公安长江大桥斜拉桥钢桁梁高强度螺栓施工

柳振兴

摘 要：新建蒙西至华中铁路为国家北煤南运战略的重点工程，对促进国民经济发展有着十分重要的意义。公安长江公铁两用特大桥为蒙华铁路的标志性、重要节点工程。其主桥设计为（98+182+518+182+98）m双塔钢桁斜拉桥，上部结构为栓焊钢桁梁，工地连接除桥面板接头有焊接外，其余均为高强度螺栓连接，高强度螺栓的施拧直接影响全桥的质量和安全运营。此论文将对公安长江大桥主桥钢桁梁高强螺栓施工过程和控制要点进行详细的介绍。

关键词：长江大桥；斜拉桥钢；螺栓施工

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0106-03

1 概述

1.1 工程概况

公安长江公铁两用特大桥通航孔斜拉桥为（98+182+ 518+182+98）m双塔钢桁斜拉桥，全长1078m。主梁为“N”字形桁式，采用焊接的整体节点，工地架设时，在节点之外用高强度螺栓拼接。主桁桁高13m，节间距14m，主桁横向中心距为14m，主桁节点处两侧设倾斜副桁，上端连接横梁端部，下端连接下弦节点。桥面分两层布置，上层桥面为4车道公路，桥面宽26m。下层桥面为双线铁路，线间距4.2m。主梁横断面布置见下图1。

全桥采用M22、M24、M30共3种规格高强度螺栓，共计约67.5万套。各种高强度螺栓规格参数见下表1。

1.2 高强螺栓的工作原理及影响因素

高强度螺栓连接形式分为摩擦型、张拉连接和承压连接三种。本桥高栓属于摩擦型，是通过紧固螺栓连接副，使被连接件间产生摩擦阻力以传递荷载的连接方式。是通过板件间的抗滑力来传递剪力，以连接件之间出现滑移为其承载能力的极限状态。其连接的可靠性是由其预紧力来设计和判断的。本桥采用扭矩法进行高拴施拧，影响其终拧预拉力的因素有一下几个方面：①高栓的扭矩系数；②高栓的施工工艺；③施拧工具标定的方法及准确度；④电源电压变化对变动扳手的影响。其中，扭矩系数的变化是主要因素。

2 高强度螺栓施工工艺流程

高强度螺栓的验收→高强螺栓的保管→高强螺栓施拧工艺实验→高强螺栓施拧扭矩值计算→高强螺栓连接副安装→高强螺栓初拧→高强螺栓终拧→高强螺栓终拧检查。

3 高强度螺栓的验收与保管

3.1 高强度螺栓的验收

高强度螺栓根据GB/T1228～1231-2006的规定，进行进场验收，不合格产品不得使用。生产厂应以批为单位，提供产品质量检验报告（含扭矩系数）及出厂合格证，施工现场应对高强度螺栓连接副，进行外形尺寸、形位公差、表面缺陷、螺纹参数、机械性能、螺纹脱碳、扭矩系数、标记与包装等检查和复验，并做好记录，不合格产品不得使用。

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、垫处理工艺、表面处理工艺的螺栓为同批。同批高强度螺栓连接副最大数量为3000套。

3.2 高强度螺栓的使用及保管

（1）高拴库房应能满足现场施工用进场螺栓存放面积需要，库房应防雨、防潮，下面以木板垫高，通风良好，防止锈蚀和表面状态改变，影响螺栓的扭矩系数。库房湿度符合规定并设置湿度计监测。

（2）螺栓、螺母及垫圈入库时应核查数量，入库后要建立明细库存表、发放登记表，加强管理。

（3）高强度螺栓连接副应按包装箱上注明的批号、规格、厂家分类保管，室内架空存放，堆放不宜超过5层。保管期内不得任意开箱，防止生锈和沾染脏物。

（4）领用高强度螺栓必须严格按节点图上实际需用规格、数量领取，一般不得以短代长或以长代短。

（5）施工现场必须用规定的工具袋将螺栓运到现场，在搬运过程中要轻拿轻放，防止碰损丝扣及沾污泥砂。

（6）高强度螺栓箱外裸露，尤其施拧前散放在桥上长时间裸露，会导致扭矩系数发生变化，因此应根据当天施拧实际需用规格和数量领取高强度螺栓。在桥上使用前开箱，用多少开多少，先用先开。当天安装剩余的高强度螺栓必须放入箱中封闭，不允许高强度螺栓在桥上裸露过夜。

