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淺析影響鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓抗滑移系數(shù)的因素
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發(fā)布日期：[2016-02-16] 共閱[1573]次 |
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件已廣泛地被應(yīng)用到建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)工程中來，其上的各個連接點的連接質(zhì)量直接關(guān)系到整個工程的質(zhì)量。其中的主要參數(shù)抗滑移系數(shù)的好壞也直接影響鋼結(jié)構(gòu)工程的優(yōu)劣。為了保證鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓的連接質(zhì)量，本文在理論分析的基礎(chǔ)上，通過實驗方法研究影響鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的抗滑移系數(shù)的因素，從而起到改進(jìn)并提高鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接質(zhì)量為目的。
1 前言
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接已經(jīng)發(fā)展為與焊接并舉的鋼結(jié)構(gòu)主要連接形式之一，它具有受力性能好、耐疲勞、抗震性能好，連接剛度高、施工方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)的工程連接中，成為鋼結(jié)構(gòu)安裝的主要手段之一。
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接按其受力狀況，可分為摩擦型連接、摩擦-承壓型連接、承壓型連接和張拉型連接等幾種類型。其中的摩擦型連接是目前廣泛被采用的基本連接形式，其主要部件鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓從外形上可分為大六角螺栓和扭剪型螺栓兩種；按性能等級可分為8.8級、10.9級、12.9級等。目前我國使用的大六角頭螺栓有8.8級和10.9級兩種，扭剪型鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓只有10.9級一種。
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接一般用于直接承受動力荷載的重要結(jié)構(gòu)，主要特點是通過接觸摩擦面來傳遞剪力，其連接強(qiáng)度、防松性能直接關(guān)系工程質(zhì)量。為保證鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件的質(zhì)量，筆者就多年來對鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行抗滑移系數(shù)的測定實驗，總結(jié)了一些影響抗滑移系數(shù)測定的因素，僅供參考。
2 影響鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)的因素
2.1 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接副的影響。
2.1.1 扭矩系數(shù)（或緊固軸力）的因素：扭矩系數(shù)（或緊固軸力）是鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接副檢測的主要參數(shù)之一，它的數(shù)值大小也一直影響著鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓抗滑移系數(shù)實測值，是影響其的主要因素，只有在扭矩系數(shù)合格的基礎(chǔ)上，才能做抗滑移系數(shù)。我們在檢測抗滑移系數(shù)之前，大六角鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件組裝時需要測定施加于螺母上的施擰扭矩值T，其公式由K=T/（P·d）推導(dǎo)出T=K·P·d[K—扭矩系數(shù)；T—施擰扭矩，單位為牛米（N·m）；P—螺栓預(yù)拉力，單位為千牛（kN）；d—螺栓的螺紋公稱直徑，單位為毫米（mm）]。施擰扭矩T值大小關(guān)系著鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的接觸松緊程度。扭矩系數(shù)K值大小也直接影響著施擰扭矩T值大小。施工中我們要嚴(yán)格控制施擰扭矩，施擰扭矩太小容易造成鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件欠擰，滑移系數(shù)偏?。皇Q扭矩太大容易造成鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件超擰，造成鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓損壞，滑移系數(shù)無效。