特殊部位大六角高强度螺栓施工工艺.doc

特殊部位大六角高强度螺栓施工工艺 柯昌凡 （上海宝冶集团有限公司钢结构分公司 上海 宝山 邮编：200941） 摘要：大六角高强度螺栓广泛应用于建筑工程领域，随着现代建筑技术的发展及工艺的要求，越来越多的复杂节点出现在各种工程中，造成个别节点的螺栓施工空间狭小，无法依规范要求进行施工，本文针对这一技术现状，深入分析了高强度螺栓的受力情况及施工过程中对其承载力造成影响的诸多因素，提出改进后的施工艺方法，并通过详细的理论分析及实验验证了改进后施工艺的可行性，介绍了本研究成果在工程建设领域应用效果。 关键词：大六角头高强度螺栓 扭矩系数 预拉力 施工工艺 目前，建筑钢结构安装工程中连接方式主要是焊接连接和高强度螺栓连接，高强度螺栓连接较焊接连接相比，施工工艺简单、装拆方便，标准化程度高，对现场条件及施工人员技术水平要求较低，便于加快工程进度，易于保证工程质量，因而广泛地应用于电厂、工业厂房、化工装置等工业工程及高层、会展、机场、桥梁等各种民用建筑工程，另外在桥式起重机、龙门吊等机械设备领域也有广泛的应用。 我国国家行业标准《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规范》GJG82-91明确规定，大六角头高强度螺栓拧紧时，只能在螺母上施加扭矩。但在长期的施工过程中，总存在大量较为复杂的特殊节点（如下图1、2所示，为某化工设备支座梁相连接的节点中，所有螺栓只能从“八卦”梁的圈内方向穿入），无法对螺母施加扭矩，我们只能改变施工工艺，在螺杆端部大六角头上施加扭矩。在此，对高强度大六角头螺栓连接副的工作原理、施工工艺以及在施工过程中可能会对承载力或螺栓性能造成影响的因素做进一步深入探讨，分析这一施工工艺的可行性，通过试验来验证这一工艺方法的可行性。研究结果对优化钢结构节点设计、提高高强度螺栓的施工效率具有实际意义。 图1 某化工项目设备支座“八卦梁”平面布置图 图2 “八卦梁”节点详图 注：图中“云线”圈起部位为高强螺栓 理论分析 1．1 高强螺栓的工作原理 根据高强度螺栓连接设计和受力要求的不同，分为摩擦型和承压型连接节点，其主要区别在受剪力作用的节点中，摩擦型连接节点是以外剪力达到板件间可能发生的最大摩擦力为极限状态，当外剪力超过时板间发生相对滑移，即认为连接失效破坏。承压型高强度螺栓连接在受剪时则允许摩擦力被克服并发生板间相对滑移，然后外力可以继续增加并以此后发生螺栓杆剪切或是孔壁承压的最终破坏为极限状态。在受拉连接时没有区别。 因此，摩擦型高强度螺栓连接的抗剪性能全部凭借螺栓的预拉力，使构件间高度紧压从而能产生足够的摩擦力。对承压型高强度螺栓连接，螺栓的预拉力只是一部分因素，螺栓受剪还需同时如同普通螺栓一样受力。 1．2 高强度螺栓的预拉力 高强度螺栓的预拉力是通过施拧扭矩来实现的，螺栓的预拉力和施拧扭矩的关系用扭矩系数K表示，其关系如下： 式中 K——扭矩系数； T——施拧力矩； P——螺栓预拉力； 扭矩系数K值的大小直接反应了施拧扭矩与螺栓预拉力的关系，K值太大，则螺栓预拉力过大，可能造成螺栓破坏，K值太小，则螺栓预拉力太小，起不到紧固的作用，因此，国标《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001明确要求对进场的大六角高强度螺栓扭矩系数进行复验，其值应在0.110～0.150之间； 在进行扭矩系数的试验时，高强度螺栓预拉力值应符合下表1规定： 表1：高强度螺栓预拉力值范围（KN） 螺栓规格(mm) M16 M20 M22 M24 M27 M30 预拉力值P 10.9s 93～113 142～177 175～215 206～250 265～324 325～390 8.8s 62～78 100～120 125～150 140～170 185～225 230～275 1．3 在对螺母施加扭矩的施工过程中影响预拉力值P的因素分析 如图3所示，当对螺母施加扭矩进行高强度螺栓紧固施工时,螺栓杆是不动的，螺母是顺时针匀速转动的，此时，施拧力矩T用于克服螺纹间的摩擦阻力矩T1和螺母环形端面与垫圈支承面间的摩擦阻力矩T2，则 螺纹间的摩擦阻力矩 螺母与垫圈支承面间的摩擦阻力矩 所以， 式中 ——螺纹升角； ——螺纹副当量摩擦角； ——螺母与垫圈支承面间的摩擦系数； D0——螺母垫圈支承面的外径； d0——螺栓孔直径； d——螺栓公称直径； 1．4 在对螺杆端部大六角头施加扭矩的施工过程中影响预拉力值P1的因素分析 如图4所示，当对杆端部大六角头施加扭矩进行高强度螺栓紧固施工时,螺母是不动的，螺杆是顺时针匀速转动的，此时，施拧力矩T用于克服螺纹间的摩擦阻力矩T1、螺杆端部大六角头环形端面与垫圈支承面间的摩擦阻力矩T3及螺杆与节点板孔壁间的摩擦阴力矩T4，则 螺纹间的摩擦阻力矩