高強(qiáng)度螺栓連接施擰過程質(zhì)量控制

黨 成 劉旭光 郭嘉毅

（中交二公局第二工程有限公司，陜西西安 710065）

1 高強(qiáng)度螺栓材料與指標(biāo)

高強(qiáng)度螺栓指鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓連接副，簡(jiǎn)稱高栓，高栓的組成部分包括高強(qiáng)度大六角頭螺栓（1個(gè)）、高強(qiáng)度大六角頭螺母（1個(gè)）、高強(qiáng)度墊圈（2個(gè)）。

一般情況下，螺栓與螺母分兩種性能等級(jí)，性能為10.9S級(jí)的螺栓配用10H的螺母，8.8S級(jí)螺栓配用8H的螺母，墊圈一樣，硬度要求均為35～45 HRC。

2 高栓扭矩系數(shù)工地復(fù)驗(yàn)

在工地實(shí)驗(yàn)室中復(fù)驗(yàn)試驗(yàn)高栓的扭矩系數(shù)（K值），每批次抽8套高栓，具體通過扭矩系數(shù)試驗(yàn)儀器進(jìn)行試驗(yàn)，以軸力控制扭矩，詳細(xì)記錄軸力值和扭矩值，取平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。為了保證扭矩系數(shù)有效性，必須將軸力儀顯示螺栓預(yù)拉力值控制在設(shè)計(jì)范圍。

工地試驗(yàn)室高栓驗(yàn)收，規(guī)范要求扭矩系數(shù)平均值應(yīng)為0.110～0.150，標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過0.010。

施擰高栓后，需要仔細(xì)檢查終擰扭矩以確保高栓施擰質(zhì)量受控，通常使用緊扣法和松扣復(fù)位法，目前大多采用緊扣法，緊扣法即在板面、墊圈、螺母畫一條直線，沿螺母轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，待螺母微轉(zhuǎn)時(shí)記錄扭矩值，該扭矩值即為緊扣扭矩值，將其與做扭矩系數(shù)時(shí)測(cè)得的扭矩值進(jìn)行對(duì)比，所得比值即為緊扣比。

3 高強(qiáng)度螺栓施擰

3.1 準(zhǔn)備工作

（1）拴接板面清理。

拼裝前應(yīng)對(duì)拴接板面進(jìn)行清理，防止其受到污染（一般指板邊毛刺、污垢、油跡等），導(dǎo)致抗滑移系數(shù)降低。拴接板面暴露在施工環(huán)境時(shí)間超過6個(gè)月，相關(guān)人員必須對(duì)拴接板面摩擦面與滑移系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如產(chǎn)生偏差，必須采取試驗(yàn)處理。若拴接板面摩擦面已經(jīng)發(fā)生變質(zhì)，需要根據(jù)規(guī)范內(nèi)容重新處理相關(guān)流程環(huán)節(jié)。處理后的摩擦面抗滑移系數(shù)必須滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

（2）拴接板面安裝。

臨時(shí)螺栓和沖釘總數(shù)需要大于節(jié)點(diǎn)螺栓總數(shù)1/3；臨時(shí)螺栓數(shù)量超過2個(gè)；與臨時(shí)螺栓和沖釘總數(shù)進(jìn)行對(duì)比，沖釘穿入數(shù)量超過總數(shù)2/3，即沖釘不少于節(jié)點(diǎn)螺栓總數(shù)的20%，臨時(shí)螺栓為10%。

（3）橋上安裝。

必須大于節(jié)點(diǎn)螺栓總數(shù)1/2；臨時(shí)螺栓超過2個(gè)；沖釘數(shù)量必須大于臨時(shí)螺栓和沖釘總數(shù)2/3，即沖釘不得少于節(jié)點(diǎn)螺栓總數(shù)的30%，臨時(shí)螺栓為20%。沖釘梅花狀分布，便于高栓初擰時(shí)使拴接板面均勻緊貼桿件，受力均勻。

（4）在高栓施擰前高栓開箱后擺放。

高強(qiáng)度螺栓開箱后根據(jù)施擰取高栓，螺栓桿朝上，安裝墊片，排放整齊，便于檢查墊圈是否裝反。高栓安裝在拴接板面時(shí)不可擰緊，預(yù)留絲口，便于施擰過程中為卡游人員傳遞信息。