扭矩系數(shù)平均值要始終保持在0.110～0.150之間，扭矩系數(shù)單個值允許超過0.110～0.150這個范圍，扭矩系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于或等于0.0100；扭剪型鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件組裝時主要觀察扭剪型螺栓尾部梅花頭擰掉情況：尾部梅花頭被擰掉者視同其螺栓施擰扭矩達(dá)到合格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，尾部梅花頭未被擰掉者應(yīng)按GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》上要求的扭矩法或轉(zhuǎn)角法檢驗方能達(dá)到合格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。緊固軸力和標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)符合下表規(guī)定：
2.1.2 螺栓預(yù)拉力的因素：從扭矩系數(shù)的計算公式K=T/P·d中[K—扭矩系數(shù)；T—施擰扭矩/（N·m）；P—螺栓預(yù)拉力/（kN）；d—螺栓的螺紋公稱直徑/（mm）]可以看出螺栓預(yù)拉力P在公式中直接影響到扭矩系數(shù)、擰緊鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面時螺栓施擰扭矩T值的大小。螺栓預(yù)拉力值P（kN）應(yīng)控制在下表規(guī)定的范圍內(nèi)，超出該范圍者，所測得扭矩系數(shù)無效。
2.1.3 螺栓存放、運(yùn)輸、裝卸的因素。
2.1.3.1 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓存放期一般為六個月。它除具備一般的高強(qiáng)度螺栓的機(jī)械性能外，在連接過程中強(qiáng)調(diào)扭矩系數(shù)的穩(wěn)定性，只有扭矩系數(shù)穩(wěn)定了，抗滑移系數(shù)才能得到保證。所以鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓在生產(chǎn)工藝中要經(jīng)過表面磷化處理，從而增加扭矩系數(shù)的穩(wěn)定性。磷化后的鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓如在使用前久久放置，磷化表面會在空氣中反應(yīng)而失效，終無法確保扭矩系數(shù)的準(zhǔn)確度，也就影響了抗滑移系數(shù)的大小。
2.1.3.2 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓在運(yùn)輸、裝卸過程中一定要注意不得將其表面的磷化層破壞掉，同時要防止螺紋的損傷；注意防潮，以免水氣對螺絲的侵蝕，造成螺絲的生銹，影響了扭矩系數(shù)，終無法確?？够葡禂?shù)的正確性
2.2 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材的影響。
2.2.1 連接件板材材質(zhì)的因素：鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材通常采用Q235和Q345兩種普通的鋼結(jié)構(gòu)用鋼材，這兩種板材具有強(qiáng)度高、韌性好、延性大等優(yōu)點被采用。在做鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件抗滑移系數(shù)檢驗時，試件鋼板的厚度應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程中有代表性的板材厚度來確定，應(yīng)同時考慮在摩擦面滑移之前，連接件所用的鋼板的凈截面始終處于彈性狀態(tài)，也就是說在拉伸連接件時所測得的滑移荷載值是在鋼板沒有變形之前（屈服之前）所得的力值，這樣終利用滑移荷載值計算出來的抗滑移系數(shù)才是有效的；寬度可參考下表規(guī)定取值，長度應(yīng)根據(jù)試驗機(jī)夾具的要求確定。
2.2.2 連接件板材摩擦面處理因素：鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材表面通常有噴砂、拋丸、砂輪打磨、酸洗、人工除銹等處理方式，一般應(yīng)按設(shè)計要求進(jìn)行，無要求時施工方可采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行施工。但是不同的表面處理方式對抗滑移系數(shù)的影響是不同的：一般情況下設(shè)計摩擦面抗滑移系數(shù)值大的（如0.45、0.55）連接件宜采用噴砂、拋丸、噴砂（丸）后生赤銹的表面處理方法完成；設(shè)計摩擦面抗滑移系數(shù)值小的（如0.30、0.35）宜采用人工除銹、噴砂（丸）后涂無機(jī)富鋅漆、鍍鋅表面的表面處理方法。 2.2.3 連接件板材摩擦面的重復(fù)使用因素：抗滑移系數(shù)試驗用的板材試件應(yīng)是沒有經(jīng)過拉伸用過的材料，拉伸用過的試件由于板材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，屈服也提高了許多，摩擦面也有了變化，有的甚至發(fā)生了變形，這樣再用的話，勢必影響抗滑移系數(shù)的大小。
