高强螺栓施拧过程中质量控制

　　1 工程概况

　　某中承式三孔钢桁拱桥，主跨 198 m，桥宽 41 m，主梁由 3 片主桁组成，每片主桁中心间距为 17. 5 m，主桁架拱之间设有纵、横向连接系，桥面板采用正交异性桥面板，主拱肋通过吊杆与系杆连接。

　　钢结构连接方式有焊接、铆接、高强螺栓连接等形式。

　　为了减少由于焊接节点产生的冗余应力状态下的疲劳破坏风险和方便施工，高强螺栓连接形式应运而生。它具有施工简便、可拆换、受力好、耐疲劳、不松动和较安全等优点。

　　本桥钢梁工地连接需用 M27 及 M24 高强螺栓约 38 余万套。M27 螺栓主要用于钢桁梁主桁接点连接及横梁与主桁连接，横梁与桥面板、系杆连接; M24 螺栓主要用于上下平面连接系与主桁接点连接及拱平面连接系与柔性拱主桁接点连接，桥门架与主桁接点的连接，横向连接系与主珩接点的连接，加劲弦平面连接系与加劲弦主桁接点连接。

　　所有高强螺栓均为表面磷化处理，采用扭矩法施工。

　　高强螺栓施拧质量是确保钢桁架拱桥施工及使用安全的关键环节，施工时应根据结构设计特点和要求，结合工程施工现场环境条件，在制定切实可行的施拧工艺和质量控制措施的基础上，严格进行工艺试验和施工管理控制，做到每一颗螺栓施工全过程均可以追溯，对保证钢结构众多节点的现场连接质量具有较大的现实意义。

　　2 高强螺栓施拧前管理

　　2. 1 验收管理
　　1) 高强螺栓规格尺寸、技术条件，除应符合国标 GB /T1228 ～ 1231 － 2006 中的规定外，还应满足扭矩系数平均值为 0. 120 ～0. 140 的要求。施工单位对产品进行抽查验收，应作好检验记录，制造厂应提供每批产品的质量检验报告书及出厂合格证，不合格者不得使用。

　　2) 制造厂应按国标 GB / T1231 － 2006 之规定包装，在包装箱醒目的位置注明规格、批号、数量、生产日期，以便于施工单位储存保管。

　　2. 2 储存管理
　　1) 入库清点检查。按包装箱上注明的产品规格、批号进行分类存放，并建立库存明细表和发放登记表。

　　2) 作好防潮、防尘工作。底层离地至少 30 cm，离墙至少 30 cm，保证通风防潮，防止高强螺栓表面状况改变和锈蚀。

　　3) 保管期内不得任意开箱。防止高强螺栓生锈或沾染污物，保证螺栓、螺母、垫圈其原有表面处理状况，扭矩系数不发生变化。

　　4) 使用前开箱。高强螺栓如在空气中裸露，尤其施拧前在桥上长时间裸露，必将导致扭矩系数发生变化。因此应根据当天施拧实际需用量领取。

　　5) 领用高强螺栓一般不得以短代长或以长代短。

　　2. 3 试验管理
　　高强螺栓的大六角头螺栓、螺母、垫圈的技术要求应符合 GB/T1228 ～1231 －2006 中的规定。出厂按批进行，同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、长度、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺栓( 螺母、垫圈要求与此同) 为同一批。分别由同批螺栓、螺母、垫圈组成的连接副为同批连接副。对保证扭矩系数供货的高强螺栓连接副最大批量为3 000 套。高强螺栓在使用前应进行一系列试验检验。

　　1) 外观检查及形位公差检查: 进入工地的螺栓必须进行表面的检查，螺栓、螺母的缺陷分别按照 GB5779. 1、GB5779. 2 规定; 尺寸和形位公差应符合 GB3013. 1 3C 级产品的规定，此项工作必须在工地进行。

