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钢结构工程高强螺栓连接副

螺栓性能

根据高强度螺栓的性能等级分为8.8级和10.9级,其中扭剪型只在10.9级中使用。在标示方法上,小数点前数字表示热处理后的抗拉强度,小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。8.8级表示螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa,屈强比为0.8;10.9级表示螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa,屈强比为0.9。 结构设计中高强螺栓直径一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30,不过M22/M27为第二选择系列,正常情况下选用M16/M20 /M24/M30为主。

高强度螺栓连接副组装时,螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧。对于大六角头高强度螺栓连接副组装时,螺栓头下垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头。大六角高强度螺栓是承压型的。

等级强度

钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级,其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理(淬火、回火),通称为高强度螺栓,其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成,分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如,性能等级4.6级的螺栓,其含义是:
1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级;
2、螺栓材质的屈强比值为0.6;螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级。
性能等级10.9级高强度螺栓,其材料经过热处理后,能达到:
1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级;
2、螺栓材质的屈强比值为0.9;螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级。
螺栓性能等级的含义是国际通用的标准,相同性能等级的螺栓,不管其材料和产地的区别,其性能是相同的,设计上只选用性能等级即可。

抗滑系数检验

钢结构验收规范GB50205明确规定:制作和安装单位应分别进行抗滑移试验和复验(强条6.3.1条)。抗滑移系数必须大于等于设计值。
现场制作试件时,试件与所代表的钢结构构件应同一材质,同批制作,采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态,并应采用同一批同一性能等级的高强螺栓连接副,在同一环境下存放以供抗滑移试验。如构件系成品出厂,则除了厂内要抗滑移系数试验报告外,制造厂还应同时提供每批三组试件以便构件进场后现场检验抗滑移系数是否符合要求。
工程资料的检查中,很多工地仅有制造厂在厂内的抗滑移系数试验报告,缺乏提供给工地现场的试件的抗滑移系数的复试报告。
抗滑移系数检验应以钢结构制造批为单位,以单项工程每2000t为一制造批,不足2000t者视作一批。单项工程的构件摩擦面选用两种及两种以上表面处理工艺时,则每种表面处理工艺均需检验。每批三组试件。
GB50017-2003中提到摩擦面常规的处理方法包括:喷砂(丸)、喷砂(丸)后涂无机富锌漆、喷砂(丸)后生赤锈等。
需要特别指出的是:很多工程送检的抗滑移系数很高,实际构件摩擦面处理很差,完全不能满足设计要求的抗滑移系数;或者设计要求的摩擦面为喷砂(丸)后涂无机富锌漆,而送检的为未涂漆处理的(涂漆后摩擦系数降低)。对于抗滑移系数设计取值较大的工程,现场监督如发现此类情况,必须责令整改并对处理后的摩擦面重新进行检测,否则可能留下严重质量隐患。

基本要求不清

验收规范GB50205要求:大六角高强度螺栓连接副使用前需复试扭矩系数,而扭剪型高强度螺栓连接副需复试预拉力,合格后方可使用。复试批量为每3000套抽检8副(笔者注:对于同一强度等级、同一直径但螺栓长度不同的高强螺栓连接副,如不能证明为同一批次,视为不同规格,应分别取样检测。GB/T3632-2008扭剪型高强螺栓及GB/T1231-2006大六角高强螺栓规范规定:在同一批的前提下,但螺栓长度≤100mm时,长度相差≤15mm;或者螺栓长度≥100mm时,长度相差≤20mm,可视为同一长度。)。高强度螺栓的拧紧应分为初拧、终拧。对于大型节点应分为初拧、复拧、终拧。初拧扭矩为施工扭矩的50%左右,复拧扭矩等于初拧扭矩。为防止遗漏,对初拧或复拧后的高强度螺栓,应使用颜色在螺母上涂上标记。对终拧后的高强度螺栓,再用另一种颜色在螺母上涂上标记。高强螺栓现场安装中严禁气割扩孔。高强螺栓外露一般要求不少于2-3扣,允许有10%的外露1扣或4扣。
高强度螺栓在初拧、复拧和终拧时,连接处的螺栓应按一定顺序施拧,一般应由螺栓群中央顺序向外拧紧。高强度螺栓的初拧、复拧、终拧应在同一天完成,不可在第二天以后才完成终拧。