2.2.4 連接件板材組裝因素。
2.2.4.1 連接件板材上的高強(qiáng)度螺栓孔徑應(yīng)略大于螺栓直徑，不應(yīng)采用氣割擴(kuò)孔，宜用鉆孔成型方法；螺栓孔應(yīng)能保證高強(qiáng)度螺栓自由穿入，嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入，容易損傷螺絲，影響扭矩系數(shù)和施擰扭矩，造成抗滑移系數(shù)不準(zhǔn)。如不能自由穿入，可用鉸刀修整，修整后的孔徑大直徑應(yīng)不大于1.2倍螺栓直徑，孔徑參考如表：孔徑太大，螺栓穿進(jìn)去后容易斜，定位不準(zhǔn)；再者孔徑太大，螺母接觸板材的有效面就小了，容易造成連接件施擰不到位，在受力情況下影響滑移。
2.2.4.2 連接件板材在高強(qiáng)度螺栓連接終擰后，螺栓絲扣外露應(yīng)為2～3扣，其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或4扣。太多影響施擰，少了施擰容易滑絲，拉伸連接件時容易崩裂，影響板材的擰緊、連接件的滑移。
2.2.4.3 連接件板材在高強(qiáng)度螺栓連接組裝時，螺母帶圓臺面的一側(cè)應(yīng)朝向墊圈有倒角一側(cè)，螺栓頭下墊圈有倒角的一側(cè)應(yīng)朝向螺栓頭，這樣在施擰時不太會打滑；還有就是在施擰高強(qiáng)度螺栓時應(yīng)盡量從中間向四邊施擰，這樣施擰的連接件才能密封緊，摩擦力大，抗滑移系數(shù)也大，才符合要求。
2.3 試驗儀器精度的影響。
2.3.1 施擰用的扭矩扳手在用前必須進(jìn)行標(biāo)定，其扭矩誤差不得超過2%。
2.3.2 螺栓預(yù)拉力用軸力計，其誤差不得大于測定螺栓預(yù)拉力的2%，軸力計的小示值應(yīng)在1kN以下。
2.3.3 測抗滑移系數(shù)用的拉力試驗機(jī)誤差應(yīng)在1%以內(nèi)。
2.4 試驗過程的影響
2.4.1 抗滑移系數(shù)試驗應(yīng)采用雙摩擦面的二栓拼接的拉力試件
2.4.2 連接件板材在緊固高強(qiáng)度螺栓時應(yīng)分初擰、終擰。初擰應(yīng)達(dá)到螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值的50%左右；終擰扭矩由公式Tc=K×Pc×d[K—扭矩系數(shù)平均值，Pc—施工預(yù)拉力，d—高強(qiáng)螺栓公稱直徑]求得。試件組裝好后，應(yīng)在其側(cè)面畫出觀察滑移的直線。置于拉力試驗機(jī)上，試件的軸線應(yīng)與試驗機(jī)夾具中心嚴(yán)格對中。加載時，應(yīng)先加10%的抗滑移設(shè)計荷載值，停1min后，再平穩(wěn)加載，加載速度為3～5kN/s，直拉至滑動破壞，測得滑移荷載NV.在試驗中當(dāng)發(fā)生以下情況之一時，所對應(yīng)的荷載可定為試件的滑移荷載：①試驗機(jī)發(fā)生回針現(xiàn)象；②試件側(cè)面畫線發(fā)生錯動；③X-Y記錄儀上變形曲線發(fā)生突變；④試件突然發(fā)生“嘣”的響聲。
后根據(jù)公式：
式中：Nv—由試驗測得滑移荷載（kN）；nf—摩擦面面數(shù)，取—試件滑移一側(cè)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力實測值（或同批螺栓連接副的預(yù)拉力平均值）之和（取三位有效數(shù)字）（kN）；m—試件一側(cè)螺栓數(shù)量，取m=2。
計算出抗滑移系數(shù)。抗滑移系數(shù)檢驗一組三件，其小值必須等于或大于設(shè)計的規(guī)定值。
現(xiàn)如今，鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程蜂擁而起，市場競爭激烈，其中暴露出的問題也越來越多，因素也是錯綜復(fù)雜，高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量差，連接件抗滑移系數(shù)不好等等隨之而來。為保證鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程的質(zhì)量，需要人們在平時的工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗，找出更多的影響因素，分析原因，將鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程提高到無憂的境地。
參考文獻(xiàn)
1 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范
2 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程
3 鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、螺母、墊圈技術(shù)條件
4 鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副 |
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