淺析高強(qiáng)螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)檢測(cè)誤區(qū)

朱朋輝

(常州市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 江蘇常州 213000)

高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的抗滑移系數(shù)是摩擦型高強(qiáng)度螺栓承載力主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一，直接影響構(gòu)件的承載力?？够葡禂?shù)試驗(yàn)作為鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中的強(qiáng)制條文，其試驗(yàn)結(jié)果必須符合設(shè)計(jì)要求。但在日常檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)影響高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)的檢測(cè)存在三個(gè)方面的誤區(qū)。

1 所有高強(qiáng)螺栓都必須做抗滑移系數(shù)的檢測(cè)

在日常檢測(cè)中，曾經(jīng)收到委托送檢的樣品試件為：M20的螺栓連接厚度t1、t2均為8、6mm，寬b為 100mmQ的235鋼板，設(shè)計(jì)抗滑移系數(shù)為0.45。接到樣品，我就提出該試件鋼板厚度過薄不符合要求，不能試驗(yàn)。原因是我們抗滑移的試件達(dá)到的芯板也就是t1的屈服強(qiáng)度荷載為F=ReH*S0=188kN而我們要達(dá)到抗滑移系數(shù)為0.45所需的荷載為NV=μ*nf*（i=1,m）=284kN，也就是說在實(shí)驗(yàn)過程中就會(huì)發(fā)現(xiàn)抗滑移試件的芯板和蓋板未發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，芯板先發(fā)生屈服變形甚至縮頸斷裂，不能反映摩擦面狀態(tài)檢測(cè)出該試件的抗滑移荷載。這樣的樣品試件是怎么形成的呢？經(jīng)了解，該工程項(xiàng)目中用到了M20*45的高強(qiáng)螺栓用來連接次梁和系桿用的，監(jiān)理單位就嚴(yán)格按照規(guī)范要求，一定要用這種螺栓來做抗滑移系數(shù)的檢測(cè)。這就形成了高強(qiáng)螺栓抗滑移檢測(cè)的一個(gè)誤區(qū)，高強(qiáng)度螺栓大多依靠壓緊力所產(chǎn)生的靜摩擦力來抵抗外界荷載；既然是摩擦力，當(dāng)然有摩擦系數(shù)，在這里就是“抗滑移系數(shù)”。高強(qiáng)螺栓抗滑系數(shù)指的是：安裝高強(qiáng)螺栓部位，由高強(qiáng)螺栓連接在一起的構(gòu)件間的接觸面之間的摩擦系數(shù)。接觸面之間須有足夠的摩擦系數(shù)才能保證高強(qiáng)螺栓安裝擰緊后具有足夠的摩擦力。上述所用的高強(qiáng)螺栓在構(gòu)件的受力體系中僅僅有軸向拉力，起連系作用，接觸面都沒有，何來的抗滑移系數(shù)呢？另外，我們現(xiàn)行的規(guī)范對(duì)抗滑移系數(shù)的說法比較含糊，其實(shí)抗滑移系數(shù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的根本目的是檢測(cè)構(gòu)件表面的除銹能力，高強(qiáng)螺栓在抗滑移系數(shù)檢測(cè)體系中起得僅僅是輔助作用，無論用何種規(guī)格的螺栓，鋼構(gòu)件的表面處理能力都一樣，高強(qiáng)螺栓和抗滑移系數(shù)有必然的聯(lián)系，但沒有必要的因果關(guān)系，所以用到高強(qiáng)螺栓項(xiàng)目必須做抗滑移系數(shù)檢測(cè)是一個(gè)誤區(qū)。

2 同一項(xiàng)目，同一處理工藝，不同規(guī)格的高強(qiáng)螺栓分開檢測(cè)抗滑移系數(shù)誤區(qū)