3.2 質(zhì)量控制措施

步驟分為三個(gè)階段，分別為初擰、復(fù)擰、終擰。對(duì)于初擰與復(fù)擰階段的扭矩?cái)?shù)值，保證在終擰階段顯示扭矩?cái)?shù)值約50%即可。初擰和復(fù)擰的高栓在螺栓頭利用顏色標(biāo)記（用白色油漆筆畫橫線；復(fù)擰標(biāo)記線使用白色油漆筆畫小三角進(jìn)行標(biāo)記，復(fù)擰后畫橫線標(biāo)記）；終擰后的高栓應(yīng)用另一種顏色在螺栓頭進(jìn)行標(biāo)記（終擰標(biāo)記線使用紅色油漆筆畫橫線進(jìn)行標(biāo)記），三個(gè)階段最好在1 d內(nèi)完成。

接頭螺栓施擰順序如圖1所示。

圖1 接頭螺栓施擰順序

施擰高栓過程中，實(shí)施連接處螺栓環(huán)節(jié)施工時(shí)，應(yīng)以相關(guān)施工順序?yàn)楦鶕?jù)。一般情況下，該順序有兩種，分別為從螺栓群中央向外以及從接頭剛度大部位向約束小部位。擰緊幾種常見的接頭螺栓施擰順序應(yīng)滿足相關(guān)要求：遵循順序?yàn)閺慕宇^中心向兩端；箱型接頭順序應(yīng)按A、C、B、D逆時(shí)針實(shí)行；工字梁接頭要以①～⑥為順序；工字形柱對(duì)接順序?yàn)橄纫砭壓蟾拱澹?個(gè)或多個(gè)接頭施擰順序應(yīng)先主后次進(jìn)行。

3.3 注意事項(xiàng)

（1）初擰、復(fù)擰。

初擰時(shí)按照從中間向四周進(jìn)行，對(duì)最開始初擰的20%左右螺栓進(jìn)行復(fù)擰（白色油漆筆小三角符號(hào)）標(biāo)記，最開始初擰的20%左右螺栓因縫隙緣故會(huì)出現(xiàn)不同程度的欠擰，重新用初擰扳手施擰一次。其他初擰高栓進(jìn)行初擰標(biāo)記線（白色油漆筆橫線）標(biāo)記，初擰時(shí)每施工一個(gè)螺栓標(biāo)記一個(gè)，避免高栓初擰時(shí)漏擰。拴接板面最初高栓孔初擰完后，退出沖釘與臨時(shí)螺栓，預(yù)留兩個(gè)沖釘，防止孔位錯(cuò)孔。退出的孔進(jìn)行高栓施工，初擰完成后退出預(yù)留的沖釘，進(jìn)行高栓初擰，待拴接板面整體高栓初擰完成后，對(duì)最開始標(biāo)記小三角符號(hào)的高栓進(jìn)行復(fù)擰。復(fù)擰完成統(tǒng)一標(biāo)記終擰轉(zhuǎn)角線，采取用白色油漆在螺栓、螺母、墊圈及構(gòu)件劃線的方式，為后續(xù)檢查工作中關(guān)于確認(rèn)是否存在漏擰或墊圈、是否螺栓隨螺母轉(zhuǎn)動(dòng)等環(huán)節(jié)提供便利。以螺栓施擰順序?yàn)楦鶕?jù)，該節(jié)點(diǎn)所有板面初擰完成后再統(tǒng)一進(jìn)行終擰。

（2）終擰。

用終擰扳手對(duì)板面依次進(jìn)行終擰，終擰完成后進(jìn)行終擰標(biāo)記線標(biāo)記（紅色油漆筆畫橫線進(jìn)行標(biāo)記）。終擰完成后在板面旁填寫信息牌，標(biāo)注施擰人、施擰扳手、施擰日期，便于后續(xù)問題追溯。

