鋼結構用高強度螺栓連接副試驗方法

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【摘要】本文梳理了鋼結構用高強度螺栓的工程應用和復檢要求，重點研究高強度螺栓中大六角頭型的扭矩系數、扭剪型的預拉力、螺栓連接的鋼板摩擦面抗滑移系數等參數的試驗方法，討論了試驗過程注意要點及螺栓連接副的工程施工經驗，對做好施工前螺栓連接副的質量檢測對保證鋼結構建設質量具有重要意義。

【關鍵詞】鋼結構;螺栓;抗滑移系數;試驗

前言

鋼結構的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接等，其中前兩種用得多［1］。焊接的優點是截面不變、加工方便、可部分自動化操作、連接強度高等;螺栓連接的優點是拆裝方便、施工容易。鋼結構工程中很多構件的現場施工連接必須使用高強度螺栓連接，連接優勢無法替代。

1鋼結構用高強度螺栓的概況

1.1工程應用

高強度螺栓連接分為大六角頭和扭剪型兩種［2］。現場操作施擰時，為使螺栓連接處板層能更好密貼，螺栓群由中央順序向外擰緊;整個鋼結構工程施擰時，為舒緩應力集中，由廠房中間榀向外圍榀順序施工擰緊。大六角頭型以扭矩扳手作為主要操作工具，由于是高空作業，施擰不方便，但扭剪型以電動扳手作為操作工具，把梅花頭扭掉即算完成，施工及檢查都方便。螺栓的選用應依據工程設計要求，一般廠房門式鋼架采用大六角頭高強度螺栓，高層建筑更多選擇扭剪型高強度螺栓。

1.2復檢要求

螺栓應按規定進行性能復檢，檢驗合格后使用，嚴格把好質量關。GB50205－2020《鋼結構工程施工質量驗收規范》中，進場驗收把扭矩系數(大六角頭)和預拉力(扭剪型)作為復檢項目，JGJ82－2011《鋼結構高強度螺栓連接技術規程》把抗滑移系數作為復檢項目。螺栓連接副的復檢按產品標準規定的數量來組批檢驗，摩擦面抗滑移系數檢驗批的劃分除應考慮高強度螺栓連接副的批量外，還應考慮不同的處理工藝和鋼結構用量。

2大六角頭高強度螺栓扭矩系數試驗

使用軸力計(扭矩系數測試儀)進行，螺栓應隨機抽取，每批做8套連接副，一副只可試驗一次，分別測出扭矩系數平均值及標準偏差。在檢測螺栓的預拉力P時，同時記錄螺母的扭矩值T，按照K=T/(P?d)得出扭矩系數，其中d是螺栓直徑，T是扭矩峰值，選擇工具時要考慮扭矩扳手和軸力計的精度。試驗時，為使扭矩系數有效，需把預拉力P控制在表1的范圍內。檢測過程中，墊圈不允許發生轉動。按標準規定，扭矩系數為0.110～0.150，標準偏差不大于0.010。

3扭剪型高強度螺栓預拉力試驗

試驗使用軸力計(或測力環)進行，每批樣品隨機抽取8套連接副，每套試樣只能一次性使用，測出預拉力平均值和標準偏差。每個連接副的試驗分為初擰和終擰兩個步驟，第一步驟使用手動扭矩扳手，擰到標準值的一半，第二步驟使用專用電動扳手，把梅花頭擰掉之前的峰值記為預拉力值。其中需注意墊圈倒角的方向、儀器誤差要達標、墊圈不允許轉動。表2是各種規格的螺栓對應的標準值。

4抗滑移系數試驗

抗滑移系數是鋼結構設計中由高強度螺栓連接后鋼板之間摩擦面的重要指標［3］。試驗的組批要綜合考慮鋼板材質、摩擦面的加工工藝、螺栓的強度等級等因素，不同因素的組合需分別試驗，試樣可由鋼構廠或現場制作方來完成。試驗樣品見圖1所示，鋼板厚度t1、t2，孔直徑b0，板寬b，要求2t2≥t1，按照螺栓規格來選擇合適的板寬，M16、M20采用100mm寬，M22采用105mm寬，M24采用110mm寬，M27、M30采用120mm寬。試件板面應平整、無油污，孔和板的邊緣無飛邊、毛刺。抗滑移系數計算公式為［4］見式(1)。擦面面數，由圖1可知為2面;∑mi=1Pi—試件滑移一側高強螺檢預拉力實測值之和(kN);m—為試件一側螺栓的數量，由圖1可知為2副。滑移載荷Nv，當試驗開始時先加一個設計載荷，再持續加載，直至鋼板之間滑動破壞時，拉伸機的顯示值即為Nv，鋼板之間是否滑動以拉伸曲線回落、手工畫線錯位或聽到響聲為原則。摩擦面數nf為2，因為中軸線上的鋼板是兩面都受摩擦的。按圖1設計，P為樣品單側的2個螺栓的預拉力之和，采用的預拉力當大六角頭時用實測值、當扭剪型時用平均值。抗滑移系數的大小取決于工程構件的摩擦面，鋼結構標準中對構件的表面處理方法很多，常見的有噴砂、拋丸［5］。抗滑移系數在工程的鋼結構設計總說明中由設計單位綜合各種因素后給出，例如一般鋼結構廠房規定，摩擦面采用噴砂(拋丸)后生赤銹處理，Q235鋼的抗滑移系數為0.45，Q345鋼的抗滑移系數為0.50。

5討論

(1)螺栓連接在鋼結構制作中的作用越來越重要，在焊接施工有困難的部位，尤其是現場施工中，焊接質量無法保證時，應盡量設計成高強螺栓連接。(2)鋼結構在工廠制作的構件，在運輸過程中極易因螺栓連接的摩擦面起變化而導致抗滑移系數降低。預防措施是出廠前拋丸處理好，保證粗糙度，嚴禁涂油漆，并做好摩擦面防護。(3)試驗所用鋼板、螺栓等均取自工程進貨的相應批次，以及采用與鋼結構制作相一致的生產工藝，試驗結果才具有參考價值。(4)螺栓試驗時受人為因素影響，其中抗滑移系數試件是否嚴格按推薦尺寸加工，影響到摩擦面的接觸面積是否滿足設定值，而判定摩擦面是否已經滑移的時機，直接關系到滑移載荷是否存在異常偏差。

6結語

(1)鋼板摩擦面在制作、施工各環節的保護特別重要，直接關系到鋼結構在役使用中的摩擦面抗滑移系數。(2)嚴格按照標準規定來進行扭矩系統、預拉力、抗滑移系數的試驗，試驗過程中樣品準備、試驗條件、試驗操作等都是關鍵。應避免人為因素干擾，提高試驗結果的準確度。(3)減少施工現場安裝、減少高空操作，提高智能化、自動化施工，讓高強度螺栓連接成為提高鋼結構質量的重要手段。

作者：傅樅春 楊開懷 程艷 林燕清 單位：福建船政交通職業學院機械與智能制造學院