浅析钢结构高强螺栓的质量控制

2015-10-21杨杰

建筑工程技术与设计 2015年30期

杨杰

【摘要】目前在一些钢结构工程中，对高强度螺栓的质量控制不严、检验不规范。因此本文从高强度螺栓的特点、安装工艺要求、质量控制要点等问题，结合钢结构工程中出现的有关情况，进行分析。通过对高强度螺栓的特点、安装工艺要求、质量控制要点等的分析，解决质量控制与检验过程中的问题，提高高强螺栓安装质量。

【关键词】钢结构；高强螺栓；质量控制

一、高强度螺栓及其连接特点

高强度螺栓采用20MnTiB、15MnVB、40B等低合金高强度钢制造，抗拉强度均在1000N/mm2以上，其特点是：充分利用材料的强度，在紧固螺栓时施加预拉力（或称预紧力），从而提高钢结构连接点节点的受力性能和承载能力。

摩擦型连接节点中，连接板接触面间的抗滑移力的大小主要取决于螺栓的预拉力和连接板层摩擦面的抗滑移系数，其计算公式如下：

Nv =nf · u · Σp

式中：Nv为抗滑移力，KN；nf为摩擦面数；Σp为抗滑移系数；up为连接板间的正压力，即高强度螺栓紧固的预拉力之和，KN。

由上式可知，高强度螺栓摩擦型连接有两项主要指标：预拉力P和摩擦面的抗滑移系数。

1、高强度螺栓的预拉力

高强度螺栓的预拉力是依靠紧固螺栓来实现的，螺栓的紧固程度直接影响预拉力的大小和连接节点的安全，因此，准确控制螺栓的紧固程度就成为高强度螺栓安装质量的关鍵。

2、构件摩擦面的抗滑移系数

影响抗滑移系数的因素很多，摩擦面上附有尘埃、油污、浮锈、毛刺、焊接飞溅等污损，都会大幅度降低抗滑移系数，一般认为摩擦面生锈有利于提高抗滑移系数，但必须在安装前清除表面浮锈。总之，经过处理的摩擦面应妥善保护，安装前认真除锈、清理，并按规定复验其抗滑移系数，保证安装的钢结构连接节点的抗滑移系数不低于出厂时的标准并符合设计要求。

二、高强度螺栓产品质量控制

同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、长度（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）、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺栓为同批；同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺母为同批；同一性能等级、材料、炉号、规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的垫圈为同批。分别由同批螺栓、螺母、垫圈组成的连接副为同批连接副。同批高强度螺栓连接副最大数量为3000套。

产品质量检验应及时、按“批”进行，检验的内容应包括：

1、包装检验。包装箱无破损，箱上应标明批号、规格、数量及生产日期。

2、合格证检验。检验随箱附带的产品质量检验合格证。合格证书内容应完整，其中机械性能试验应包括螺栓楔负载、螺母保证荷载、螺母及垫圈硬度等试验。合格证书中的机械性能试验数据及连接副扭矩系数（大六角头螺栓）或紧固轴力（扭剪型螺栓）平均值、标准偏差数据均应符合标准规定。

3、开箱检查。抽取5%包装箱（且不少于3箱）开箱检查。螺栓、螺母和垫圈应按类分别包装，螺栓、螺母和垫圈外观标志符合要求；箱内防潮材料好，螺栓、螺母和垫圈表面涂油保护，无生锈和沾染脏污；螺纹无损伤。

三、高强度螺栓安装质量控制

1、高强度螺栓扭矩系数（紧固轴力）复验

扭矩系数（或紧固轴力）复验的连接副试件，应在施工现场待装的螺栓中抽取，每“批”随机抽取8套，每组8套高强度大六角头螺栓的扭矩系数平均值应为0.110～0.150，标准偏差小于或等于0.010。每组8套扭剪型高强度螺栓的紧固轴力平均值和标准偏差应符合下表的规定。

2、抗滑移系数复验

GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》第6.3.1条强制性条文规定“钢结构制作和安装单位应按本规范附录B的规定分别进行高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验和复验，现场处理的构件摩擦面应单独进行摩擦面抗滑移系数试验，其结果应符合设计要求。”已处理好摩擦面的钢结构构件出厂时，必须按“批”（每2000t为一批）附有三组同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态的摩擦面试件，供现场复验抗滑移系数。安装前，应逐组复验所附试件，试验结果应符合设计要求。通过复验，确认待装·的钢结构构件经运输、堆放、锈蚀后的摩擦面抗滑移系数实际值不低于出厂时的标准并符合设计要求，试验合格方可安装。

3、确定施工扭矩

高强度螺栓安装应严格执行施工规范的各项规定，其中用扭矩法安装高强度螺栓时，应先确定施工扭矩值。

大六角头高强度螺栓的拧紧分初拧和终拧。终拧扭矩应根据螺栓连接副现场复验的扭矩系数实际数据按下列公式确定。

Tc =K··Pc ·d

式中：Tc为终拧扭矩，N··m；K为扭矩系数，该值为现场复验测得的扭矩系数平均值；Pc为螺栓预拉力（亦称螺栓轴力），KN，d为螺栓的公称直径，mm。

初拧扭矩可按终拧扭矩的50%取值。

扭剪型高强度螺栓的拧紧也分初拧和终拧，终拧采用专用电动扳手，拧至螺栓尾部梅花头断落。初拧扭矩可根据螺栓连接副现场复验的紧固轴力实际数据按下列公式确定。

To =0.065Pc·d

式中：To为初拧扭矩，N·m；Pc为螺栓轴力（亦称螺栓预拉力），KN，该值为现场复验测得的紧固轴力平均值；d为螺栓的公称直径，mm。

4、施工扭矩检验

高强度螺栓连接副安装完成后，除按规范规定进行外观检查，还应在终拧完成1h后、48h内进行终拧扭矩检验。检查数量：按节点数抽查10%。且不少于10个；每个被抽查节点按螺栓数抽查10%，且不少于2个，检验方法原则上与施工方法相同。

扭矩法检验时，在螺尾端头和螺母相对位置划线，将螺母退回60左右，用扭矩扳手测定拧回至原来位置时的扭矩值，该扭矩值与施工终拧扭矩值的偏差在10%以内为合格，检验用扭矩扳手的精度误差应不大于3%。