談關(guān)于高強(qiáng)度螺栓

吳先友

貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001

高強(qiáng)度螺栓在鋼結(jié)構(gòu)鐵路中已廣泛應(yīng)用，取代了部分鉚釘。它具有受力性能好、耐疲勞、抗震性能好， 連接剛度高，旌工簡單，但其技術(shù)條件也很嚴(yán)格，受環(huán)境溫度、濕度及儀器設(shè)備、生產(chǎn)工藝等技術(shù)條件因素影響。目前我國在公路橋梁施工中雖然也使用不少，但仍然存在著很多問題沒有引起足夠的重視，規(guī)范中的規(guī)定從理解程度上仍存在著一些問題，現(xiàn)對在施工遇到的一些問題作簡要分析論述。

1 高強(qiáng)度大六角頭螺栓扭矩系數(shù)的確定

在扭矩法施擰中影響高強(qiáng)度大六角頭螺栓擰緊預(yù)拉力的主要因素是高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)和施擰扭矩，為此在施擰前必須測定高強(qiáng)度大六角頭螺栓連接副的扭矩系數(shù)，確認(rèn)其是否符合要求，并以此扭矩系數(shù)平均值來確定終擰扭矩和檢查扭矩。根據(jù)公式理解，其扭矩系數(shù)應(yīng)是一定值或扭矩與軸力成正比關(guān)系，但高強(qiáng)度螺栓在實(shí)際檢測過程中，在《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術(shù)條件》GB/T12312006規(guī)定的預(yù)拉力范圍內(nèi)，高強(qiáng)度螺栓扭矩系數(shù)并不是一定值，在該范圍內(nèi)，預(yù)拉力與扭矩也不成正比關(guān)系，而且沒有規(guī)律，隨預(yù)拉力的增加扭矩系數(shù)時(shí)大時(shí)小。針對高強(qiáng)螺栓在應(yīng)用過程中一些注意事項(xiàng)以及影響高強(qiáng)螺栓扭矩系數(shù)的因素及影響程度，本著科學(xué)的態(tài)度，我們對同批、同規(guī)格的螺栓，在不同的試驗(yàn)室、不同的環(huán)境、不同預(yù)拉力進(jìn)行了扭矩系數(shù)比較。

《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術(shù)條件》GB/T1231-2006；《公路橋涵旅工技術(shù)規(guī)范》JTJO4卜2000：《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》JGJ8291；《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001；規(guī)定高強(qiáng)度大六角頭螺栓在施工前應(yīng)按出廠批號復(fù)驗(yàn)扭矩系數(shù)，每批號抽驗(yàn)不少于8套，其平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)無要求時(shí)平均值應(yīng)在0.11～0.15范圍內(nèi)，其校準(zhǔn)偏差應(yīng)小于或等于0.01，復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為施擰的主要參數(shù)。大六角頭螺栓的施工扭矩可由下式計(jì)算確定：

Tc=k· Pc·d

式中： TC一終擰扭矩（N.m）;

K一扭矩系數(shù)平均值;

Pc一施工預(yù)拉力（kN）;

d一螺栓螺桿直徑（mm）;

2 高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)軸力的確定

對抗滑型高強(qiáng)度螺栓接頭，在板面抗滑移系數(shù)確定的情況下。螺栓軸力越大，抗滑力就越大，傳遞荷載能力就越強(qiáng)。然而螺栓有一定的強(qiáng)度。若軸力超過其所能承受的破壞荷載，就會斷裂。只有在可靠度理論分析基礎(chǔ)，確定的螺栓有效擰緊軸力才是經(jīng)濟(jì)合理的。

2.1 高強(qiáng)度螺栓(簡稱螺栓)強(qiáng)度

根據(jù)工廠復(fù)驗(yàn)和實(shí)地試驗(yàn)及出廠質(zhì)量保證書的螺栓拉斷強(qiáng)度資料，統(tǒng)計(jì)分析了螺栓破斷強(qiáng)度F。結(jié)果10.9級螺栓的材料屈服強(qiáng)度取為0.9倍的抗拉強(qiáng)度。螺栓在擰緊的過程中，螺栓力與拉應(yīng)力復(fù)合成主應(yīng)力.一般采用軸向應(yīng)力乘以復(fù)臺應(yīng)力系數(shù)η表示。

螺栓材料所允許的軸向拉力NF=0.9F·η，根據(jù)隨機(jī)變量F和η分布，通過蒙特卡羅法隨機(jī)模擬得到NF的分布。隨機(jī)變量NF即為螺栓軸力的上限值.在可靠度分析中作為抗力項(xiàng)。

