浅谈高强度螺栓的施工应用

浅谈高强度螺栓的施工应用【摘要】随着国内钢结构行业的飞速发展，施工经验的不断积累，高强度螺栓连接在钢结构节点中的大量使用，使其已经发展成为与焊接并举的钢结构主要连接形式之一。在钢结构工程的施工中高强度螺栓的施工质量对整个钢结构工程的质量起着至关重要的作用。同时也是打造过程精品的重要一环。本文对高强度螺栓的类别、施工做了详尽的讲解。高度重视高强度螺栓施工中的每一道工序，严格检查高强螺栓的施工质量，准确及时的做好高强度螺栓的各项资料。从而为整个钢结构工程良好的质量目标提供保障，为快速高效的施工进度创造条件。关键词：钢结构高强度螺栓施工【目录】一、高强度螺栓的类别二、高强度螺栓的施工（一）、施工准备1、确定高强度螺栓的规格、数量和组织进场计划2、运输与保存3、现场复验4、施工扭矩的确定5、安装方向的确定（二）、高强度螺栓的安装1、安装流程2、安装前准备3、接头组装4、安装临时螺栓5、安装高强度螺栓6、高强度螺栓的紧固三、安装高强度螺栓节点的检查验收1、现场检查2、资料检查四、安全施工【正文】随着国内钢结构行业的飞速发展，施工经验的不断积累，钢结构连接节点的连接形式对于整个钢结构工程施工进度及质量来说显的非常重要。由于高强度螺栓连接具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高、施工简便迅速等优点，使其已经发展成为与焊接并举的钢结构主要的连接形式之一，被广泛地应用在建筑钢结构施工中。一、高强度螺栓的类别高强度螺栓连接按受力性质分为摩擦型连接、承压型和摩擦—承压型等几种类型，其中摩擦型连接是目前在国内被广泛应用的基本连接形式。高强螺栓从外形上分为大六角头和扭剪型两种；按性能等级可分为8.8级、10.9级和12.9级等。目前我国使用的大六角头高强螺栓有8.8级和10.9级两个级别，扭剪型高强螺栓只有10.9级一种。其性能等级中的第一个数字表示热处理后的最小抗拉强度，第二个数字表示屈强比（屈服强度和抗拉强度的比值）。如8.8S表示其抗拉强度大于或等于800N/mm及屈强比为0.8。大六角头高强度螺栓连接副是由性能等级匹配的一个螺栓、一个螺母、两个垫圈组成。扭剪型高强度螺栓连接副是由性能等级匹配的一个螺栓、一个螺母、一个垫圈组成。图1大六角型高强度螺栓图2扭剪型高强度螺栓两种高强度螺栓的连接性能和本身的力学性能都是相同的，仅外形不同，都是以扭矩确定螺栓轴向力的大小，不同的是大六角头高强度螺栓的扭矩是由施工工具来控制，而扭剪型高强度螺栓属于自标量型螺栓，其施工紧固扭矩是由螺栓与螺栓尾部梅花头之间的切口直径决定，及靠扭断力来控制。二、高强度螺栓的施工（一）、施工准备1、确定高强度螺栓的规格、数量和组织进场计划在现场的施工过程中，首先要对钢结构施工图总说明、钢结构施工图图纸等资料认真仔细的审阅，统计出不同规格的高强度螺栓数量，按计划分批次组织进场。高强度螺栓的直径一般由设计确定，在施工图纸上可以查到，螺栓的长度需要现场统计。影响高强度螺栓长度的因素主要有：被连接件的厚度、螺母高度、垫圈的数量及厚度等，一般可按下列公式计算：L=&+H+nh+C式中:L---螺栓的长度，mm；&---被连接件的厚度,mm；H---螺母高度,mm,一般为0.8D；n---垫圈的数量；H---垫圈厚度,mm；C---螺纹外漏部分长度(mm)(2~3扣为宜,一般为5mm)。图3扭剪型高强度螺栓长度计算示意图螺栓的规格和数量都统计出来以后再结合施工现场的场地，施工进度，工期长短等因素综合考虑确定螺栓的组织进场计划。由于进场后还要验收、做复验等内容，一般高强度螺栓安装前一个月左右到场为宜。2、运输与保存由于高强度螺栓的特殊重要性，要求在出厂后至安装前的各个环节必须保持高强螺度栓连接副出厂状态，所以对其运输和保管的要求比较高。2.1在运输和保管使用过程中要轻装轻放，防止损伤螺纹损伤。应作好防雨、防水、防潮湿措施。2.2高强度螺栓连接副应成箱在室内仓库保管，应按批号、规格分类堆放，包装箱码放地层应架空，距地面高度大于300mm码放高度一般不大于5~6层。