铁路桥梁高强度螺栓施工

　　摘要：高强度螺栓的施拧是决定钢桥拼装质量和施工进度的关键，通过控制高强度螺栓的进场检查验收，采用扭矩法施工和紧扣法检查，使高强度螺栓预拉力达到设计要求，从而有效的控制了高强度螺栓的施拧质量，保证全桥钢梁顺利安装。
　　关键词：高强度螺栓；扭矩系数；施拧扭矩；检查扭矩；紧扣法检查
　　
　　 上个世纪60年代，我国在铁路钢桥建设中采用了栓焊技术，高强度螺栓开始用于铁路钢桥的工地拼装连接。随着钢桥设计、制造及施工技术的进步和高强度螺栓产品质量的提高，高强度螺栓连接已成为目前我国大跨度钢桥的主要连接方式。
　　 高强度螺栓连接按设计和传力要求的不同可分为摩擦型连接和承压型连接，摩擦型高强度螺栓连接是目前我国广泛采用的形式，摩擦型连接是利用高强度螺栓的预拉力，使连接的板层间产生抗滑力（摩擦力）来承受和传递外力，并以摩擦力刚被克服，板件间有相对滑动趋势为连接的承载能力极限状态。对于采用高强度螺栓连接的钢桥，如何控制高强度螺栓的施工，是钢桥架设的关键。
　　高强度螺栓的检查验收
　　1.查看包装
　　包装箱应牢固、防潮。箱内应按连接副的组合包装，不同批号的连接副不得混装。每箱质量不得超过40㎏。包装箱内得分装方法可由制造厂选择。
　　包装箱外应有制造厂、产品名称、标准号、批号、规格、数量、毛重等明显标识。
　　2.查看厂家提供的以批为单位的产品质量检验报告及出厂合格证。
　　 出厂检验应按批进行。同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、长度（当螺栓长度≤100㎜时，长度相差≤15㎜，螺栓长度＞100㎜时，长度相差≤20㎜，可视为同一长度）、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺栓为同批。同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺母为同批。同一性能等级、材料、炉号、规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的垫圈为同批。分别由同批螺栓、螺母、垫圈组成的连接副为同批连接副。
　　 对保证扭矩系数供货的螺栓连接副最大批量为3000套。
　　3.进行高强度螺栓质量复验
　　（1）外观检查
　　 对螺杆、螺母、垫圈表面有无裂纹、锈蚀、脱碳检查。
　　（2）型式尺寸、形位公差检查
　　 检查项目有螺杆螺纹的精度，螺杆的垂直度；螺母的精度及支撑面的垂直度；垫圈的平整度；螺杆、螺母、垫圈的各部位尺寸以及螺杆、螺母能否自由配套等。
　　（3）机械性能试验
　　 a.螺栓的楔负荷试验：主要是检验螺杆轴线和螺母支撑面不垂直（夹角10°）情况下螺栓的承载能力。
　　 b.螺母保证荷载试验：主要是检验在荷载作用下螺母是否脱扣或断裂，以及卸载后，用手能否将螺母旋出（检验变形情况）。
　　 c.螺栓的屈服轴力和破坏轴力试验：主要是检验螺栓的强度是否满足规范要求。
　　 d.螺杆、螺母、垫圈的硬度试验。
　　（4）高强度螺栓扭矩系数试验
　　 每批随机抽取8套，8套连接副的扭矩系数平均值应在0.110～0.150之间,标准偏差应≤0.010.
　　高强度螺栓施工
　　国内钢桥连接主要采用高强度螺栓的摩擦连接。摩擦连接是通过板件间的抗滑力来
　　传递剪力。板件间的抗滑力是由接触面的粗糙度（抗滑移系数）和高强度螺栓的预紧力来实现的，但是，在实际使用中，高强度螺栓的预紧力除在实验室可以测量外，在施工现场一般是不易直观测量的，其预紧力主要是通过控制扭矩或控制转角的手段来达到。因此，当设计确定了预紧力之后，高强度螺栓施工时采用何种控制方法，如何规定拧紧扭矩的指标，则成为关键问题。
　　高强度螺栓施工方法、施拧扭矩的确定
　　 高强度螺栓的施工方法有两种：一种是扭矩法施工，目前在我国钢桥的施工中广泛采用。另一种是转角法施工，目前在实际应用中比较少见，本文不作介绍。扭矩法是根据批量高强度螺栓的扭矩系数平均值，综合考虑环境、气候等因素制定相应的施拧扭矩，用于施拧该批高强度螺栓的方法。
　　 由于扭矩法受到很多很多因素的影响，如自然气候，螺栓质量，施拧工具，操作方法，拼接板层数和厚度等，因此在施拧前应进行一系列工艺试验来消除这些因素的影响。扭矩法的工艺试验项目有：（1）扭矩系数试验；（2）温度、湿度对扭矩系数的影响试验；（3）施工预拉力及其损失试验；（4）紧扣、松扣、复位检查试验；（5）施拧时屈服轴力试验；（6）施拧时破坏轴力试验；（7）施拧工具标定方法试验；（8）群栓试验。
