塔式起重機(jī)塔身連接中存在的問題分析

□ 沙明星 □ 何 雷

江蘇大學(xué)東海機(jī)械汽配研究院 江蘇連云港 222300

1 問題概述

塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)件之間多使用高強(qiáng)度螺栓連接,由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接而成的塔身是塔式起重機(jī)的重要鋼結(jié)構(gòu)件,對塔式起重機(jī)的安全性和平衡性起決定性作用。連接件多為M24及以上的大直徑高強(qiáng)度螺栓副,高強(qiáng)度螺栓連接的可靠性對塔式起重機(jī)的使用安全至關(guān)重要。在相關(guān)規(guī)定中,要求高強(qiáng)度螺栓、高強(qiáng)度螺母重復(fù)使用一般不超過兩次,并且嚴(yán)格制定了安裝技術(shù)規(guī)范。然而實(shí)際使用中,經(jīng)常出現(xiàn)不嚴(yán)格遵照規(guī)定執(zhí)行,野蠻操作,片面追求施工進(jìn)度等現(xiàn)象。筆者對照規(guī)范,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用,對塔式起重機(jī)塔身連接中出現(xiàn)的一些具體問題進(jìn)行分析,并給出相應(yīng)措施。

在實(shí)際應(yīng)用中,高強(qiáng)度螺栓連接標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主要存在重復(fù)使用,連接不符合規(guī)定,預(yù)緊力不符合設(shè)計(jì)要求,高強(qiáng)度螺栓和防松墊圈選型及放置方向不正確,操作不規(guī)范等問題。高強(qiáng)度螺栓的使用配置、擰緊過程、緊固檢查影響高強(qiáng)度螺栓的連接性能,在塔式起重機(jī)安裝過程中,應(yīng)做好高強(qiáng)度螺栓的擰緊及緊固檢查記錄,以保證高強(qiáng)度螺栓的性能。

2 高強(qiáng)度螺栓重復(fù)使用

JG/T 5057.40—1995《建設(shè)機(jī)械與設(shè)備 高強(qiáng)度緊固件技術(shù)條件》規(guī)定。高強(qiáng)度螺栓、高強(qiáng)度螺母拆卸后再次使用,一般不可超過兩次。高強(qiáng)度螺栓不能多次重復(fù)使用的主要原因是,高強(qiáng)度螺栓在使用過程中,螺紋及螺紋表面容易產(chǎn)生難以發(fā)現(xiàn)的破損;高強(qiáng)度螺栓多次拆裝后,螺栓、螺母、墊圈的表面狀態(tài)及螺紋精度等級(jí)都發(fā)生了變化,影響高強(qiáng)度螺栓的扭矩因數(shù)和變異因數(shù),極易造成預(yù)緊力不足或過度緊固,甚至可能超越高強(qiáng)度螺栓的彈性變形,產(chǎn)生危險(xiǎn)源,埋下事故隱患。高強(qiáng)度螺栓多采用高強(qiáng)度鋼材制作,加工工藝相較普通螺栓更為復(fù)雜,因此使用成本高。加之拆卸后的高強(qiáng)度螺栓表面不易看出損傷,因此導(dǎo)致不少高強(qiáng)度螺栓被重復(fù)使用。

3 高強(qiáng)度螺栓安裝問題

3.1 塔身連接高強(qiáng)度螺栓安裝

高強(qiáng)度螺栓使用前,必須依據(jù)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行全面檢查,包括外觀、性能檢測報(bào)告、產(chǎn)品合格證、生產(chǎn)廠家標(biāo)記、性能等級(jí)、型號(hào)等。檢查時(shí),用煤油或清洗劑將高強(qiáng)度螺栓、高強(qiáng)度螺母、墊圈清洗干凈,如果出現(xiàn)裂紋、損傷、表面脫碳、銹蝕、鍍鋅層脫落、彎曲變形等,必須立即更換。安裝前用MoS2潤滑脂涂裹高強(qiáng)度螺栓、高強(qiáng)度螺母、墊圈,以減小相互之間的摩擦因數(shù)。在連接接觸面間涂抹潤滑脂,可以起到均衡摩擦的作用。

