簡支鋼桁梁高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場檢測技術(shù)

陳漢國 史曉貞

一、前言

高強(qiáng)螺栓（以下簡稱高栓）現(xiàn)在已大量使用在橋梁鋼結(jié)構(gòu)的連接施工中，普通螺栓可重復(fù)使用，但高栓不可重復(fù)使用，一般用于永久連接，對橋梁的安全運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。盡管國內(nèi)早已有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對高栓的施工和檢測有所規(guī)定，但高栓在現(xiàn)場的檢測和使用過程中，仍經(jīng)常發(fā)生問題，譬如高栓斷裂等，影響了施工質(zhì)量和橋梁安全，在此，本文結(jié)合簡支鋼桁梁的工程實(shí)際案例，對高栓的檢測工作進(jìn)行了檢測數(shù)據(jù)分析，并對其中發(fā)現(xiàn)的問題，提出了解決方法。

簡支鋼桁梁采用高栓連接，使用M24高栓70872套，M30高栓180960套。設(shè)計(jì)參數(shù)詳見下表：

規(guī)格項(xiàng)目M24 M30螺桿材質(zhì) 35VB 35VB螺母材質(zhì) 45鋼 45鋼墊圈材質(zhì) 45鋼 45鋼性能等級 10.9s 10.9s設(shè)計(jì)預(yù)拉力 240kN 360kN施工預(yù)拉力 252 kN 378 kN扭矩系數(shù)平均值 0.110～0.150 0.110～0.150

高栓均采用熱鐓生產(chǎn)工藝和表面磷化處理。

二、高栓檢測內(nèi)容與依據(jù)

高栓檢測內(nèi)容主要包括：力學(xué)性能檢測、抗滑移系數(shù)檢測、終擰檢查扭矩檢測、涂裝厚度與附著力檢測。

高栓檢測依據(jù)主要包括：《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(Q/CR9211-2015)、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50205-2001)、《鐵路鋼橋高強(qiáng)度螺栓連接施工規(guī)定(TBJ 214-1992)、《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》(GB/T 228.1-2010)、《鐵路鋼橋栓接板面抗滑移系數(shù)試驗(yàn)方法》(TB 2137-90)等。

三、高栓檢測分析

1.力學(xué)性能檢測

抽檢了12批次，均合格。按批進(jìn)行抽樣檢測，檢測項(xiàng)目包括連接副扭矩系數(shù)、螺栓楔負(fù)載、螺母保證荷載、螺母及墊圈的硬度，檢驗(yàn)數(shù)量為同批號、同性能等級抽取8套（同批最大數(shù)量3000套），當(dāng)螺栓長度小于等于三倍直徑時(shí)，如果無法做楔負(fù)載試驗(yàn)，允許以拉力載荷試驗(yàn)或芯部硬度試驗(yàn)替代楔負(fù)載試驗(yàn)；螺栓、螺母、墊圈的尺寸、外觀及表面缺陷檢驗(yàn)應(yīng)符合GB/T1231標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.抗滑移系數(shù)檢測

抽檢了2批次，均合格。每批試件的抗滑移系數(shù)的最下值不得小于0.45?？够葡禂?shù)μ的計(jì)算結(jié)果應(yīng)精確到小數(shù)點(diǎn)后2位。構(gòu)件拼裝前應(yīng)進(jìn)行抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)，以2000t為一批，不足2000t視為一批，每批在出廠時(shí)和架設(shè)時(shí)各檢驗(yàn)三組試件（二塊芯板、二塊蓋板為一組），抗滑移試件應(yīng)與鋼梁同材質(zhì)、同批制造、同一摩擦面處理工藝；試件出廠時(shí)抗滑移系數(shù)不小于0.55，安裝時(shí)不小于0.45；現(xiàn)場安裝前抗滑移試件，應(yīng)隨構(gòu)件同條件下運(yùn)輸至現(xiàn)場、同條件下存放；如抗滑移系數(shù)不符合要求，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)措施直至重新處理構(gòu)件，重新處理后，應(yīng)再次進(jìn)行抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，確認(rèn)抗滑移系數(shù)符合要求后方許拼裝。

3.終擰檢查扭矩檢測

抽檢了1007套，合格率99.3%，其中：欠擰5套，超擰1套，轉(zhuǎn)擰1套。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下表：

欠擰 合格 超擰 轉(zhuǎn)擰＜0.9 0.9～0.94 0.94～0.98 0.98～1.02 1.02～1.05 1.05～1.1 ＞1.1 1007套 5套 112套 102套 566套 110套 110套 1套 1套抽檢數(shù)量

通過檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，可知高栓的終擰檢查扭矩主要集中在0.95～1.05Tch之間，標(biāo)準(zhǔn)要求為0.9～1.1Tch，是符合要求的。但在檢測中，還是發(fā)現(xiàn)有欠擰、超擰和轉(zhuǎn)擰的高栓，其中超擰的雖然只有1個(gè)，占檢測比例的0.1%，但超擰容易引起高栓斷裂，欠擰的需補(bǔ)擰，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行復(fù)檢，而轉(zhuǎn)擰的需更換高栓，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行復(fù)檢，因此在施擰的過程中，一定要嚴(yán)格控制初擰、終擰的扭矩，對電動扳手要按規(guī)范進(jìn)行及時(shí)校準(zhǔn)。

