1 高強(qiáng)螺栓的定義
高強(qiáng)螺栓，顧名思義就是高強(qiáng)度的螺栓，按其受力形式主要分為大六角高強(qiáng)度螺栓和扭剪型高強(qiáng)度螺栓，目前我國采用8.8級(jí)、10.9級(jí)兩種強(qiáng)度性能等級(jí)的高強(qiáng)螺栓，大六角高強(qiáng)度螺栓8.8級(jí)有45號(hào)鋼和35號(hào)鋼兩種材質(zhì)，10.9級(jí)有20MnTiB、40B和35VB剛，扭剪型高強(qiáng)度螺栓只有10.9級(jí)，鋼號(hào)主要是20MnTiB鋼，墊圈常用45號(hào)或35號(hào)鋼制造，并經(jīng)過熱處理。大六角高強(qiáng)度螺栓連接副是有一個(gè)螺栓、兩個(gè)墊片、一個(gè)螺母組成，扭剪型高強(qiáng)度螺栓是有一個(gè)螺栓、一個(gè)墊片和一個(gè)螺母組成，
高強(qiáng)度螺栓是用特制的扳手上緊螺帽，使螺栓產(chǎn)生巨大而又受控制的預(yù)拉力，通過螺帽和墊板，對被連接件也產(chǎn)生了同樣大小的預(yù)壓力。在預(yù)壓力作用下，沿被連接件表面就會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，顯然，只要軸力小于此摩擦力，構(gòu)件便不會(huì)滑移，連接就不會(huì)受到破壞，這就是高強(qiáng)度螺栓連接的原理。
高強(qiáng)度螺栓連接是靠連接件接觸面間的摩擦力來阻止其相互滑移的，為使接觸面有足夠的摩擦力，就必須提高構(gòu)件的夾緊力和增大構(gòu)件接觸面的摩擦系數(shù)。構(gòu)件間的夾緊力是靠對螺栓施加預(yù)拉力來實(shí)現(xiàn)的，所以螺栓必須采用高強(qiáng)度鋼制造，這也就是稱為高強(qiáng)度螺栓連接的原因。
2 高強(qiáng)螺栓的施工
2.1摩擦面的處理
高強(qiáng)螺栓摩擦面的處理方式有以下三種：
1）噴砂、噴丸、拋丸
噴丸、拋丸選用粒徑要求1.2～3.0mm，壓縮空氣壓力0.4～0.6MPa且不允許含有水分及任何油脂，噴距要求100～300mm，噴角要求900～450,噴砂、拋丸表面粗糙度達(dá)50～70μm,可不經(jīng)生銹期即可擰緊高強(qiáng)螺栓,但是施工必須嚴(yán)格遵守作業(yè)條件及注意事項(xiàng)。
2）砂輪打磨
可采用風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)砂輪機(jī)對摩擦面進(jìn)行打磨，打磨方向應(yīng)與構(gòu)件受力方向垂直，打磨范圍不能小于4倍螺栓孔直徑，打磨后表面呈光亮色澤，打磨后必須經(jīng)一定的自然生銹周期，方可施工擰緊。
3）其他摩擦面加工方法
采用氧-乙炔焊槍火焰法，對處理表面加熱、應(yīng)全部除去氧化層，施工于對抗滑移系數(shù)不高的連接面場合，一般ｆ＝0.35.
