大直径高预拉值非标高强螺栓预应力张拉施工工法

1、大直径高预拉值非标高强螺栓预应力张拉施工工法编制单位：中建国际建设公司批准部门：工法编号：主要执笔人：安建民、孙先锋、秦力1 前言高强螺栓是建筑钢结构中最常用的连接副，我国规范中对8.8S、10.9S的M12-M30高强螺栓有明确的材质、力学性能、预拉力、扭矩值等参数的规定，相关技术规程中对此类高强螺栓的施工方法也有详细的叙述。在受力复杂的节点结构形式中，为满足设计要求往往需要采用超出规范规定的螺栓形式，例如直径在M30以上，材质有特殊要求，预拉力增大等，这些螺栓通称为非标高强螺栓。非标高强螺栓最显著的特征为预拉力值较大，相应地要求扭矩值大，采用常规方法需要特制加长扭矩扳手，且需两名工人施拧，

2、力矩损失大，可操作性差，不易保证施工质量。预应力张拉法安装高强螺栓则解决了上述问题。 2 特点不通过扭矩转换，直接对高强螺栓栓杆施加预拉力。3 适用范围适用于设计预拉力值较大的非标高强螺栓安装。4 工艺原理常规高强螺栓施拧时通过扭矩扳手对螺母施加扭矩Tc，通过螺纹传递将扭矩转化为拉力Pc，从而使高强螺栓螺杆达到设计预拉力P。预应力张拉法则直接通过对螺杆直接施加拉力Pc，并在螺杆张拉状态下拧紧螺母，最终使螺杆在预应力P作用下夹紧连接件。通过扭矩扳手施加预拉力的工况中扭矩Tc与预拉力Pc的关系为：Tc=kPcdTc通过扭矩扳手施加预拉力的工况中扭矩Tc与预拉力Pc的关系为：Tc=kPcdTc终拧扭

3、矩（Nm）Pc高强螺栓施工预拉力(kN)k高强螺栓连接副的扭矩系数平均值d高强螺栓栓杆直径（mm）高强螺栓TcPc连接件连接件5 工艺流程及操作要点图1 非标高强螺栓预应力张拉施工工艺流程图5.1 工艺流程图1 非标高强螺栓预应力张拉施工工艺流程图5.2 操作要点（1）高强螺栓复验。非标高强螺栓在材质和力学性能要求上规范中无明确规定，复验项目和相关参数值以设计要求和厂家资料为依据。（2）张拉设备标定。张拉设备在使用前必须进行标定，确定油泵-千斤顶的回归方程，根据设计预拉力值和回归方程计算出油泵油压值。（3）张拉试验。高强螺栓栓杆预先定制6根加长螺杆和配套螺母，作为张拉试验用。在螺杆上接环型应变

4、传感器，以根据螺杆应变计算在张拉过程中螺杆预拉力变化，测定出栓杆张拉值、回弹值、稳定值，通过6跟螺栓的数据统计整理，最终确定施工张拉值。（4）连接件、螺栓孔检查。高强螺栓连接处的钢板表面应平整、无焊接飞溅、无毛刺、无油污。其表面处理方法与设计图中要求一致。检查孔径、孔距符合规范要求。图2 张拉试验（5）螺栓定位及安装。利用临时螺栓冲钉进行定位，保证高强螺栓能够自由穿入。在每个节点上应穿入不少于安装总数1/3的临时螺栓，最少不得少于2个，在安装过程中冲钉穿入的数量不宜超过临时螺栓的30%，不允许高强螺栓兼作临时螺栓使用，以防止损伤螺纹。（6）高强螺栓初拧。利用大规格高强螺栓的扭矩扳手并配以加力杆

5、，更换适用非标高强螺栓螺母的套筒，按设计预拉力的50%施拧。施拧可根据具体工程节点形式和高强螺栓数量、规格选择最佳顺序，一般遵循由中心向四周扩散或由上到下或从右（左）到左（右）的原则。由中心向四周扩散 从上到下 从右（左）到左（右）图3 非标高强螺栓初拧顺序示意图（7）高强螺栓张拉。根据试验确定的施工张拉值换算为施工油压值，利用张拉设备按初拧顺序逐一进行高强螺栓张拉。油泵油压达到施工油压值后，利用自制扳手将螺母拧紧即可，施拧人在张拉试验和张拉施工中必须为同一操作者。图4 张拉细部连接 （8）高强螺栓施工质量检查。初拧完毕采用小锤敲击法对高强度螺栓进行检查，防止漏拧。小锤敲击法是用手指紧按螺母的