　　2) 螺母和垫圈硬度试验: 测定螺栓的洛氏硬度和维氏硬度，试验结果应满足规定，此项工作必须在工地进行。

　　3) 楔负载试验: 进行楔负载试验时，拉力应符合要求，断裂应发生在螺纹部分或螺纹与螺杆交接处，此项工作必须在工地进行。

　　4) 高强螺栓的工艺试验: 对每个供货厂家提供的第一批螺栓抽取 25 组、每组 5 套进行扭矩系数试验，通过数理统计求出扭矩系数平均值，即整批扭矩系数平均值大小，并验证厂家产品是否与国标和定货协议相吻合。该扭矩系数作为施工过程中施拧扭矩。

　　5) 连接副扭矩系数试验: 每套高强螺栓因其生产工艺相同，故扭矩系数为一定值。采用扭矩法施工时，在准确测得扭矩系数后，高强螺栓达到的预拉力，通常采用下列公式计算:K = T / ( D × P)式中 K— 扭矩系数;T— 施拧扭矩，( N·m) ;D— 螺栓公称直径，mm;P— 螺栓预拉力，kN。

　　高强螺栓扭矩系数通过专用的“扭矩 － 轴力”仪上试验测定，此项仪器的自身精度要求为 ±1%，仪器可安装在平衡梁上。每套螺栓只能试验一次，不得重复使用。一般在进入工地批量螺栓中，每批按长度规格选取 8 套试验，通过大量的扭矩系数试验后，得到大量的扭矩系数，根据设计预拉力值按照上述公式并考虑施工过程中的温度和湿度的影响最终确定施工扭矩 M 值。

　　6) 紧扣检查扭矩试验: 终拧后必须进行施拧质量检查，目前国内采用扭矩法施工高强螺栓主要采用“松扣复位法”或“紧扣法”进行检测。

　　7) 施拧工具标定: 施拧工具标定是高强螺栓施拧质量的关键工作，试验采用的仪器: 扭矩 － 轴力仪，使用前要将其编号并建立使用履历卡。作好仪器的安装和调试工作，熟悉仪器的性能和操作方法并报当地有资质的计量部门进行计量鉴定，一般要求精度误差为≤1%。

　　8) 板面抗滑移系数试验: 在采用栓接结构中，高强螺栓的预拉力和钢梁接点板面的抗滑移系数是钢梁架设质量的重要因数，因此必须在工地进行板面的抗滑移系数试验。

　　根据试验机显示的拉力变化及时读取板相互之间微微错动时的拉力值，一此推算抗滑移系数，其计算公式为:【1】

　　
　　规范和技术要求: 出厂时抗滑移系数≥0. 55，进入工地后≥0. 45，如果出现不符合上述要求的，建议增加试件的数量，同时先对试件表面进行处理，然后再进行试验，最后对已进入工地的钢梁接点板面进行处理，直至达到合格状态为止。
　　
　　3 高强螺栓施拧过程管理

　　3. 1 施拧前准备管理
　　采用扭矩法施拧的高强螺栓，施工前应作好施拧工艺试验和板面抗滑移系数试验。

　　1) 栓接板面的清理，拼装前应清除所有降低栓接板面抗滑移系数的油迹或杂物。已变质的摩擦面必须根据设计要求进行处理，有疑点时必须进行试验。

　　2) 拼装部位选用颜色醒目的油漆标示出不同规格的高强螺栓规格、数量。标示线不得侵入高强螺栓垫圈范围。

　　3) 螺栓施拧应准备专用电源系统，电动扳手与电源稳压器连接，要求电源系统的电压波动范围在 ±5% 以内，从而保证因电压的波动对施拧产生的不利影响。

　　3. 2 施拧过程管理
　　施拧分两部分进行: 初拧和终拧。初拧扭矩值为终拧扭矩值的 50%，终拧扭矩值根据试验数据确定。施拧时注意事项:

　　1) 穿放螺栓前，清理干净栓孔的尘土、浮锈。严禁强行穿入螺栓。对于螺栓不能自由穿入的栓孔，应用与栓孔直径相同的绞刀或钻头进行修整或扩钻，并做好施工记录备案，严禁气割扩孔。