2.2高強(qiáng)螺栓的驗(yàn)收、存放
1）螺栓、螺母、墊片均應(yīng)附有質(zhì)量證明書，并且符合設(shè)計(jì)要求和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，高強(qiáng)螺栓連接副出廠時(shí)必須隨箱帶有扭矩系數(shù)和緊固軸力（預(yù)拉力）的檢驗(yàn)報(bào)告。
2）高強(qiáng)螺栓入庫應(yīng)按規(guī)格、批次分類存放，同批內(nèi)因要配套使用，不得混放、混用，并且保存要注意防潮、防雨，如螺栓、螺母、墊圈存放時(shí)間過長或有銹蝕，應(yīng)抽樣檢查緊固軸力，合格后方可使用，螺栓等不可被泥土、油污沾染，應(yīng)保持潔凈、干燥狀態(tài)。
3）施工現(xiàn)場需安裝的高強(qiáng)螺栓必須進(jìn)行連接副預(yù)拉力復(fù)驗(yàn)，并出具復(fù)驗(yàn)報(bào)告，并且按照鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范要求，進(jìn)行摩擦面抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，并出具試驗(yàn)報(bào)告。
2.3螺栓長度的選用
考慮到鋼構(gòu)件加工時(shí)采用鋼板一般均為正公差，有時(shí)材料代用也多是以厚代薄，所以連接總厚度增加3～4mm現(xiàn)場較多，大六角高強(qiáng)螺栓長度為螺頭下支承面至螺尾的長度, 選用螺栓長度應(yīng)為被緊固連接板束的厚度加一個(gè)螺母和兩個(gè)墊圈的厚度,扭剪型高強(qiáng)螺栓的長度為螺頭下支承面至螺尾切口處的長度,選用螺栓長度應(yīng)為被緊固連接板束的厚度加一個(gè)螺母和一個(gè)墊圈的厚度,具體一般螺栓長度為連接板厚再加下表增加長度并取5mm的整倍數(shù)。
表1 高強(qiáng)螺栓緊固長度加長值表
2.4高強(qiáng)螺栓的擰緊
1）調(diào)整扭矩扳手。施工用扭矩扳手的扭矩值應(yīng)在允許偏差范圍之內(nèi)，其誤差應(yīng)控制在±5%以內(nèi)，校正用的扭矩扳手，其誤差應(yīng)控制在±3%以內(nèi)，當(dāng)施工采用電動(dòng)扳手時(shí)，再調(diào)好檔位后應(yīng)用扭矩測量扳手反復(fù)校正電動(dòng)扳手的扭矩值與設(shè)計(jì)要求是否一致。
2）正確認(rèn)識(shí)扭矩值。施工扭矩值應(yīng)符合規(guī)范要求，如果扭矩值過高，造成螺栓超負(fù)載運(yùn)行，隨著時(shí)間過長，會(huì)使高強(qiáng)度螺栓產(chǎn)生裂紋等缺陷，如果扭矩值過低，會(huì)使螺栓達(dá)不到預(yù)定緊固值，從而造成鋼結(jié)構(gòu)連接面摩擦系數(shù)下降，承載能力下降，因此在施工中要每天用扭矩測量扳手檢測手動(dòng)扳手的緊固位置是否正常，檢查電動(dòng)扳手的顯示信號(hào)是否靈敏，防止超擰或緊固不到位。
3）扭矩值的確定。施工中施擰扭矩值可按下式計(jì)算：
T=P×d×K
其中T為施工扭矩值，P為螺栓預(yù)拉力，d為螺栓公稱直徑，K為扭矩系數(shù)，取值在0.11～0.15之間，各類螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值取值如表2：
表2 高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值取值表
因此，施工中扭矩值可以按照上式確定，實(shí)際施工中扭矩值必須交底到位，讓施工人員明確。
4）高強(qiáng)螺栓的緊固。高強(qiáng)螺栓全部安裝就位后，可以開始緊固，緊固方法一般分兩次進(jìn)行，即初擰和終擰，應(yīng)將全部高強(qiáng)螺栓進(jìn)行初擰，初擰扭矩應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)扭矩的60%～80%，第二次緊固為終擰，終擰宜用電動(dòng)扳手，大六角高強(qiáng)度螺栓要緊固到標(biāo)準(zhǔn)值，偏差不大于±10%，扭剪型高強(qiáng)度螺栓應(yīng)將梅花卡頭擰掉。
5）緊固順序一般從接頭剛度大的地方向不受拘束的自由端順序進(jìn)行，或者從栓群中心向四周擴(kuò)散方向進(jìn)行，這是因?yàn)檫B接鋼板翹曲不牢時(shí)，如從兩端向中間緊固，有可能使拼接板中間鼓起而不能緊貼，從而失去部分摩擦傳力作用。