4 施拧工艺试验

本桥高强度螺栓采用扭矩法施拧。施工前应做好施拧工艺性试验，内容如下：

（1）高强度螺栓的扭矩系数试验。从某一生产批的产品中随即抽取25组，每组5套共125套高强度螺栓进行扭矩系数试验。检验工厂近期产品的整体质量状况，并用数理统计原理推断样品扭矩系数平均值，反映整批扭矩系数平均值代表性的大小，作为施工过程中调整施拧扭矩和保证高栓施拧预拉力满足设计要求的重要参考指标。

扭矩系数测定，采用扭矩系数试验仪进行。该仪器能同时显示施拧扭矩和螺栓轴力。根据扭矩系数计算公式：K=T/P·D[式中：K-扭矩系数；T-施擰扭矩（N·m）；P-螺栓轴力（kN）；D-螺栓公称直径（mm）]，即可得出螺栓的扭矩系数。

（2）高强度螺栓的扭矩系数复检。高强度螺栓连接副应按出厂批号复验扭矩系数，每批号抽验不少于8套，其平均值和标准偏差应符合要求。不同批号高强度螺栓、螺母、垫圈分类造册，同批号螺栓连接副进行扭矩系数复检，施工时保持同一扭矩。

（3）高强度螺栓紧扣扭矩试验。本桥高栓终拧检查采用紧扣法检查，用检查扭矩扳手拧紧螺母，测得螺栓和螺母刚发生微小相对转角时的扭矩，紧扣比应在0.9～1.1的紧扣检查扭矩范围内。从每供货批高栓中分别抽取数个生产批，每批各抽取8套螺栓进行紧扣检查扭矩试验及紧扣扭矩实物对比试验，求出各供货批高栓的紧扣比（紧扣扭矩与终拧扭矩的比值）平均值从而制定紧扣检查扭矩。

（4）温度与湿度对扭矩系数的影响试验。当工地的环境温度和相对湿度发生大的变化时，及时抽取一定生产批的高栓进行扭矩系数复验，根据复验结果调整终拧扭矩。

（5）栓接板面滑动摩擦系数试验。钢梁出厂时，制造厂应每2000t钢梁提供一组抗滑移系数试验资料及工地复验摩擦面抗滑试件，出厂时的抗滑系数值应不小于0.55，工地复验不小于0.45。

5 高强度螺栓的安装与施拧

5.1 施拧工具准备

5.1.1 施拧工具选择

本桥高强度螺栓施拧采用扭矩法施工。M22、M24、M30高强度螺栓初拧及终拧分别采用200～1500（N·m）、200～1500（N·m）、400～2500（N·m）电动扳手。

5.1.2 施拧工具的校验与保管

（1）电动扳手均需编号，建立履历表，详细登记。每把扳手建立一本标定记录簿，详细记录标定情况，扳手由试验室统一保管和发放。电扳控制仪要与电扳固定配套编号，不得混杂，使用时不得随意调换控制仪或调节控制仪旋扭。

（2）电动扳手的正常使用期限规定为连续使用4小时，超过4小时后应重新标定，若其它原因影响不能连续施拧，则每台扳手施拧400～600套螺栓后必须重新标定。

（3）每天班前班后必须采用不少于5套高拴对使用的扳手进行标定，以确定当天施拧扭矩平均值，并与扭矩规定值进行对比。上班前控制誤差不能超过3%，下班后误差应在5%以内，标定时做好详细记录。

（4）本项目采用扭矩系数仪对电动扳手进行标定，标定须使用与当天所施拧螺栓为同一规格、批号的高强度螺栓，因此，每天的电动扳手标定，也是对当天使用螺栓进行扭矩系数的复验。

（5）电扳使用过程中若发现异常现象，或因保管不善被碰撞应停止使用，立即检查校正，并做好详细记录。

5.2 高栓施拧扭矩值计算

（1）高强度螺栓初拧值取终拧值的50%。

（2）终拧采用扭矩法，用电动扳手将初拧后的螺栓拧紧到终拧值。考虑到螺栓预拉力损失及施工误差，实际使用扭矩按设计预拉力提高10%确定。扭矩值按下式计算：T=K·P·D [T—扭矩值（N·m）；K—扭矩系数（按试验的数理统计值）；P—螺栓的施工预拉力（KN）（设计预拉力的1.1倍）；D—螺栓的公称直径（mm）]

上式扭矩系数值，随各种自然及人为因素的变化，跟踪取得试验资料作相应修改，做好各类螺栓在不同温度、湿度情况下的扭矩系数试验，施工过程中按工艺要求做好施工记录。

5.3 高栓连接副的安装

（1）杆件组拼前应清除栓合面油水污垢及毛刺，栓孔内的污锈应同时清理干净。螺栓丝扣损坏、弯曲、锈蚀、污染尘土者不能使用。

（2）对高强度螺栓要加强管理，同一批号的高强度螺栓、螺母、垫圈使用于一个部位，不得混用。

（3）螺栓穿放时应自由通过栓孔，不得用锤敲打，以免损坏丝扣，如发现不能顺利穿入应报告，不得擅自处理，更不得强行用锤敲打穿入。高强螺栓长度、直径应按螺栓标注图办理。不得以短代长或以长代短，严格按照螺栓标注图中的板束厚度与螺栓长度对照进行穿放。