3.2 高強(qiáng)度螺栓緊固

在安裝現(xiàn)場,發(fā)現(xiàn)某型塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接使用不同批次的單個(gè)高強(qiáng)度螺母緊固,使用彈簧墊片防松,且無擰緊記錄和緊固檢查記錄,不符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接通常需采用同批次制造的雙螺母及平墊進(jìn)行防松,其中,防松螺母扭矩應(yīng)稍大于預(yù)緊力矩。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定分三次施加扭矩,可先初擰10%扭矩值,再按50%扭矩值對稱復(fù)擰,最后終擰至100%扭矩值。JGJ 82—2011《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》中給出的終擰扭矩M計(jì)算式為:

M=kpcd

(1)

式中:k為扭矩因數(shù)平均值,取0.11～0.15;d為高強(qiáng)度螺栓公稱直徑;pc為預(yù)拉力。

扭矩因數(shù)平均值不能隨意取值,不同批次和工作環(huán)境的高強(qiáng)度螺栓,扭矩因數(shù)是不同的。扭矩因數(shù)平均值取值過大,導(dǎo)致終擰扭矩過大,高強(qiáng)度螺栓的實(shí)際預(yù)拉力高于許用預(yù)拉力,高強(qiáng)度螺栓失效。扭矩因數(shù)平均值取值過小,導(dǎo)致終擰扭矩過小,高強(qiáng)度螺栓的實(shí)際預(yù)拉力過小,連接接觸面的摩擦力過小,會(huì)降低連接接觸面的連接強(qiáng)度,影響設(shè)備使用和安全性能。因此,在安裝前應(yīng)針對同批次高強(qiáng)度螺栓按標(biāo)準(zhǔn)要求,抽取一定比例進(jìn)行終擰扭矩測試,利用式(1)計(jì)算出實(shí)際扭矩因數(shù)平均值,這一平均值就是該批次高強(qiáng)度螺栓計(jì)算施工扭矩所用的扭矩因數(shù)。通常情況下,企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求高于國家標(biāo)準(zhǔn),因此建議宜按出廠配套的設(shè)備說明書執(zhí)行。

在安裝現(xiàn)場,高強(qiáng)度螺栓穿插方向混亂的情況也時(shí)有發(fā)生。高強(qiáng)度螺栓穿插方向有自上而下和自下而上兩種,受力狀態(tài)相同。筆者傾向于在確保預(yù)緊力的情況下采用自上而下的穿插方向,優(yōu)點(diǎn)是絲扣向下,防銹效果好,高強(qiáng)度螺母松動(dòng)也不會(huì)導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓脫落。高強(qiáng)度螺栓安裝過程中,不可對高強(qiáng)度螺栓副加熱或錘擊,因?yàn)楦邚?qiáng)度螺栓材質(zhì)多為合金結(jié)構(gòu)鋼,加熱或錘擊會(huì)改變材料內(nèi)部金相組織狀態(tài),造成高強(qiáng)度螺栓性能破壞,甚至產(chǎn)生細(xì)微裂紋,存在潛在危險(xiǎn)。

3.3 安裝驗(yàn)收

GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定,堅(jiān)持定期檢查制度,高強(qiáng)度螺栓終擰后絲扣外露一扣至二扣,允許其中有10%絲扣外露一扣至四扣。檢查塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié),觀察受拉主弦桿處,若存在細(xì)小縫隙,或當(dāng)塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)能聽到金屬吱啦聲,說明高強(qiáng)度螺栓緊固可能不達(dá)標(biāo)。對此,可用扭力扳手仔細(xì)排查。高強(qiáng)度螺栓扭矩檢查常采用松扣回扣法,在高強(qiáng)度螺母的棱角與高強(qiáng)度螺栓的對應(yīng)位置劃一條細(xì)直線,用扭力扳手將高強(qiáng)度螺母擰回60°,再擰至原位,扭力扳手上的數(shù)值與檢查扭矩的偏差值在±10%范圍之內(nèi)為合格。為了避免高強(qiáng)度螺栓緊固不達(dá)標(biāo),高強(qiáng)度螺栓安裝盡量在當(dāng)天完成終擰,初擰扳手應(yīng)當(dāng)可以設(shè)置扭矩。初擰完畢的高強(qiáng)度螺栓,應(yīng)做好標(biāo)記以供確認(rèn),扳手的精度需符合設(shè)計(jì)要求。對施工人員需要嚴(yán)格培訓(xùn),執(zhí)行操作規(guī)程和設(shè)備說明書要求。工具需由有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定校準(zhǔn),確保工作安全有效。

