多层旧厂房生产状态下高强度螺栓更换方法研究

崔晓林

摘  要：高强螺栓作为钢结构中节点部位的重要组成部件，对整体结构的整体性和工作性能有着至关重要的影响。为避免安全生产事故的发生，在不影响正常生产的情况下，更换框架节点处高强度螺栓，对于保障设备正常运转，提高经济环保效益具有重要意义。

关键词：高强螺栓;承载力;耐久性;工业厂房

中图分类号：TU758.11 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）31-0112-02

Abstract： High-strength bolts， as an important component of the joints in the steel structure， have a crucial impact on the integrity and performance of the overall structure. In order to avoid the occurrence of safety production accidents， replacing high-strength bolts at the frame joints without affecting normal production is of great significance for ensuring the normal operation of the equipment and improving economic benefits.

Keywords： high strength bolt; bearing capacity; durability; industrial plant

引言

与混凝土结构相比，钢结构因其具有自重轻、强度高、抗震性能优良、绿色节能环保、建筑空间利用率高、造型独特，以及构件便于加工且施工速度快等优点，在工程建设中被大量使用。

然而，各类工业钢结构厂房在正常生产过程中，由于长期经受冲洗水、降尘水等工业用水的侵蚀，往往容易造成钢结构框架节点处高强度螺栓出现锈蚀现象。为避免安全生产事故的发生，在不影响正常生产的情况下，更换框架节点处高強度螺栓，成为近年来各厂矿企业及施工单位研究和攻克的重点及难题。

1 高强螺栓耐久性影响因素及受力分析

1.1 耐久性影响因素

长期以来，广大学者大都致力于钢结构设计理论和设计方法探索，而轻视了钢结构长期服役过程中耐久性损伤引起的性能退化问题。近年来，随着钢结构大量修建和使用，其耐久性问题逐渐被人们认识。高强螺栓作为钢结构中节点部位的重要组成部件，对整体结构的整体性和工作性能有着至关重要的影响。

高强螺栓通常会发生均匀锈蚀和局部锈蚀。其中，均匀腐蚀是指构件表面相对均匀的腐蚀现象，这种锈蚀一般会引起全截面锈蚀和锈层与母体分离的情况，均匀锈蚀不会产生明显的锈坑;局部腐蚀则是指发生在母体局部区域内的锈蚀现象，这种局部锈蚀现象通常会比均匀锈蚀大几个数量级，从而使母体产生较为明显的锈坑。此外，由于局部锈蚀集中于微小区域内，难以被及时发觉，也更容易引起结构的灾难性破坏。因此，在结构耐久性检查过程中，除了需要对整体锈蚀病害检查处理外，还需重点检查局部锈蚀问题。

对于局部锈蚀问题，需要重点检查以下几种问题：（1）点蚀现象：发生在具有钝性的或者有保护膜的金属上，易形成孔眼且生长快速;（2）应力腐蚀现象：多发生在腐蚀环境中的受拉构件上，是危害最大的耐久性病害之一，但该腐蚀需要具备一定的腐蚀环境和拉力作用条件;（3）晶间腐蚀现象：是一种微观腐蚀破坏，由于金属晶粒间结合力衰减消退而引起的破坏现象;（4）疲劳腐蚀现象：往复荷载和腐蚀环境共同作用下的腐蚀破坏;（5）缝隙腐蚀现象：结构中接缝部位不同材料由于腐蚀物质滞留造成的局部腐蚀，高强螺栓就容易出现此类耐久性损伤问题。只有系统掌握以上高强螺栓常见的病害现象，才有可能做到细致入微彻底清除引起耐久性损伤的各种因素。

1.2 高强螺栓受力分析

高强螺栓是通过对构件施加预紧力使接触面产生的摩擦力来承受外部荷载的，图1所示为高强螺栓施工受力图。

预紧力的大小直接决定着构件连接状态，过大的预紧力容易引起螺栓断裂或螺纹损坏，甚至是压裂被紧固的杆件。而过小的预紧力又容易造成杆件横向晃动及螺母松动，导致所连接杆件滑移破坏。因此，节点板及板间摩擦系数对预紧力的施加十分重要。

图2 高强螺栓扭矩示意图

螺栓附件的摩阻力矩T1及螺母和连接件力矩T2之和等于螺栓总扭矩T。

2 高强度螺栓更换方法及应用

2.1 工艺原理

螺栓更换的方式主要为有梁柱框架的牛腿支撑进行卸载的更换方式、主次梁结构的吊挂式杆件组合支撑进行卸载的更换方式及丝杆下部增加钢梁支撑进行卸载的更换方式三种。梁柱牛腿支撑进行卸载的更换方式是在螺栓更换梁柱节点位置以下，钢框柱适当位置上临时设置钢牛腿，利用千斤顶将上部钢梁上的荷载传递到节点以下钢柱上，以实现卸荷并更换螺栓的方法;当螺栓更换节点为无钢柱的主次梁节点时，采用吊挂式杆件组合支撑进行卸载或丝杆下部增加钢梁支撑进行卸载的更换方式。吊挂式杆件组合支撑进行卸载的更换方式，主要是采用吊挂式杆件组合将更换节点处钢梁荷载，通过杆件产生向上的拉力，将荷载传递到上层钢梁或其它构件的方法;丝杆下部增加钢梁支撑进行卸载的更换方式是通过增设临时钢梁，将更换节点处荷载通过丝杠传递到临时增设的钢梁上，再由临时钢梁将荷载力分散传递到永久钢柱、梁的卸荷方式。

因结构钢梁间大多有设备，且结构层较高时，钢柱无法支顶。采用钢牛腿传力法，把剪力传至钢柱上确保结构安全。钢板焊接牛腿与钢柱固定，千斤顶置于牛腿上进行支顶卸载更换螺栓。

对整体钢结构厂房采用整体建模，采用计算软件整体分析，加上钢结构上原有设备的重量算出梁柱节点处的受力，再通过最大承载力公式计算出最大承载力，数据可根据建筑施工计算手册得到。牛腿的承载力必须大于节点处的受力，再根据受力情况选取相应的千斤顶，安全系数取1.2。

2.2 工程应用

某选煤厂块煤系统钢构件高强螺栓、爬梯、平台等附件更换工程，选煤厂主厂房建于2005年，主厂房为门式钢架结构，共分A、B、C、D四个系统，有设备正常运转生产。本工程共更换高强螺栓四万余套。通过荷载状态下高强螺栓的更换，保证了工厂设备的正常生产，具有良好的经济环保效益。为类似工程施工积累经验。

3 结束语

高强螺栓作为钢结构中节点部位的重要组成部件，对整体结构的整体性和工作性能有着至关重要的影响。为避免安全生产事故的发生，在不影响正常生产的情况下，更换框架节点处高强度螺栓，对于保障设备正常运转，提高经济环保效益具有重要意义。

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