减小钢结构高强螺栓连接偏差的途径

杨闯

【摘 要】钢结构高强螺栓连接应用越来越普遍，高强螺栓的使用减少了焊接工作量，提高了工作效率。但是高强螺栓连接精度要求高，使用者相关的技术知识掌握不到位，钢结构安装时节点极其容易存在偏差。以下结合在某氧化铝项目钢结构工程的使用，浅谈一下减小高强螺栓连接偏差的途径。

【关键词】钢结构 高强螺栓

一、工程概况

某年产100万吨氧化铝项目1#溶出区钢结构，檐高30.11m，总工程量3000多吨，构件主要连接形式为高强螺栓连接，高强螺栓用量约1.5万套。高强螺栓的连接遍布于柱梁节点、梁梁节点、吊车梁节点等。

钢柱与梁连接节点示意图 主梁与次梁连接节点示意图

二、施工存在问题

1、钢柱安装按规范允许偏差控制，在钢梁安装过程中未对钢柱进行二次精确校正，致使螺栓孔严重错位、连接板不能紧贴，为保证螺栓穿入就使用气割吹孔。

2、高强螺栓使用不当，螺栓长度选用较长或较短，再加上连接板间有间隙，致使不能达到螺栓应外露2-3扣丝的标准；初拧、复拧不规范，施拧作业一次性完成。

采用以上作法，螺栓无法自由穿入螺栓孔、连接面摩擦力及螺栓预拉力根本无法保证，高强螺栓已不能起到其设计的作用，节点承载形式已改变，极有可能发生滑移破坏。

三、 原因分析

高强螺栓的螺栓孔径只允许比螺栓大1-2mm，穿螺栓时几乎没有调节

余量。若钢柱安装遵循《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001，

钢结构制作、安装的扭曲、垂直度允许偏差已远远大于高强螺栓的要求，

钢柱制作安装规范允许偏差见下表：

因此使用高強螺栓连接时，钢柱安装的精度应比规范要求更高。钢柱安装校正时，其垂直度偏差应校正到±0.000（零偏差），在安装钢柱之间的钢梁时，应对钢柱的垂直度进行监测，发现偏差超限时应采取措施进行校正。

四、消除高强螺栓连接节点偏差的措施

要消除高强螺栓连接节点的偏差问题，需从制孔、钢柱梁安装校正、螺栓孔对孔、扩孔等方面着手：

1、制孔

（1）所有连接板及连接角钢采用平面数控钻孔。连接板切割应采用精密切割或半自动切割。连接角钢采用锯切，不宜采用火焰切割。连接板及连接角钢钻孔时画出基准线/面，以基准线/面进行平面数控钻孔。装配时以此基准线/面为基准进行装配。