2.3高强螺栓使用前尽量不要开箱，以免破坏包装的密封性，开箱取出部分螺栓后也应原封包装好，以免沾染灰尘和锈蚀。2.4要指派专人进行保管，作好每天的高强度螺栓领取记录，按计划提取，用多少取多少。当天用不完的，尽量进行归库保管。2.5高强度螺栓连接副的保管时间不应超过6个月。当由于停工、缓建等原因，保管周期超过6个月时，若再次使用必须要按要求进行扭矩系数实验或紧固轴力实验，检验合格后方可使用。3、现场复验对于进场后的高强螺栓认真、仔细、严格的检查，如发现明显的质量问题（例如长度不符、规格混乱、包装破损、没有质量合格证等）应做退厂处理，重新组织进场。对于没有明显质量问题的进场高强度螺栓，施工现场必须要按规定对其进行紧固轴力复验和连接摩擦面的抗滑移系数复验，合格后方可使用。3.1摩擦面抗滑移系数复验每一批进行三组试件，以单项工程每2000T为一制造批，不足2000T视作一批，当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。抗滑移系数检验的最小值必须等于或大于设计规定值。抗滑移系数试件见下图。3.2紧固轴力复验当螺栓长度小于下表中的数值时，可以不进行轴力复验，但应进行螺栓材料的强度、硬度及螺母、垫圈硬度等实验来旁证该批螺栓的轴力值。当螺栓长度<=100mm时，长度相差<=15mm;螺栓长度>100mm时，长度相差<=20mm，可视为同一长度。复验用的螺栓、螺母、垫圈必须是从同批连接副中随机取样，每3000套为一批，不足3000套视作一批，每批抽取8套，实验状态与螺栓使用状态相同。表1-1允许不进行紧固轴力实验螺栓长度限制螺栓规格M16M20M22M24螺栓长度(mm))≦60≦60≦65≦70表1-3高强度螺栓孔径选配螺栓公称直径（mmm）12162022242730螺栓孔直径(mmm)13.517.522242630334、施工扭矩的确定对于大六角头高强度螺栓连接副来说，当扭矩系数K确定后，由于螺栓的轴力P是由设计规定的，所以可以根据下列公式计算得出扭矩值M。M=K×D×P式中：M---施加与螺母上的扭矩值，kN·m；K---扭矩系数；D---螺栓的公称直径，mm；P---螺栓轴力，KN。对于扭剪型高强度螺栓连接副来说，施工扭矩是由螺栓尾部梅花头的切口直径来决定的。施工扭矩即为切口的扭断力矩，计算公式如下：式中：扭断力矩切口直径螺栓材料的抗拉强度扭转极限强度5、安装方向的确定同一接点处的高强度螺栓安装方向必须一致，考虑到方便施工、表观效果、便于检查及安全施工等因素，一般结构边缘接点处的高强度螺栓朝内安装，不同接点处的高强度螺栓尽量保持一致，参考现场实际情况确定。例如国际财源中心项目高强度螺栓的穿入方向：四周钢梁接点处高强螺栓朝内穿入，中间南北走向的钢梁由东到西穿入，中间东西走向的钢梁由北向南穿入。见下图（二）、高强度螺栓的安装1、安装流程2、安装前准备2.1现场摩擦面检查和处理摩擦面应该保持干燥、整洁，不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢等。对于摩擦面严重不符合要求的构件应退厂重新处理。对于不符合要求但现场能够处理的摩擦面用砂轮打磨或者钢丝刷人工处理。摩擦面不允许有残余的氧化铁皮，处理后的摩擦面可生成赤锈面后安装高强螺栓，对于喷砂处理的摩擦面不必生锈即可安装螺栓。现场打磨时打磨范围不得小于螺栓直径的4倍，打磨方向与受力方向要垂直，打磨后的摩擦面应无明显不平。2.2高强度螺栓及螺栓孔的检查根据图纸要求，找出相应接点处的高强螺栓规格，检查螺栓尺寸及螺栓孔的尺寸。对于不符合规范要求的螺栓要重新更换；孔径尺寸超出规范要求的要塞焊打磨平整后重新开孔，小于规范要求的应用绞刀进行修整。严禁用气割扩孔。表1-2高强度螺栓连接构件孔距允许偏差项次项目螺栓孔距(mm))<500500~120001200~30000>300012同一组内任意两孔孔间相邻两组的端孔距距允许偏差±1.0±1.2±1.2±1.5---±2.0---±3.02.3调整扭矩扳手根据施工技术要求，认真调整扭矩扳手。