6、一个边，按的位置尽量靠近螺母垫圈处，然后采用0.30.5Kg重的小锤敲击螺母相对应的另一边，如手指感到轻微的颤动既为合格，颤动较大既为欠拧或漏拧，完全不颤动即为超拧。由于张拉法施工在张拉完毕后无法进行检查，因此张拉过程中，选择节点高强螺栓数量的10%，对栓杆进行预拉力应变监测。6 主要施工机具设备表1 预应力张拉设备的清单序号设备名称规格型号数量备注1高压电动油泵YBZ2-801台动力源2穿心式千斤顶YDC600-2001台张拉设备3张拉撑脚YDC6001台设备配件4张拉撑组件YDC6001套设备配件5精轧螺纹钢连接器361件设备配件6扭矩扳手1000KN*M1把初拧7自制普通扳手开口式1把拧

7、紧螺母7 劳动力组织表2 主要劳动力组织序号工种/岗位人员数量岗位职责1现场负责人1张拉过程技术和生产协调2油泵操作工1油压控制3千斤顶操作工1千斤顶安装，套筒卡具安装4安装工2高强螺栓安装，扳手施拧5辅助工2材料、设备搬运8 质量要求高强螺栓连接副（螺栓、螺母、垫圈）应配套成箱供货，检查出厂合格证、质保书、材质单、质量检验报告。M30以上高强螺栓规范中无明确规定，对螺栓的材质和力学性能参数以设计要求为准。施加预拉力值以（0+10）设计预拉力值为合格。螺栓丝扣外露长度比常规高强螺栓增加一个套筒卡具高度。非标高强螺栓摩擦面、螺栓孔、初拧与终拧时间间隔等其它检查项目，质量要求与常规高强螺栓相同，可

8、参照钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程（JGJ 82-91）、钢结构工程施工质量验收规范（GB 50205-2001）、高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ 99-98）及相关设计资料。9 职业健康和安全环保措施非标高强螺栓施工时主要涉及张拉设备的安全和正确使用：9.1使用前一定要详细阅读产品说明书，熟悉设备对电压、工作环境的要求以及操作过程中应注意的事项，对参与张拉施工的人员进行安全交底。9.2油泵和千斤顶操作必须由专业工人操作。接通电源前，应先查看电源电压是否与本产品铭牌相符，是否有接地装置；当电源电压超出额定值的6%时，应采取稳压措施，不然会影响控制精度，接地不良易造成事故。9.3

9、使用中如发现穿心千斤顶、张拉撑脚、张拉撑上的螺钉松动，应及时紧固，操作时避免千斤顶及撑脚倾斜状态下工作。9.4使用和搬运工具时，不可提拉电缆线且在每次使用前检查电缆线外护层的完好，以免漏电，并注意轻拿、轻放，防止震动和摔碰，不用时放在通风干燥处，如发现受潮应及时进行干燥处理。不可与酸、碱等有害物质、气体接触或存放在一起。9.5张拉施工时对张拉件采取加固保护措施，预防在超张拉时部分螺栓断裂后对操作者造成伤害。9.6高空作业时，须搭设安全操作平台，平台应满足设备布置和人员操作空间需要。10 效益分析在复杂结构节点中，根据受力要求须采用高强螺栓连接，或因钢材材质施焊困难，常规高强螺栓又难以达到设计要求，必须采用非标高强螺栓，非标高强螺栓在近几年的建筑钢结构、桥梁钢结构中应用比较广泛，尽管在工程中的使用数量相对较少，但均在关键部位，因此总结非标高强螺栓施工工法非常必要。预应力张拉法施工，所需设备体积小、易操作、精度高，安装方法科学有效，预应力张拉法施工在本工程中的成功应用为本企业节约成本5万元，与原计划定制扭矩扳手施工相比节省费用近30%。11 应用实例北京新保利大厦特式吊楼顶部钢索与吊楼间的连接件为为高强度铸钢件，碳当量高，可焊性差，因此工作点与吊楼之间为高强螺栓连接。螺栓的规格为36830mm、