫動較大者為不合格，應(yīng)再補(bǔ)擰，合格后劃線。

（3）終擰檢查：首先檢查初擰劃線，再看終擰后螺母的轉(zhuǎn)動角度，即可判斷是否漏擰，同時也可發(fā)現(xiàn)墊圈、螺桿是否轉(zhuǎn)動。然后用標(biāo)定好的檢查扳手?jǐn)Q緊螺母，讀取螺母剛發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的扭矩值。欠擰或超擰值均不大于檢查扭矩值的10%判為合格，緊扣檢查扭矩值由試驗確定。