　　2) 初拧完毕后，采用逐个敲击法检查。检查合格后，用白色油漆在螺栓、螺母、垫圈及构件上作划线标记，以便终拧后检查有无漏拧或垫圈、螺栓随螺母转动的情况。

　　3) 施拧一般采用电动扳手，不能使用电动扳手的部位，可用定扭矩带响扳手施拧。使用定扭矩带响扳手施拧时，要施力均匀，不得冲击施拧。施拧完毕后，用红色油漆在螺母上作出标记。

　　4) 施拧先后顺序的原则是从节点刚度大的部位向不受约束的边缘施拧，从螺栓群中间向外施拧。

　　5) 组装时，螺栓及螺母应各设置一个垫圈，垫圈有内倒角的一面应分别朝向螺栓头和螺母支承面。

　　6) 为防止螺栓在施拧时出现卡游现象，施拧时必须用套筒扳手卡住螺栓头。

　　7) 温度与湿度对扭矩系数影响很大，雨天不得进行施拧。当温度与湿度变化较大时，可根据利用当天上桥的高强螺栓，在扭矩、轴力测试系统上标定电动扳手时所得的扭矩系数平均值，调整终拧扭矩。或按下述比例系数公式推算各种温度 T( ℃) 和各种相对湿度 V( %) 组合时的扭矩系数，调整终拧扭矩，确保结构安全。磷化螺栓:Y = 0. 9811 － 3. 1597 × 10－ 3T + 0. 1328V%
　　
　　8) 当天穿入节点板的高强螺栓必须当天初拧或终拧完毕，终拧扭矩检查应在 4 h 以后、24 h 以内进行。

　　9) 高强螺栓经终拧检查合格后，其螺栓头、螺母、垫圈的外露部分应立即涂装( 雨天和严寒天气除外) ，板层尤其是朝上的缝隙应用腻子填缝。摩擦板面完成二道中间漆及一道面漆后，才允许拆除紧螺栓的脚手架。

　　4 高强螺栓施拧后质量管理
　　
　　高强螺栓施拧后应对整体施工质量进行检查，要点如下:

　　1) 施拧质量检查按照 JTJ041 － 2000《公路桥涵施工技术规范》进行，由专人负责施拧质量检查，当天施拧的螺栓当天检查完毕，并作好施工记录。

　　2) 螺栓抽查数目: 抽查数量为其总数的 5% ，且主桁节点不得小于 5 套。

　　3) 初拧检查: 用小锤敲击螺母一侧，用手按住另一侧，如颤动较大者即认为不合格，应再次初拧。初拧检查由螺栓工自检。

　　4) 终拧检查: 先检查划线错开情况，确定终拧时无漏拧以及垫圈或螺栓转动情况，然后用表盘扳手进行紧扣检查。紧扣检查扭矩超拧值或欠拧值均不得大于规定值的10% 。

　　5) 紧扣检查: 对已终拧的高强螺栓沿拧紧方向转动螺母，检查螺母刚刚转动时的紧扣扭矩。紧扣检查前，先在螺母、垫圈上划一细线，以监测螺母转动情况。检查合格，在螺栓末端点以绿色油漆标记。

　　6) 每个节点或栓群抽查的螺栓，其不合格率不得超过抽查总数的 20%。对不合格的螺栓群应继续抽查，直到累计总数有 80%的合格率为止。然后对欠拧的( 含漏拧的) 补拧，对超拧的( 含垫圈转动的) 进行更换。

　　5 总 结

　　通过对实桥的高强螺栓施拧全过程的管理要点进行总结，为以后高强螺栓的施工提供了相关经验，更好地保证高强螺栓施拧质量，从而保证了全桥整体受力的可靠性。

　　参 考 文 献:

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　　［3］ 罗鹏，何锦仪． 公路钢桁架斜拉桥高强螺栓的施拧工艺与质检措施［J］． 中国建设信息，2011，17( 9) : 65 －67．
　　［4］ 张茂鹏． 钢梁高强螺栓安装施工技术［J］． 山西建筑，2011，37( 13) : 109 －111．
　　［5］ 刘志勇． 如何做好高强度螺栓施拧质量控制管理［J］． 科技风，2010，23( 6) : 87．