在實(shí)際檢測(cè)過程中，我們也碰到過這種現(xiàn)象，一個(gè)只有300多t的鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，抗滑移系數(shù)居然委托試驗(yàn)檢測(cè)了8組，理由是該項(xiàng)目用了8種不同規(guī)格（M20,M24,M27,長(zhǎng)度不一致也算）的高強(qiáng)螺栓，是重點(diǎn)項(xiàng)目，業(yè)主監(jiān)理嚴(yán)格要求。其實(shí)他們嚴(yán)重混淆了高強(qiáng)螺栓和抗滑移這兩個(gè)概念，首先從規(guī)范角度來說，高強(qiáng)螺栓根據(jù)GB/T1231-2006,同一廠家的同一性能等級(jí)、材料、爐號(hào)、螺紋規(guī)格、長(zhǎng)度（當(dāng)螺紋長(zhǎng)度≤100mm時(shí)，長(zhǎng)度相差≤15mm；螺栓長(zhǎng)度＞100mm時(shí)，長(zhǎng)度相差≤20mm，可視為同一長(zhǎng)度）、機(jī)械加工、熱處理工藝、表面處理工藝的螺栓視為同批，代表批量3000套?？够葡禂?shù)根據(jù)GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》明確規(guī)定制造廠和安裝單位應(yīng)分別以鋼結(jié)構(gòu)制造批為單位進(jìn)行抗滑移系數(shù)檢驗(yàn).制造批可按分部（子分部）工程劃分規(guī)定的工程量每2000t為一批,不足2000t可視為一批，選用兩種或兩種以上表面處理工藝時(shí)，每種處理工藝應(yīng)單獨(dú)檢驗(yàn)。從高強(qiáng)螺栓和抗滑移系數(shù)的規(guī)范要求我們可以看出，抗滑移系數(shù)檢測(cè)我們針對(duì)的不是高強(qiáng)螺栓而是構(gòu)件的表面處理工藝，根本不需要用高強(qiáng)螺栓的批次來進(jìn)行抗滑移實(shí)驗(yàn)。其次我們從理論角度來說，古典摩擦定律又稱阿蒙頓庫倫定律告訴我們；(1)摩擦力與法向荷載成正比；(2)摩擦因數(shù)與接觸面積無關(guān)；(3)摩擦因數(shù)與滑動(dòng)速度無關(guān)；(4)靜摩擦因數(shù)大于動(dòng)摩擦因數(shù)。經(jīng)過現(xiàn)代無數(shù)專家學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，其理論存在缺項(xiàng)，總結(jié)歸納為(1)當(dāng)法向荷載較大時(shí)摩擦力與法向荷載呈非線性關(guān)系，法向載荷越大，摩擦力增加的越快；(2)有一定屈服點(diǎn)的材料（如金屬）其摩擦阻力才與接觸面積無關(guān)，粘彈性材料的摩擦力與接觸面積有關(guān)；(3)精確測(cè)量，摩擦力與速度有關(guān)，金屬與金屬的摩擦力隨速度的變化不大。通過以上理論可知，摩擦面臨界靜摩擦力與高強(qiáng)螺栓緊固軸力不成正比，高強(qiáng)螺栓的緊固軸力越大，摩擦面臨界靜摩擦力增加的越快，在緊固軸力一定的情況下，抗滑移系數(shù)也就越大。所以從理論上來說，在鋼板同種材質(zhì)，同一摩擦面處理工藝的條件下，采用直徑最小的高強(qiáng)螺栓連接，測(cè)得的抗滑移系數(shù)最小。如果實(shí)測(cè)合格，則理論上其他大規(guī)格的螺栓連接板也合格。在實(shí)際影響高強(qiáng)螺栓連接摩擦面的系數(shù)的因素很多，大規(guī)格高強(qiáng)螺栓連接的受力更大一些。對(duì)于重點(diǎn)大型項(xiàng)目，也有必要做，綜上所述，在同一工程，同一摩擦面處理工藝的前提下，只做最小和最大兩個(gè)規(guī)格的高強(qiáng)螺栓的抗滑移檢測(cè)，就能滿足工程要求。

3 同一試件，同一表面處理工藝，反復(fù)處理就可以提高抗滑移系數(shù)的誤區(qū)

抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)用的試件應(yīng)由制造廠加工，試件與所代表的鋼結(jié)構(gòu)件應(yīng)為同一材質(zhì)、同批制作、采用同一摩擦面處理工藝和具有相同的表面狀態(tài)，并應(yīng)用同批同一性能等級(jí)的高強(qiáng)度螺栓連接副，在同一環(huán)境下存放。曾經(jīng)有個(gè)施工單位的人問我，他們?cè)谀硻z測(cè)單位送檢的一組樣品規(guī)格為M20*75的螺栓連接厚度t1、t2分別為20、10mm，寬b為100mm的Q345B鋼板，設(shè)計(jì)抗滑移系數(shù)為0.45，連續(xù)送了三次都不合格，該怎么辦？我仔細(xì)地了解了他們的樣品制作工程，幫他們分析了原因，原來他們?cè)谙铝系臅r(shí)候，隨意找了幾塊厚度相同的同批號(hào)的鋼板,直接從鋼板邊緣開始加工了12塊鋼板，再進(jìn)行拋丸除銹等表面處理后，隨機(jī)組合成三套抗滑移試件去檢測(cè)單位送檢。目前我們國內(nèi)的鋼板都是采用的負(fù)公差，針對(duì)同一批號(hào)的鋼板，能保證它們的厚度在厚度負(fù)公差允許范圍內(nèi)，但不能保證厚度是一致；同時(shí)由于鋼板邊緣在鋼板成型的時(shí)候存在“咬邊”現(xiàn)象，存在明顯的厚度差。這樣就直接導(dǎo)致試件組裝時(shí)鋼板摩擦面不能完全接觸，減小了摩擦面的接觸面積，致使檢測(cè)結(jié)果偏低。由于這種先天性的頑疾存在，后期你再怎么按照規(guī)范，反復(fù)表面處理，也不能糾正這種鋼板自身的厚度差帶來的后果，摩擦力是靠摩擦面緊密接觸而產(chǎn)生的，試件鋼板摩擦面之間還有空隙，根本沒有接觸，任憑你表面處理再好，還怎么能產(chǎn)生摩擦力呢？針對(duì)這個(gè)問題，我給施工單位提了整改建議：(1)加工的芯板（t1）和蓋板（t2）要分別取自符合材質(zhì)要求的同一塊足夠面積的平整的鋼板,如果條件不允許，至少保證同一套滑移板是在同一塊鋼板上；(2)同一套滑移板上（抗滑移試件3套/組試樣形式）的兩塊芯板（t1）和蓋板（t2）一定要取自鋼板軋制平行方向上；(3)鋼板邊緣50mm不??；(4)取好的鋼板要在不影響鋼板表面（如鋼板側(cè)邊）做好表面處理不掉的唯一性標(biāo)識(shí)；(5)表面處理完的試塊要用軟性材料分別包裝，送檢時(shí)提供每組抗滑移試件12塊鋼板的標(biāo)識(shí)，要求組裝次序（1-2，3-4,5-6）。

他們按照此次方案來重新制作了抗滑移試件，成功的通過了檢測(cè)，并在以后的項(xiàng)目檢測(cè)中也屢試不爽。

綜上所述，目前我們現(xiàn)行規(guī)范對(duì)抗滑移系數(shù)的說法比較含糊，影響抗滑移系數(shù)的因素也很多，個(gè)人認(rèn)為，試件制作是最關(guān)鍵的，而科學(xué)的取樣又是重中之重。合理選用材料、認(rèn)真加工，摩擦面抗滑移系數(shù)也會(huì)有很大的提高。