2.2 螺栓設(shè)計(jì)有效軸力的確定

螺栓設(shè)計(jì)軸力的確定，主要是保證螺栓擰緊過程中。在復(fù)合應(yīng)力影響下不至于使主應(yīng)力超過屈服點(diǎn)為前提.盡量選擇大的軸力，以充分發(fā)揮螺栓連接作用以NF=0.9F/η， 作為抗力項(xiàng)再考慮超擰10n后作為效應(yīng)項(xiàng)N=X·NH，求算螺栓擰緊過程中螺拴強(qiáng)度的可靠度，以此來確定螺栓的設(shè)計(jì)有效軸。

3 高強(qiáng)螺栓連接施擰技術(shù)管理審經(jīng)常遇到幾個(gè)問題：

3.1 高強(qiáng)螺栓副施擰中螺栓欠擰和超擰

在GB1228-1231-84標(biāo)準(zhǔn)中當(dāng)高強(qiáng)螺栓連接終擰后其予拉力小于（標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定最小值時(shí)為欠擰，當(dāng)予拉力大于表審最大者為超擰。如10.9S級高強(qiáng)螺栓規(guī)格為M22者當(dāng)螺栓予拉力小于18t為欠擰，而大于22t為超擰。

3.2 10.9s級保扭矩系數(shù)高強(qiáng)螺栓初擰和終擰后能否標(biāo)下重復(fù)使用

一般不允許重復(fù)使用由于螺紋磨擦和變形扭矩系數(shù)K發(fā)生變化， 軸力也變化一般不允許重復(fù)使用。

3.3 高強(qiáng)螺栓如何向廠家定貨

虛按設(shè)計(jì)圖紙所需規(guī)格數(shù)量定貨，應(yīng)注明高強(qiáng)螺栓強(qiáng)度等級（8.8級或10.9S級），高強(qiáng)螵栓副材質(zhì)及引用標(biāo)準(zhǔn)。如定貨10.9s級高強(qiáng)螺栓副為保扭矩系數(shù)高強(qiáng)螺栓須在定貨表中注明。

3.4 如訂貨時(shí)購買10.9S級高強(qiáng)螺栓用戶方未提出保扭矩系數(shù)要求而工地復(fù)驗(yàn)高強(qiáng)，螺栓副扭矩系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差超差過大對廠方有何責(zé)任

由于定貨高強(qiáng)螺栓是不保扭矩系數(shù)， 因此無法向廣方追查責(zé)任。

3.5 不保扭矩系數(shù)高強(qiáng)螺栓廠方應(yīng)負(fù)責(zé)任

工地對高強(qiáng)螺栓復(fù)驗(yàn)螺栓楔負(fù)載，螺母保載， 墊圈和螺母硬度檢驗(yàn)應(yīng)符合國標(biāo)要求。螺栓副幾何尺寸應(yīng)滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 對10.9s級保扭矩系數(shù)高強(qiáng)螺栓廠方出廠時(shí)已給出扭矩系數(shù)K和扭矩系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差σn-1值為什么工地還要進(jìn)行復(fù)驗(yàn)K和σn-1值

由于高強(qiáng)螺栓出廠到工地后經(jīng)過長途運(yùn)輸搬運(yùn)保管汽油條件變化而對和σn-1，值影響較大，故在工地施擰高強(qiáng)螺栓前必須對夏和σn-1值復(fù)驗(yàn)。

3.7 幾種高強(qiáng)螺栓連接施擰的方法以及所適用的條件

高強(qiáng)螺栓連接施擰有扭矩控制法和轉(zhuǎn)角法。當(dāng)工地復(fù)驗(yàn)高強(qiáng)螺栓系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差在允許范圍之內(nèi)可用扭矩探制法施擰高強(qiáng)螺栓方法簡便易掌握。但當(dāng)復(fù)驗(yàn)高強(qiáng)螺栓扭矩系數(shù)離散過大用扭矩探制法施擰則螺栓予拉力過于分散也易造成欠擰或超擰在這種情況下用扭角法L或稱轉(zhuǎn)角法）施擰較為合適。扭角法采用二次線性回歸方程式計(jì)算轉(zhuǎn)角。但一般不易掌握。銅街子工程鋼梁高強(qiáng)螺栓施擰是用螺栓探制法施擰。

[1]田中雨.高強(qiáng)度大六角頭螺栓扭矩系數(shù)在橋梁施工中的確定及其它注意問題[J].科技博覽，2009，11.

[2]江峰.高強(qiáng)度螺栓及其接頭可靠度的研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2001，12.

[3]Takashi Yamaguchi，Yasuo Suzuki，Toshiyuki Kitada，Kunitomo Sugiur 拉力和剪力對高強(qiáng)度受拉螺栓節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的影響[J].Progress in Steel Building Structure 2010，3.

[4]趙蘭軒.銅街子工程施工橋梁鋼梁高強(qiáng)螺栓連接及其在施工中有關(guān)問題探討[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)院，2008，6.