四、高栓施擰檢測中容易出現(xiàn)的問題和解決方法

1.質(zhì)量管理

由于高栓施工經(jīng)驗(yàn)的不足，導(dǎo)致相關(guān)施擰人員對高栓施擰的操作方法和質(zhì)量管理認(rèn)識的欠缺。

解決方法：集中由專業(yè)人員指導(dǎo)、培訓(xùn)。

2.工具配置

高栓施擰工具的配置如不能完全滿足要求，將直接導(dǎo)致：

（1）施擰質(zhì)量不易達(dá)標(biāo)、合格率低。

（2）影響工程進(jìn)度。

解決方法：應(yīng)參照施擰工具的性能要求和鋼梁架設(shè)施組配置施擰工具。高強(qiáng)螺栓的初擰、終擰均使用定扭矩電動扳手，為便于現(xiàn)場操作管理和施工質(zhì)量控制，應(yīng)使用同一生產(chǎn)廠家、同一型號規(guī)格的終擰質(zhì)量檢查扳手。初擰、終擰扳手嚴(yán)格分開，不能使用電動扳手的部位采用數(shù)顯扳手或表盤扳手施擰。施擰扳手的標(biāo)定次數(shù)為每班上班前和下班后各一次。標(biāo)定誤差規(guī)定為上班前標(biāo)定不得大于規(guī)定值的±3%；下班后標(biāo)定不得大于規(guī)定值的±5%。對每臺電動扳手和控制器，應(yīng)固定配套編號，不得混雜，使用過程中不得隨意調(diào)節(jié)控制器的旋紐，并指定專人使用。使用扭矩系數(shù)試驗(yàn)儀用當(dāng)天上橋螺栓標(biāo)定施擰扳手，可同時(shí)測出當(dāng)天上橋高強(qiáng)度螺栓的扭矩系數(shù)，堅(jiān)持對每天測出的扭矩系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即使溫度、濕度發(fā)生較大變化，也可正確選用施擰扭矩，消除因扭矩系數(shù)發(fā)生變化而對高強(qiáng)度螺栓終擰預(yù)拉力的影響。

3.責(zé)任意識

由于部分施擰人員的文化素質(zhì)偏低、責(zé)任意識較差，導(dǎo)致其工作的隨意性，最終使高栓的施擰工作質(zhì)量無法保證。

解決方法：應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)，嚴(yán)格采取考核制度，直至所有參與施擰人員能認(rèn)識施擰的重要性，并熟悉和掌握施擰全過程，方能掛牌上崗施工。

4.高栓檢測

（1）高栓扭矩系數(shù)偏高或偏低

如果高栓進(jìn)場和使用時(shí)間間隔過長，隨著季節(jié)的變化，其溫度將相差過大，最終致使扭矩系數(shù)偏高或偏低，一般溫度每上升或降低10℃，扭矩系數(shù)減少或增加6.7%。

解決方法：最好的解決方法當(dāng)然是退回廠家重新表面處理，使其扭矩系數(shù)在合格范圍。另外在高栓供貨前，應(yīng)充分考慮溫度濕度因素對高栓扭矩系數(shù)的影響，給予其提前量，以免再出現(xiàn)該問題。

（2）高栓的樣品標(biāo)準(zhǔn)差偏大

高栓其標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于或等于0.010。但現(xiàn)場有時(shí)可能會超過。

解決方法：當(dāng)排除人為或儀器因素后，應(yīng)返回廠家重新表面處理，使其扭矩系數(shù)在合格范圍，同時(shí)其標(biāo)準(zhǔn)偏差合格。

5.高栓檢測的時(shí)效性

高栓數(shù)量多，其終擰檢查又有時(shí)效性，《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》（鐵建設(shè)【2010】241號）中第15章節(jié)15.2.7要求終擰檢查應(yīng)在終擰4h以后開始，24h之內(nèi)對全部高強(qiáng)度螺栓完成檢查。

解決方法：現(xiàn)場要調(diào)控終擰的時(shí)間，以便為終擰檢查提供足夠的時(shí)間。

五、結(jié)語

通過對高栓檢測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)高栓施工和檢測工作中，容易出現(xiàn)問題的是高栓現(xiàn)場施擰扭矩值的控制和管理，因此高栓檢測的重點(diǎn)內(nèi)容是對高栓扭矩系數(shù)和扭矩值的測定，只有加強(qiáng)高栓施擰時(shí)人員、設(shè)備、溫度、濕度、保存的質(zhì)量管控和施擰扭矩值的檢測，才能真正保證現(xiàn)場高栓施擰的施工質(zhì)量，極大減少高栓斷裂等問題的發(fā)生。