圖2 節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)螺栓施工示意圖 (鋼結(jié)構(gòu)連接用高強(qiáng)螺栓的施工)
3 高強(qiáng)螺栓的質(zhì)量要求
3.1 摩擦面的質(zhì)量要求
摩擦面應(yīng)平直，翹曲、變形必須進(jìn)行校正，確保摩擦面的緊貼，，緊貼面積要在70%以上，用0.3mm塞尺檢查，插入深度面積之和不得大于總面積的30%，邊緣大間隙不得大于0.8mm，摩擦面板邊、螺栓孔邊應(yīng)無毛刺，摩擦面嚴(yán)禁有氧化鐵皮、毛刺、焊疤、油漆和油污等，表面應(yīng)呈鐵色，并且無明顯的不平，處理好的摩擦面必須進(jìn)行防護(hù)。
3.2 摩擦面間隙的處理
因鋼板厚度公差或制作偏差等產(chǎn)生的接觸面間隙，當(dāng)間隙值小于1mm時(shí)，可不處理；當(dāng)間隙值為1.0～3.0mm時(shí)，應(yīng)將高出一側(cè)磨成1：10的斜面，打磨方向應(yīng)與受力方向垂直；當(dāng)間隙值大于3.0mm時(shí)，應(yīng)加墊板，墊板兩面的處理方法與摩擦面相同。
3.3 制孔精度的控制
高強(qiáng)螺栓的施工，對連接件的制孔精度要求比較嚴(yán)格，實(shí)際施工中不允許進(jìn)行氣割擴(kuò)孔，并且不允許強(qiáng)行打入，高強(qiáng)度螺栓連接構(gòu)件的栓孔孔徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，孔徑允許偏差應(yīng)符合表3的規(guī)定，連接構(gòu)件栓孔孔距的允許偏差應(yīng)符合表4的規(guī)定。
表3高強(qiáng)度螺栓連接構(gòu)件制孔允許偏差表
表4 高強(qiáng)度螺栓連接構(gòu)件孔距允許偏差表
高強(qiáng)螺栓安裝不上時(shí)，不得強(qiáng)行打入孔內(nèi)，以免螺紋損傷，影響預(yù)緊效果，而且是孔壁受擠壓，螺栓受剪，改變高強(qiáng)螺栓受力狀態(tài)，而起不到高強(qiáng)螺栓的作用，也不允許氣割割孔，要用絞刀絞孔，修孔時(shí)要使板層緊貼，以防鐵屑進(jìn)入板縫，絞孔后要用砂輪機(jī)清空孔邊毛刺，并清除鐵屑。
3.4 螺栓的配套使用
螺栓、螺母和墊圈不能隨意互換使用。高強(qiáng)螺栓的螺母和墊圈，生產(chǎn)廠已經(jīng)試驗(yàn)互相配套，使扭矩系數(shù)為定值，互換使用會(huì)使扭矩系數(shù)發(fā)生變化，達(dá)不到要求的預(yù)緊力，使用時(shí)松扣，影響連接質(zhì)量。
3.5 高強(qiáng)螺栓的擰緊
高強(qiáng)螺栓不允許采取一次終擰而成或不按要求次序緊固。這樣將使螺栓的部分緊固軸力消耗在克服鋼板的變形上，當(dāng)它周圍的螺栓緊固后，軸力被分?jǐn)偠档?；此外，為使螺栓群受力均勻，初擰和終擰都應(yīng)按從中間向外側(cè)緊固的順序進(jìn)行，以免造成中間起鼓，使部分軸力消耗在克服變形上，是預(yù)緊力不足，摩擦系數(shù)降低而影響連接強(qiáng)度。
3.6 螺栓終擰的檢查
扭剪型高強(qiáng)螺栓終擰結(jié)束后，應(yīng)以目測全部擰掉尾部梅花卡頭為合格，大六角頭高強(qiáng)度螺栓終擰結(jié)束后，要求用0.3～0.5kg的錘逐個(gè)敲檢，同時(shí)要進(jìn)行扭矩檢查，要求是在終擰后1～24h內(nèi)將螺母退回300～500，再擰至原位測定扭矩，該扭矩與檢查扭矩的偏差應(yīng)在檢查扭矩的±10%以內(nèi)為合格，發(fā)現(xiàn)有欠擰、漏擰應(yīng)補(bǔ)擰，超擰者必須更換。
3.7 成品保護(hù)
已經(jīng)終擰的節(jié)點(diǎn)和摩擦面應(yīng)保持清潔整齊，防止油、塵土污染，已經(jīng)終擰的節(jié)點(diǎn)應(yīng)避免過大的局部撞擊和氧-乙炔烘烤。
4.結(jié) 語
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)形式應(yīng)用會(huì)更加廣泛，因此必須明確該種連接方式的原理、施工及質(zhì)量要求，更好的完成施工。
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