（4）垫圈穿放时将有倒角的一面分别贴向螺杆根部及螺母支承面，螺母有数字标志或开设有倒角的一面应朝外，不得装反。

（5）弦杆对接完成并上足50%的冲钉后吊机方能松钩，松钩后立即安装50%的螺栓，并按规定将安装好的50%的螺栓初拧，然后再将50%的冲钉分批更换为螺栓并初拧，一次更换的冲钉数量不应超过冲钉总数的20%。螺栓施拧前须用套筒扳手进行一般拧紧，防止电动扳手施拧时垫圈转动影响扭矩系数。

5.4 高拴施拧

5.4.1 施拧条件要求

电扳所用电源电压要求稳定。施拧时应铺设专用高拴施拧电源线路，使其与大型机具电源分开，避免起动时电压波动影响电扳输出扭矩，导致螺栓预紧力误差增大。电扳使用配置稳压器，使电压控制在200-220V之间。稳压器输出电源线长度一般不超过15m，防止太长的线路引起电扳电压的降低。

雨天或螺栓表面雾气未干不得进行施拧。夏季高温时应避开中午高温时段施拧。现场空气湿度大于85%时，不得进行高拴施工。

5.4.2 施拧方法

对不同扭矩系数的高栓使用不同扭矩值的扳手进行施拧。同一批号的高强度螺栓、螺母、垫圈使用于一个部位，不要混用。施拧须从螺栓群中心向外扩展逐一拧紧，否则影响螺栓群的合格率。螺栓施拧过程中应用扳手卡死螺栓头部，防止螺杆随扳手一齐转动。初终拧完毕即用不同颜色记号笔在螺栓端头逐个作出标志，防止重拧和漏拧。具体方法如下：

（1）初拧。弦杆对接完成并上足50%的冲钉后吊机方能松钩，松钩后立即安装50%的螺栓，并按规定将安装好的50%的螺栓初拧，然后再将50%的冲钉分批更换为螺栓并初拧。节点螺栓全部更换完成并初拧后再一起进行终拧，严禁一次将螺栓终拧到位。螺栓施拧时按照从栓群中心向四周、由夹紧端向自由端的方向进行，以利板束压平及减少螺栓之间的相互影响，严禁随意进行施拧。高强度螺栓初拧的目的是为了既可把板缝夹紧，又在终拧时无需松扣，同时使电动扳手不带过大负荷启动。初拧值取终拧值的50%，每个螺栓初拧后须及时在螺杆头部做点标记，之后对已初拧完螺栓做点并划线标记（做点或划线均用白色油漆，划线方法为沿螺杆、螺母棱角、垫圈划一直线，便于终拧后检查螺母，垫圈转动情况）。

（2）终拧。终拧采用扭矩法，使用设定好扭矩值的终拧电动扳手完成。按照从栓群中心向四周、由夹紧端向自由端的方向，将初拧后的螺栓拧至终拧值。终拧并检查合格的螺栓群，在螺杆头部划线做出标记（红色油漆），以便检查有无漏拧情况。

6 施拧质量检查

6.1 螺栓的检查数目及时间

主桁节点栓群螺栓的抽查数量为其总数的5%，但不少于5套；桥面板纵横肋的抽查数量为其总数的5%，但不少于2套。每个栓群不合格数量不超过抽查总数的20%，如超过此值，则继续抽查至累计总数的80%合格为止，然后对欠拧者补拧，超拧者更换螺栓重新拧紧，欠拧螺栓在补拧后应用红色油漆再在该螺栓丝扣端头部划线标识。

检查需在该节点螺栓全部终拧完4h以后、24h之内完成。

6.2 检查方法及控制标准

（1）本桥高拴终拧检查采用紧扣法，检查工具为便携式自控数显手动扭矩检查扳手。检查扳手使用前必须标定，其扭矩误差不得大于使用扭矩值的±3%。

（2）初拧检查：采用0.3kg小锤敲击螺母一侧，手按住相对的另一侧，如颤动较大者为不合格，应再补拧，合格后划线。

（3）终拧检查：首先检查初拧划线，再看终拧后螺母的转动角度，即可判断是否漏拧，同时也可发现垫圈、螺杆是否转动。然后用标定好的检查扳手拧紧螺母，读取螺母刚发生微小转动时的扭矩值。欠拧或超拧值均不大于检查扭矩值的10%判为合格，紧扣检查扭矩值由试验确定。