建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移系數(shù)試驗中的注意事項

張樹勛，崔 萌，韓 彬

國家網(wǎng)架及鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇 徐州 221000

高強度螺栓摩擦型連接是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件常用的連接方式，適用于重要結(jié)構(gòu)和承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，以及可能出現(xiàn)反向內(nèi)力的構(gòu)件連接。在高強度螺栓摩擦型連接中，滑動外力與連接中法向壓力的比值為抗滑移系數(shù)，抗滑移系數(shù)也是高強度螺栓連接的主要設(shè)計參數(shù)之一，會直接影響構(gòu)件的承載能力[1-4]。

抗滑移系數(shù)的檢驗要求主要是《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB 50205—2020）附錄B中的規(guī)定，但其并不是一個完整的檢驗方法標準，對一些試驗細節(jié)沒有做出明確的規(guī)定。因此，文章主要對抗滑移系數(shù)試驗過程中幾個試驗細節(jié)問題進行探討，以提高檢驗數(shù)據(jù)的準確性。

1 抗滑移系數(shù)試驗涉及的標準

目前，建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移試驗所涉及的現(xiàn)行標準主要有《鋼板栓接面抗滑移系數(shù)的測定》（GB/T 34478—2017）[1]（以下簡稱《系數(shù)測定》）、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB 50205—2020）[2]（以下簡稱《驗收標準》）和《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 82—2011）[3]（以下簡稱《技術(shù)規(guī)程》）。

《系數(shù)測定》綜合了《技術(shù)規(guī)程》和已經(jīng)廢止的《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50205—2001）（以下簡稱《驗收規(guī)范》）的相關(guān)內(nèi)容，并對螺栓孔徑和試驗細節(jié)等做出了明確的規(guī)定，但使用扭剪型螺栓時在抗滑移系數(shù)測定和加荷終點判斷上與《驗收標準》不一致。《驗收標準》基本涵蓋了《技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于抗滑移系數(shù)試驗的相關(guān)內(nèi)容，在試驗方法上與舊版《驗收規(guī)范》相比，主要有兩個變化：（1）刪除了扭剪型螺栓做抗滑移系數(shù)試驗時，螺栓預拉力可按照同批螺栓復驗預拉力平均值取用的做法；（2）在加載終點的判斷上進行了修改。因此，在建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移試驗中，應以《驗收標準》為檢驗依據(jù)，《系數(shù)測定》中的試驗細節(jié)等部分內(nèi)容可作為參考。

2 抗滑移系數(shù)檢驗用螺栓的要求

《驗收標準》中對抗滑移試件的規(guī)定：“試件與所代表的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應為同一材質(zhì)、同批制作、采用同一摩擦面處理工藝和具有相同的表面狀態(tài)（含有涂層），在同一環(huán)境條件下存放，并應用同批同一性能等級的高強度螺栓連接副?！?/p>

對于抗滑移系數(shù)試驗用螺栓的要求，部分實驗室和工程人員將其理解為抗滑移試驗用螺栓應與工程實際應用螺栓為同一批次[5-7]。抗滑移系數(shù)試驗主要考察摩擦面的處理效果，同時和連接的形式、構(gòu)件的應力、螺栓的分布、環(huán)境、荷載等因素有關(guān)，高強度螺栓在抗滑移系數(shù)試驗中起到輔助作用，因此僅更換螺栓批次，不會對抗滑移系數(shù)試驗的準確性產(chǎn)生明顯影響[8]。而且在抗滑移系數(shù)試驗中，螺栓需要夾持三塊鋼板，通常會比工程實際應用的螺栓長一些，如果用工程同批螺栓，就需要廠家單獨加工定制，這在實際操作中是難以保證的。《驗收標準》所指的是應用與實際工程同一性能等級的高強度螺栓連接副，并且試驗用的十二套螺栓應為同一批次，而并非指與工程實際應用的高強度螺栓屬同一批次。

3 考慮螺栓應力松弛的影響

螺栓應力松弛過程一般分為兩個階段：第一階段是螺栓緊固后各接觸表面的微觀凸起因發(fā)生塑性變形下陷而使螺栓預拉力下降，應力下降速度較快，時間較短；第二階段是材料蠕變等因素使塑性變形不斷增加，彈性變形相應減少，而應力隨時間緩慢降低。