在上述安裝過程中,特別容易出現(xiàn)三方面問題,導(dǎo)致潛在危險(xiǎn)源產(chǎn)生。一是高強(qiáng)度螺栓副存在破損、不配套而投入安裝。使用不配套的高強(qiáng)度螺栓副,會(huì)因存在薄弱環(huán)節(jié)而出現(xiàn)早期破壞。使用墊圈的目的是增大摩擦力來防松,若墊圈方向放反,則會(huì)減小摩擦力,同時(shí)還會(huì)使墊圈變形增大,無法恢復(fù),起不到防松作用。二是很多安裝現(xiàn)場使用彈簧墊圈防松。事實(shí)上,高強(qiáng)度螺栓、高強(qiáng)度螺母、墊圈配合使用時(shí),8.8級(jí)以上的高強(qiáng)度螺栓絕不允許采用彈簧墊圈防松,必須使用平墊圈。用于塔身連接的高強(qiáng)度螺栓,通常采用雙螺母防松。對于小型塔式起重機(jī)塔身,可用一個(gè)高強(qiáng)度螺母、一個(gè)普通螺母、兩個(gè)平墊圈,將高強(qiáng)度螺母放入高強(qiáng)度螺栓末端鎖緊。三是為了安裝方便,高強(qiáng)度螺栓穿插方向不一致,錘擊螺栓副,造成連接件破壞。規(guī)范要求高強(qiáng)度螺栓能夠自由穿入孔內(nèi),不可強(qiáng)行敲打,同時(shí)盡量選擇不在雨天安裝。

4 預(yù)緊力設(shè)計(jì)值

塔式起重機(jī)安裝時(shí),為了追趕安裝進(jìn)度,緊固螺栓時(shí)未按規(guī)定的擰緊力矩操作,僅使用普通扭力扳手,時(shí)常出現(xiàn)超擰、欠擰、假擰、漏擰等現(xiàn)象,致使高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力不符合設(shè)計(jì)值。當(dāng)塔式起重機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí),塔身轉(zhuǎn)矩所引起的剪切力直接作用于塔身高強(qiáng)度螺栓上,這是非常危險(xiǎn)的現(xiàn)象。由于塔式起重機(jī)安裝屬于高空作業(yè),為了方便作業(yè),工具不能龐大笨重,因此通?？蓪M足精度要求的普通扭力扳手、預(yù)調(diào)式扭力扳手、省力扳手配合使用。

為了確保高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力,通常采用轉(zhuǎn)矩法?？梢赃x用預(yù)先設(shè)定扭矩值的扳手施加力矩。

在安裝過程中,應(yīng)嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)范和規(guī)程進(jìn)行操作,做到人員及時(shí)定期進(jìn)行培訓(xùn),工具定期進(jìn)行檢定校準(zhǔn),安裝完畢嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收制度、定期檢查制度。

5 結(jié)束語

高強(qiáng)度螺栓具有良好的機(jī)械性能,施工簡便,已成為塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的主要連接方式,但諸多因素影響著高強(qiáng)度螺栓連接在起重機(jī)械設(shè)備應(yīng)用中的可靠性和安全性。在高強(qiáng)度螺栓連接過程中,要求相關(guān)工作人員嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、設(shè)備說明書執(zhí)行,增強(qiáng)工作人員對高強(qiáng)度螺栓安裝重要性的認(rèn)識(shí)。選擇精度等級(jí)符合設(shè)計(jì)要求的工具,確保高強(qiáng)度螺栓預(yù)緊力符合設(shè)計(jì)要求。安裝完畢后的驗(yàn)收工作同樣不容忽視。同時(shí),要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定,堅(jiān)持定期檢查制度,做到定崗、定機(jī)、定人落實(shí)責(zé)任,定期檢查關(guān)注高強(qiáng)度螺栓的有效性和可靠性,做好日常性檢查,建立相應(yīng)臺(tái)賬,保證塔式起重機(jī)的安裝質(zhì)量和安全運(yùn)行。