（2）对有要求端铣加工的构件，在组焊完毕后在端铣机上进行端面铣平。端铣加工的垂直度是保证孔端距的重要条件，构件的连接定位要以端铣面为基准进行钻孔。

（3）梁及次梁钻孔采用连接板套钻。采用平面数控钻床在测量好的平台上采用摇臂钻钻孔，以保证螺栓孔的垂直度。

（4）主要部位包括主梁、钢柱、支撑进行预拼装。部分构件的螺栓孔可以在平面预拼装时钻孔，如支撑及大跨度梁上的高强螺栓孔。预拼装时柱间距控制在±1mm。

2、安装与校正钢柱

2.1合理的安装顺序为

（1）钢柱的初步安装校正（临时固定）；

（2） 确定安装基准节：基准节应确定在整体刚性较大的部位，一般选择带有柱间撑的部位做为基准节；

（3）精调基准节柱垂直度及定位偏差；

（4）安装基准节支撑及钢梁高强螺栓并紧固，使之形成稳定单元并经验收合格；

（5）从基准节扩展逐步调整钢柱安装钢梁，随时紧固高强螺栓，直至最终完成。

2.2柱梁校正方法

柱的校正包括柱定位轴线、柱标高及柱垂直度的校正，同时要保证柱跨距，即梁长度。

（1） 柱的标高校正示意如右图，标高点A与B均由柱的牛腿上表面测量，调整时利用耳板间的楔子调整来控制AB距离为设定值就可以保证安装标高。

（2）柱的垂直度校正示意如下图，在柱子两个相互垂直的方向架设两台经纬仪用于测量柱的垂直度，在每一根钢柱的互相垂直的两侧各设置一根缆绳用以调整垂直度。

钢柱垂直度校正示意图

3、对孔、扩孔

3.1安梁时二次校正钢柱，安装高强螺栓时应先使用安装螺栓和冲钉校正螺栓孔。冲钉加工成锥形，中部直径与孔直径相同或稍大。冲钉主要取定位作用、安装螺栓主要取紧固作用，尽量消除连接板之间的间隙。安装螺栓和冲钉的数量要保证能承受构件的自重和连接校正时外力的作用，防止连接后构件位置偏移，并应符合：不应少于安装孔总数的1/3；安装螺栓不应少于2个；冲钉穿入数量不宜多于安装螺栓数量的30%；不得用高强螺栓兼做安装螺栓。

3.2扩孔

钢柱安装后一定存在偏差，在梁安装时需二次调整，保证梁螺栓孔对正，若仍存错孔则视具体情况对待：

（1）螺栓孔错位较大，但仍在规范允许偏差范围内。此时可采用铰刀或锉刀扩孔：铰刀铰孔前，应将四周螺栓全部拧紧，使板叠紧密，以免铰孔产生的金属屑嵌入板叠缝内，铰孔后应清除孔中及四周的金属屑后，方可安装螺栓；扩孔后的最大孔径不得大于原设计孔径的1.2d（d为螺栓直径）；

（2）对于螺栓孔错位较多的螺栓组不宜采用扩孔法处理，而宜采取调换连接板的方法处理。

五、高强螺栓使用的注意事项

1、高强螺栓工作原理

高强螺栓连接是通过螺杆中的预拉力压紧连接件，靠连接板材间产生的摩擦力来传递荷载的。而不是靠螺栓本体受剪和孔壁受挤压来传力。

2、摩擦面对接头的承载能力有直接影响

摩擦面的状态、钢材的强度、表面浮锈、表面涂层、表面油污等会降低摩擦面的抗滑移系数；飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤等表面缺陷还会导致摩擦面之间贴合不紧密，降低两者之间的摩擦力。

3、高强指的是哪方面

高强螺栓并非自身抗剪、抗弯强度高，而是指其抗拉强度、屈强比较高。比如经常使用的10.9级和8.8级高强螺栓，其中整数部分（10和8）表示螺栓成品的抗拉强度fu不低于1000N/m㎡和800N/m㎡；小数部分（0.9和0.8）则表示其屈强比fy/fu为0.9和0.8。

4、正确施拧

高强螺栓应按一定顺序施拧，宜由螺栓群中央顺序向外拧紧，并应在当天终拧完毕，同时每个螺栓必须分初拧和终拧两步拧紧。初拧的目的是消除板叠间的初始变形；终拧使螺栓达到设计预拉力，其大小和施加扭矩成正比。

5、不能用气割扩孔，扩孔量有限制

气割扩孔很不规则，既削弱了构件的有效截面，减少了传力面积，还会使扩孔处钢材造成缺陷；考虑到构件的有效截面面积和摩擦传力面积不应削弱太多，应限制最大扩孔量。

6、长度选用

螺栓长度是按外露2-3扣螺纹的标准确定，螺栓露出太少或陷入螺母都有可能对螺栓螺纹和螺母螺纹连接的强度有不利的影响，外露太长，不但不经济，而且在高强螺栓施拧时带来困难。

六、结语

高强螺栓连接对钢结构制作安装精度提出了更高的要求，在使用过程中必须掌握高强螺栓连接的技术知识和施工工艺，根据实际情况，从设计、制作、安装角度策划可行的施工技术方案，认真操作，才能实现预定目标。

参考文献：

1、《钢结构设计规范》GB50017-2003

2、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

3、《钢结构工程施工规范》GB50755-2012