　　 每批高强度螺栓连接副的终拧扭矩应由下式确定
　　
　　式中：—终拧扭矩（Nm）
　　 —高强度螺栓连接副扭矩系数平均值
　　 —高强度螺栓的施工预拉力（kN），高强度螺栓的施工预拉力为设计预拉力的1.1倍。
　　 —高强度螺栓公称直径（㎜）
　　扭矩法施工的重要条件：一是高强度螺栓扭矩系数稳定，二是施拧工具的施拧扭矩准确。但实际情况是扭矩系数受温度、湿度的影响很大，当环境温度、湿度发生变化时，高强度螺栓的扭矩系数会随之发生变化。因此在施工过程中，当施工现场环境条件发生变化时，必须及时、准确的调整施拧扭矩，才能始终保证所施拧高强度螺栓的终拧预拉力满足设计要求。
　　高强度螺栓的施工控制
　　电动扳手的标定和管理
　　 高强度螺栓施拧用的电动扳手采用扭矩、轴力仪标定。标定时用5套当天上桥用的高强度螺栓进行标定，取其扭矩平均值。施拧扳手标定次数为每班上班前和下班后各一次。标定误差规定为上班前标定不得大于规定值的±3%，下班后标定不得大于规定值的±5%。若下班后标定误差大于±5%，应对该扳手当班施拧的全部螺栓进行检查。
　　 每天标定的扳手应有标定记录及其施拧部位的记录，初拧和终拧扳手应进行编号并固定配套使用。在施拧过程中，应配备专用电源和稳压器，以保证施工电压的稳定。
　　高强度螺栓初拧、终拧施工控制
　　 高强度螺栓按初拧、终拧两道工序进行。在支架上拼装钢桁梁时，可采用25%的冲钉代替高强度螺栓使用，钢梁悬臂拼装时，主桁杆件应采用50%的冲钉，其他杆件采用30%的冲钉代替高强度螺栓，高强度螺栓全部初拧后，再将冲钉全部换成高强度螺栓并初拧，最后全部终拧。
　　 施拧应从节点刚度大的部位向不受约束的边缘方向进行，对大节点则应从节点中央沿杆件向四周进行。施拧时必须用套筒扳手卡住螺栓头。初拧扭矩采用50%终拧扭矩，初拧后在螺杆、螺母、垫圈和构件上画一直线作为标记，便于终拧检查螺母转角及垫圈、螺杆有无转动。
　　 桥上当天穿入节点板中的高强度螺栓必须当天初拧或终拧完毕，终拧扭矩检查应在4h以后，24h以内进行。终拧检查合格后，外漏部分应立即涂装，板层缝隙应用腻子填缝。
　　 雨天，大雾天气时不得进行施拧作业。
　　（3）高强度螺栓的检查方法、检查扭矩的确定
　　采用转角法施工的高强赌螺栓是采用角度测量法检查的，本文不作介绍。
　　采用扭矩法施工的高强度螺栓检查有两种方法：一种是紧扣法检查。紧扣法检查即
　　高强度螺栓终拧后，先在螺母、垫圈上画一细直线，然后用检查扳手沿螺栓拧紧方向拧紧螺母，读取螺母刚刚转动时的扭矩值，该值即为该螺栓连接副的实际扭矩值。该扭矩值的大小在检查扭矩值的±10%范围内即判为合格。检查扭矩的大小由试验确定，并在测定紧扣检查扭矩时，应确认高强度螺栓的预拉应力的误差在设计预拉力的±2%范围内。另一种高强度螺栓扭矩检查方法是松扣法。松扣法检查是先在螺杆端面和螺母上面画一直线，然后将螺母拧松约60°，再用扭矩扳手重新拧紧，使两线重合测得此时的扭矩即为该螺栓的实际扭矩，该扭矩值的大小在检查扭矩值的±10%范围内即判为合格。松扣法检查扭矩的计算式为：
　　式中：—检查扭矩（Nm）
　　—高强度螺栓连接副扭矩系数平均值
　　 —高强度螺栓的设计预拉力（kN），
　　 —高强度螺栓公称直径（㎜）
　　从两种方法的对比试验结果看，紧扣法具有易于操作，省时省力，检查扭矩准确等优点。国内大型桥梁高强度螺栓终拧检查大多采用紧扣法。
　　在检查高栓扭矩值之前还应先检查螺栓组有没有漏拧（检查初凝划线在终拧后螺母的转动角度或用0.3㎏的小锤敲击法检查），螺母和垫片有无装反的现象。然后检查板缝是否符合规范，这两项检查均合格后再进行终拧扭矩检查。
　　高强度螺栓的工地管理
　　 （1）工地上应建立标准的高强度螺栓库，作好防潮、防尘工作。存放时应按规格、批号分类存放。建立明细库存表和发放登记表。
　　 （2）当班施拧按实际需用规格领取高强度螺栓，不允许高强度螺栓在桥上裸露过夜。对于表面状况发生变化的高强度螺栓应送回原厂进行表面处理，重新复验合格后方可使用。
　　 铁路钢桥的高强螺栓往往数量很大，型号很多，参加作业的人员素质良莠不齐，因此高强螺栓施工除了做好技术指导工作外，更重要的是加强现场管理和监控。根据现场实际情况对工人作专项的培训与指导。将具体工作落实到人，进行奖优罚差，奖快罚慢的激励措施，并制定质量责任签认制度，让每一项工作都具有可追溯性。只有切实做好技术和管理工作，才能有效保证高强度螺栓施工的质量和进度。

《铁路桥梁高强度螺栓施工》

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