在抗滑移試驗中，螺栓預拉力值會受到應力松弛第一階段的影響，螺栓緊固后，螺栓預拉力通常會快速小幅下降，5～10min之后下降速度趨緩，預拉力值相對穩(wěn)定。建議抗滑移試件緊固完成后放置5～10min，待螺栓預拉力值趨于相對穩(wěn)定后，再對抗滑移試件進行拉伸試驗，這樣計算抗滑移系數(shù)時預拉力的取值會更為準確。

4 工程使用扭剪型螺栓時抗滑移系數(shù)的測定

目前，國內(nèi)有高強度大六角頭螺栓連接副和扭剪型高強度螺栓連接副兩種產(chǎn)品，在設(shè)計計算上沒有區(qū)別，僅在施工方法和構(gòu)造上有所差別。《系數(shù)測定》和《驗收規(guī)范》中規(guī)定，采用扭剪型高強度螺栓進行抗滑移試驗時，螺栓預拉力（緊固軸力）可按照同批螺栓復驗預拉力的平均值取用，但這會加大抗滑移試驗的誤差，這種試驗方法在《驗收標準》中已經(jīng)不被允許。進行抗滑移系數(shù)檢測時，螺栓類型對抗滑移系數(shù)沒有明顯影響，工程采用扭剪型螺栓時，抗滑移系數(shù)的測定也可以采用大六角頭螺栓進行試驗。

5 滑移荷載的判斷

舊標準《驗收規(guī)范》規(guī)定的滑移荷載有四種判定條件：（1）試驗機發(fā)生回針現(xiàn)象；（2）X-Y記錄儀上變形曲線發(fā)生突變；（3）試件側(cè)面劃線發(fā)生錯動；（4）試件突然發(fā)生“嘣”的響聲?！断禂?shù)測定》中增加了第五種情況：位移測量裝置試件栓接面發(fā)生的滑動位移為0.15mm，這實質(zhì)上是對第三種判定條件的進一步細化?！厄炇諛藴省穭t規(guī)定以試件發(fā)生滑動破壞的荷載值為滑移荷載。

在抗滑移系數(shù)試驗檢測中，試驗機回針、變形曲線突變和發(fā)出響聲都有可能首先出現(xiàn)，但是無論是哪種情況首先出現(xiàn)，緊接著都會表現(xiàn)為試件夾板和芯板之間出現(xiàn)滑動。高強度螺栓摩擦型連接形式通過構(gòu)件的結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力來傳遞工作荷載，以結(jié)合面出現(xiàn)相對滑動作為其承載力的極限狀態(tài)，一旦摩擦面被外力克服產(chǎn)生相對滑動，則視為該連接達到破壞狀態(tài)，試驗結(jié)束?！厄炇諛藴省分幸?guī)定以出現(xiàn)滑動破壞作為加荷終點，更符合抗滑移試驗的檢測目的，而且在很大程度上避免了因試驗機部件磨損產(chǎn)生的異響、多項判定條件引起的錯亂等因素的影響，有利于提高檢驗數(shù)據(jù)的準確性。另外，在出現(xiàn)滑動后，試驗荷載值通常會稍微降低或基本不變，滑移荷載應明確表述為出現(xiàn)滑動破壞前的最大加荷值。在具體試驗操作中，按照規(guī)定的加荷速度進行加荷，直至一側(cè)摩擦面發(fā)生滑移，滑移荷載與滑移側(cè)的螺栓預拉力之和的比值為抗滑移系數(shù)。

6 結(jié)束語

建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移系數(shù)檢測涉及多個標準，各個標準對于具體試驗要求的規(guī)定并不完全一致，而且標準對部分試驗細節(jié)的表述也比較含糊，這些試驗細節(jié)對檢驗數(shù)據(jù)會產(chǎn)生一定的影響。因此，在試驗過程中注意這些試驗細節(jié)，有助于提高檢驗數(shù)據(jù)的準確性。