施工扭矩计算

查GB50205-2001规范可知,初拧扭矩的计算公式:
扭剪型T0=0.065Pc*d
大六角型 T0=0.05Tc
终拧时,扭剪型高强度螺栓以梅花头拧掉为拧紧标志。对于除因构造原因无法使用工具拧掉梅花头的,其在终拧中不掉的梅花头不能超过该节点螺栓总数的5%,且要按照规范要求用扭矩法等进行标记,并进行终拧扭矩检查。
大六角头高强度螺栓的施工扭矩按下式计算确定:
Tc=k·Pc·d
Tc—施工扭矩(N·m);
k—高强度螺栓连接副的扭矩系数的平均值(笔者注:应以检测机构实际检测值为准);
Pc—高强度螺栓施工预拉力标准值(kN) (笔者注:GB50205验收规范中明确此处是高强度螺栓连接副施工预拉力标准值,约比GB50017设计规范中螺栓设计预拉力值提高10%,主要是考虑预拉力损失。)
d—高强度螺栓螺杆直径(mm);
根据上述公式列举常用高强螺栓施工扭矩值参考表,提供每种规格螺栓大致施工扭矩供参考,其中“实际扭矩系数”一栏在具体工程中需根据该工程实际选用高强螺栓扭矩系数复试结果调整确定。
序号
螺栓
规格
螺栓性能等级
施工预拉力标准值(KN)
扭矩系数(标准偏差小于或等于0.010)
初拧扭矩(N*m)
终拧扭矩(N*m)
实测扭矩系数
施工终拧扭矩(N*m)





1
M
16
8.8s
75
0.110
~
0.150
78
132.0
~
180.0
0.121
145
10.9s
110
114
193.6
~
264.0
0.122
215






2
M
20
8.8s
120
0.110
~
0.150
156
264.0
~
360.0
0.123
295
10.9s
170
221
374.0
~
510.0
0.12
408






3
M
22
8.8s
150
0.110
~
0.150
215
363.0
~
495.0
0.125
413
10.9s
210
300
508.2
~
693.0
0.126
582






4
M
24
8.8s
170
0.110
~
0.150
265
448.8
~
612.0
0.125
510
10.9s
250
390
660.0
~
900.0
0.125
750






5
M
27
8.8s
225
0.110
~
0.150
395
668.3
~
911.3
0.125
759
10.9s
320
562
950.4
~
1296.0
0.125
1080






6
M
30
8.8s
275
0.110
~
0.150
536
907.5
~
1237.5
0.125
1031
10.9s
390
761
1287.0
~
1755.0
0.125
1463






扳手配置要求

相当多工程不能正确配置施工用扭矩扳手(包括手动及电动型)。有的工程根本就没有配置,工地随便用普通扳手施工高强度螺栓;有的工程虽然配置但未按规定定期标定导致失效;有的工程虽然配置扭矩扳手但量程和工程需求不吻合(从上述的“施工扭矩值参考表”可以看出,每种高强螺栓施工扭矩是不同的,现场配置的手工或电动扭矩扳手应能确保覆盖该工程设计所选用的各种规格高强螺栓)。
一般来说,高强度螺栓施工中所用的扭矩扳手,在使用前必须校正,其扭矩误差不得大于±5% ,合格后方准使用。扭矩数值偏差过大的力矩扳手不可继续使用。不允许使用普通扳手或电动普通扳手施工。
工艺标准本工艺标准适用于钢结构安装用扭剪型高强螺栓施工工艺。
  2 施工准备
  2.1 材料及主要机具:
  2.1.1 螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书,并应符合设计要求和国家标准的规定。
  2.1.2 高强螺栓入库应按规格分类存放,并防雨、防潮。遇有螺栓、螺母不配套,螺纹损伤时,不得使用。螺栓、螺母、垫圈有锈蚀,应抽样检查紧固轴力,满足要求后方可使用。
  螺栓等不得被泥土、油污粘染,保持洁净、干燥状态。必须按批号,同批内配套使用,不得混放、混用。
  2.1.3 主要机具:电动扭矩扳手及控制仪、手动扭矩扳手、手工扳手、钢丝刷、工具袋等。
  2.2 作业条件:
  2.2.1 摩擦面处理:摩擦面采用喷砂、砂轮打磨等方法进行处理,摩擦系数应符合设计要求(一要求Q235 钢为0.45 以上,16 锰钢为0.55 以上)。摩擦面不允许有残留氧化铁皮,处理后的摩擦面可生成赤锈面后安装螺栓(一般露天存10d 左右),用喷砂处理的摩擦面不必生锈即可安装螺栓。采用砂轮打磨时,打磨范围不小于螺栓直径的4 倍,打磨方向与受力方向垂直,打磨后的摩擦面应无明显不平。摩擦面防止被油或油漆等污染,如污染应彻底清理干净。
  2.2.2 检查螺栓孔的孔径尺寸,孔边有毛刺必须清除掉。
  2.2.3 同一批号、规格的螺栓、螺母、垫圈,应配套装箱待用。
  2.2.4 电动扳手及手动扳手应经过标定。


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