扭矩扳手的扭矩值应在允许偏差范围之内，施工用的扭矩扳手，其误差应控制在±5%以内；校正用的扭矩扳手，其误差应控制在±3%以内。当采用电动扳手时，在调好档位后应用扭矩测量扳手反复校正电动扳手的扭矩力与设计要求是否一致。扭矩值过高会使高强度螺栓过拧，造成螺栓超负载运行，随着时间过长，会使螺栓产生裂纹等隐患；当扭矩值过低时，会使高强度螺栓达不到预定紧固值，从而造成钢结构连接面摩擦系数下降，承载能力下降。当采用手动扳手时，应每天用扭矩测量扳手检测手动扳手的紧固位置是否正常，检查手动扳手的显示信号是否灵敏，防止超拧或紧固不到位。3、接头组装3.1连接节点处的钢板或型钢应平整，板边、孔边无毛刺；接头处有翘曲、变形必须进行校正，并防止损伤摩擦面，保证摩擦面紧贴。3.2板叠接触面间应平整，当接头有间隙时，应按下表规定处理。表1-4高强度螺栓接头间隙处理方法间隙大小处理方法1mm以下不做处理3mm以下将高出的一侧磨成成1：10斜面打磨方方面应与受力力方面垂直3mm以上加垫板，垫板两面面摩擦面处理理方法与构件件相同4、安装临时螺栓4.1连接处采用临时螺栓固定，为防止损伤螺纹引起扭矩系数的变化，严禁把高强度螺栓作为临时螺栓使用。每个接头处的临时螺栓应符合下列规定：A、不得少于安装螺栓总数的1/3；B、不得少于2个临时螺栓；C、冲钉穿入数量不宜多于临时螺栓的30%；5、安装高强度螺栓5.1高强度螺栓的安装应能自由入孔，严禁强行打入，如不能自由穿入时，该孔应用铰刀进行修整。修整时，应防止铁屑落入板缝。5.2穿入高强度螺栓用扳手紧固后，再卸下临时螺栓，以高强螺栓替换。扭剪型高强度螺栓的垫圈安在螺母的一侧，垫圈孔有倒角一侧和螺母接触，不得反装；大六角头高强度螺栓的垫圈应分别安在螺栓头一侧和螺母一侧，垫圈孔有倒角一侧应和螺栓头接触，不得反装。6、高强度螺栓的紧固6.1高强螺栓的紧固必须分两次进行，初拧和终拧。对于超大型的接头还要进行复拧。做好初拧和终拧标识。紧固应该在24小时之内完成。6.2高强螺栓紧固的顺序应为从中间向两侧或四周对称进行。6.3高强螺栓在终拧以后，螺栓丝扣外露应为2至3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。三、高强度螺栓节点的检查验收高强度螺栓安装是钢结构工程的主要分项工程之一，其施工质量直接影响着整个结构的安全，是质量过程控制的重要一环。所以必须严格按照规范要求对高强螺栓进行检查。1、现场检查1.1摩擦面是否清洁，是否有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢等1.2螺栓穿入方向是否一致，垫圈方向是否正确。有没有标识，螺栓丝扣外露是否为2至3扣。1.3对于大六角头高强度螺栓，用小锤（0.3~0.5kg重）敲击法对高强螺栓进行普查，防止漏拧；对于扭剪型高强度螺栓，以目测尾部梅花头拧断为合格。1.4进行扭矩检查，抽查每个节点螺栓数的10%，但不少于1个。检查时先在螺栓端面和螺母上画线，然后将螺母拧松约60°，再用扭矩扳手重新扭紧，使两线重合，测得此时的扭矩应在0.9M~1.1M可为合格。如不合格，扩大10%，乃不合格，则整个节点重新拧紧。1.5用塞尺检查连接板间间隙，超过1mm时，必须重新处理。2、资料检查必须要对高强度螺栓连接副配套供货的出厂证明、质量合格证及质量检验报告严格检查，对于不符合规范要求的高强螺栓不得使用。对于大六角头高强螺栓连接副，应该重点检验扭矩系数检验报告；对扭剪型高强螺栓连接副重点检查紧固轴力检验报告。施工质量应有下列原始记录：高强度螺栓连接副的复验数据、抗滑移系数实验数据、初拧扭矩、终拧扭矩、扭矩扳手检查数据、施工质量检查验收记录及相关的设计变更、洽商记录等。严格执行GB50205—2001钢结构安装验收规范。四、安全施工1、所有参施人员都必须进行进场前的三级安全教育，考试合格后方可施工2、工人在进入工地前必须正确佩带好安全帽、安全带、防滑鞋等个人安全用品。3、工人所用的工具（扳手、冲子、工具袋等）必须用绳子系好，防止高空坠物。4、打掉的螺栓头必须及时放入工具袋内带下来，防止失落伤人。5、严格遵守现场的