高强度螺栓采用哪一种类型较好?怎样选择其紧固方法?
格格巫22
2023年09月22日 16:14:23
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来源: 亨瑞老于的结构设计 高强度螺栓分大六角头和扭剪型两种类型。 它们只是在形状和紧固方法上有所区别,在受力性能上两者相同。本文对两者的紧固方法加以介绍。 一、大六角头高强度螺栓的紧固方法 大六角头高强度螺栓属普通类型,欧美和我国仍大量采用,尤其在铁路桥梁上,我国只采用此种类型。 大六角头高强度螺栓的紧固方法分扭矩法和转角法两种,前者是《施工规范》采用的方法。


来源: 亨瑞老于的结构设计

高强度螺栓分大六角头和扭剪型两种类型。
它们只是在形状和紧固方法上有所区别,在受力性能上两者相同。本文对两者的紧固方法加以介绍。
一、大六角头高强度螺栓的紧固方法
大六角头高强度螺栓属普通类型,欧美和我国仍大量采用,尤其在铁路桥梁上,我国只采用此种类型。
大六角头高强度螺栓的紧固方法分扭矩法和转角法两种,前者是《施工规范》采用的方法。
1、扭矩法
扭矩法是采用可显示扭矩值的扭矩扳手拧紧螺母。
操作一般应分初拧和终拧两步进行,对于大型节点则应分初拧、复拧和终拧三步进行。
初拧和复拧的目的是先使连接的板叠靠拢,初拧扭矩应为施工扭矩的 50%左右,复拧扭矩等于初拧扭矩。
初拧或复拧后的高强度螺栓应用颜色在螺母上涂上标记,然后按施工扭矩值进行终拧。终拧完毕再用另一种颜色在螺母上涂上标记。
施工扭矩 T 应按下式确定:
T=kd(P+δP)  ( 式1-1
式中:
d 螺栓公称直径;
P一螺栓的预拉力(参见《钢结构设计标准》表 11.4.2-2);
δP 补偿紧固后螺栓松驰造成的预拉力损失值,一般为预拉力的 10%
k 一扭矩系数。
由上式可见,施拧扭矩除和螺栓公称直径和规定的预拉力两常量成正比外,还和扭矩系数有关。
扭矩系数须事先经试验测定,工厂一般对每批螺栓在出厂时均要提供,它可代表扭矩系数的基本值,即反映螺栓的制造质量。如螺栓副表面的处理方法(发黑、磷化)、光洁度、螺纹的精度、润滑等,但它是在工厂特定条件下得出的。
其他影响扭矩系数的外在因素还很多,如运输、保管、使用时螺纹有否碰伤,是否沾有尘埃油污,有否受潮生锈等。
即使这些都能避免,其它诸如被连接板叠的层数、厚度和平整度,螺栓群的紧固顺序,施拧速度的快慢,螺母与螺栓或与垫圈之间有无润滑剂 ( ),施拧时的气温高低 ( 随温度上升而减小)、终拧是否及时等因素都对扭 系数有一定的影响。
若扭矩系数大且离散率高,则表示施工扭矩大且螺栓预拉力不稳定,这将必然难以保证质量。再者,施工扭矩增大,不但要增加施拧时产生的剪应力,同时施拧的机具和劳动强度都将增大。因此,在采用扭矩法时,施工前还应结合工程实际情况对扭矩系数进行测定,以确定施工扭矩,保证工程质量。
2、 转角法
转角法不须使用专用扳手,它只控制螺母的转角,即控制螺栓的应变来获得规定的预拉力。因此,它是一种简单而有效的紧固方法,在美国应用较多。
转角法亦须分初拧和终拧两步施拧。
初拧可用短扳手(长 30~50cm,用一人施拧,约使预拉力达 20%~30%)将螺母拧至使板叠靠拢,并作出标记。然后用长扳手(或电动、风动扳手)将螺母从标记位置再 1/3~1/2圈 (120°~180°)达到位置。
终拧角度须根据和预拉力之间的关系确定,它和板 厚度 h 和螺栓直径d有关。现将日本和美国的规定选列如下:
日本:
h≤8d  或   h≤200mm  1/2圈;
h>8d  或  h>200mm  2/3圈;
美国:
h≤4d              1/3圈;
4d<h≤8d      1/2圈;
8d<h≤12d      2/3圈;
二、扭剪型高强度螺栓的紧固方法
扭剪型高强度螺栓为日本首创,我国在 20 世纪 70 年代末随上海宝山钢铁总厂一期工程引进。
由于螺栓本身构造系在螺栓尾部设有槽口和梅花头,且槽口深度是按最终拧断梅花头的扭矩和预拉力之间的关系确定,故当梅花头拧掉,螺栓亦达到规定的预拉力值。
扭剪型高强度螺栓的拧紧也分初拧和终拧,对于大型节点同样在中间增加一次复拧。
初拧和复拧可用扭矩扳手施拧,其扭矩值亦按式(1-1)的 50%采用,扭矩系数可取0.13,即初拧(和复拧)矩:
T0=0.065d(P+δP)  (式2-1)
初拧或复拧后的高强度螺栓同样应用颜色在螺母上涂上标记,然后采用 TC 型专用电动扳手套住螺母和梅花头终拧,直至梅花头拧掉。
扭剪型高强度螺栓紧固简单,且便于检查螺栓是否存在漏拧和欠拧,故很受施工单位的欢迎,缺点是梅花头要多消耗一点钢材。另外若槽口深度制造误差控制不严,会给螺栓的预拉力带来一定的离散性。
三、两种高强螺栓的应用分析
扭剪型高强度螺栓的紧固方法简便,易于检查,故只要有货源和配备 TC 型电动报手且螺栓质量符合国标要求,在建筑结构中使用是可取的。
大六角头高强度螺栓的制造相对较易,货源较广,但其紧固工艺须有一定的要求,尤其是对扭矩系数和施拧扭矩的确定,虽然影响扭矩系数的因数较多,但是只要加强螺栓制造质量和施工技术管理,连接质量的可靠程度可达到较高水平。
保证螺栓质量的关键,首先要在螺栓的制造上降低扭矩系数和减小其离散率。
铁道部大桥工程局桥梁科学研究所的大量试验研究表明,对高强度螺栓、螺母、垫圈进行表面磷化处理,可使扭矩系数和其离散率大大降低。扭矩系数约可降低50%左右,一般为 0.115~0.120,标准差为 0.0026~0.0098,预拉力离散率为 0.016~0.096。这一成果已在九江长江大桥中得到应用。
大六角头高强度螺栓的紧固方法以转角法简单易行,但应严格掌握终拧角度,否则可能造成欠拧或超拧(超拧的可能性更大)。
正常情况下,用扭矩法得到的螺栓预拉力值一般比较稳定。但是,由于施工中条件变化而影响扭矩系数的因索较多,如施工期间温差的影响 (变化量约k=士6.15X 10 -4 ~士6.6X 10 -4 /℃,每摄氏度平均变化率约 0.48%~0.50%)、终拧不及时的影响 (按《施工规范》规定,当天安装的螺栓应在当天终完毕)等,都会增加(或降低)扭矩系数,且往往不易作出定量分析。
此时,可考虑将终拧改用转角法,即采用扭矩法和转角法混合使用。在采用转角法时,除在终拧结束后,采用0.3~0.5kg 的小锤逐个敲击检查外,还应辅以扭矩扳手抽查其扭矩值 (将紧固好的螺母回退 30~50°后再拧至原位)是否偏差较大(不得大于10%)。这样,可使两种紧固方法互补短长检查扭矩应按下式计算:
Tzb=kdP    (式3-1)

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