3.4 問題分析

對(duì)高強(qiáng)度螺栓在連接施工過程中超擰問題進(jìn)行分析，查找原因，從根本上解決問題，保證高栓施擰質(zhì)量控制。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)板面出現(xiàn)不同程度超擰及欠擰現(xiàn)象，部分板面超擰嚴(yán)重，應(yīng)檢查施擰環(huán)境是否符合施擰要求。皂化高強(qiáng)度螺栓的扭矩系數(shù)快速降低，離散及不確定性隨之增加，因此濕度較大的大霧天氣、雨天不能進(jìn)行高栓施工。高強(qiáng)度螺栓隨著溫度的升高扭矩系數(shù)均變小，為保證高栓施擰質(zhì)量受控，高溫時(shí)間禁止施工。檢查試驗(yàn)室扳手標(biāo)定記錄及班后標(biāo)定記錄確認(rèn)扳手誤差符合班前3%、班后5%的要求。檢查節(jié)點(diǎn)板面施擰信息表，對(duì)比高栓批號(hào)是否和扳手標(biāo)的高栓批號(hào)一致（不一致的批號(hào)高栓扭矩系數(shù)不一樣，會(huì)出現(xiàn)不同程度超擰、欠擰），是否用同一組初擰、終擰扳手。不同扳手初擰、終擰混用后，拴接板面出現(xiàn)離散型，每組扳手標(biāo)定時(shí)所用高栓批次不一致，每種高栓批次扭矩系數(shù)存在差異，根據(jù)扭矩系數(shù)計(jì)算公式：

式中：P——螺栓預(yù)拉力（kN）；K——扭矩系數(shù)；D——螺栓公稱直徑（mm）；T——施擰扭矩（N·m）。

通過上式計(jì)算可知，大扭矩系數(shù)高栓標(biāo)定的終擰扳手在小扭矩系數(shù)高拴上會(huì)造成超擰現(xiàn)象，相反會(huì)出現(xiàn)欠擰；兩次施擰均使用終擰扳手，施擰結(jié)果檢測(cè)會(huì)顯示超擰嚴(yán)重。

確認(rèn)無誤后，追查施擰人員，詢問施擰人員是否按照箱型板面施擰順序進(jìn)行，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施擰人員存在未嚴(yán)格按照施擰順序進(jìn)行高栓施工，造成板面超擰、欠擰問題嚴(yán)重。追查的施擰人員未按照施擰順序進(jìn)行施擰的所有箱型板面高栓、連接板，并進(jìn)行更換，被追查的施擰人不得再?gòu)氖孪湫桶迕媸Q工作。

3.5 高栓終擰扭矩檢查

終擰扭矩檢查按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，安全專人檢查施擰質(zhì)量，當(dāng)天施擰的高強(qiáng)度螺栓于終擰完成4 h后、24 h內(nèi)檢查完畢?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）[1]要求高栓終擰完成后48 h內(nèi)完成，并完成相應(yīng)的關(guān)于檢查相關(guān)記錄登記處理。

在終擰階段檢查扭矩時(shí)，從總節(jié)點(diǎn)數(shù)中隨機(jī)抽取10%節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查（節(jié)點(diǎn)數(shù)量必須超過10個(gè)）；選取完成后，以10%套螺栓為標(biāo)準(zhǔn)抽查節(jié)點(diǎn)，螺栓數(shù)量應(yīng)超過2套。

在初擰進(jìn)行檢查過程中，用手按穩(wěn)螺栓另一側(cè)的同時(shí)，對(duì)已初擰完成螺母一側(cè)使用0.3 kg小錘敲擊。如果出現(xiàn)振動(dòng)幅度較大的情況，則判斷螺栓為不合格，應(yīng)再次初擰[2]。

終擰扭矩檢查一般分為目測(cè)法檢查、工具法檢查，目測(cè)法檢查是對(duì)終擰標(biāo)記線劃線錯(cuò)開的情況進(jìn)行檢查。高栓終擰扭矩檢查一般分為松扣復(fù)位法和緊扣法，目前普遍使用緊扣法，在終擰高栓的螺母、墊圈上標(biāo)記一條細(xì)直線，沿?cái)Q緊的方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，檢查螺母開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的緊扣扭矩?cái)?shù)值。檢查合格，在螺栓末端點(diǎn)以綠色油漆畫橫線進(jìn)行標(biāo)記，記錄檢查扭矩?cái)?shù)值。

4 結(jié)語

高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接目前已廣泛應(yīng)用在大跨度的鋼結(jié)構(gòu)橋梁、鋼結(jié)構(gòu)廠房、高層建筑框架等部位，摩擦型連接具有施工便捷、受力合理、耐疲勞、安全可靠等優(yōu)勢(shì)。為確保高栓連接施工質(zhì)量，需要做好高栓進(jìn)場(chǎng)K值復(fù)驗(yàn)工作、施擰扳手標(biāo)定工作、高栓施擰過程質(zhì)量控制。施擰人員必須具有高度責(zé)任心，落實(shí)施擰環(huán)節(jié)的質(zhì)量保證措施，保證和提高高栓連接的施工質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)安全。