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淺析影響鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓抗滑移系數(shù)的因素
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發(fā)布日期：[2016-02-16] 共閱[1579]次 |
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件已廣泛地被應(yīng)用到建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)工程中來，其上的各個(gè)連接點(diǎn)的連接質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量。其中的主要參數(shù)抗滑移系數(shù)的好壞也直接影響鋼結(jié)構(gòu)工程的優(yōu)劣。為了保證鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓的連接質(zhì)量，本文在理論分析的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)方法研究影響鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的抗滑移系數(shù)的因素，從而起到改進(jìn)并提高鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接質(zhì)量為目的。
1 前言
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接已經(jīng)發(fā)展為與焊接并舉的鋼結(jié)構(gòu)主要連接形式之一，它具有受力性能好、耐疲勞、抗震性能好，連接剛度高、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)的工程連接中，成為鋼結(jié)構(gòu)安裝的主要手段之一。
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接按其受力狀況，可分為摩擦型連接、摩擦-承壓型連接、承壓型連接和張拉型連接等幾種類型。其中的摩擦型連接是目前廣泛被采用的基本連接形式，其主要部件鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓從外形上可分為大六角螺栓和扭剪型螺栓兩種；按性能等級(jí)可分為8.8級(jí)、10.9級(jí)、12.9級(jí)等。目前我國(guó)使用的大六角頭螺栓有8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種，扭剪型鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓只有10.9級(jí)一種。
鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接一般用于直接承受動(dòng)力荷載的重要結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)是通過接觸摩擦面來傳遞剪力，其連接強(qiáng)度、防松性能直接關(guān)系工程質(zhì)量。為保證鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件的質(zhì)量，筆者就多年來對(duì)鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行抗滑移系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了一些影響抗滑移系數(shù)測(cè)定的因素，僅供參考。
2 影響鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)的因素
2.1 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接副的影響。
2.1.1 扭矩系數(shù)（或緊固軸力）的因素：扭矩系數(shù)（或緊固軸力）是鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接副檢測(cè)的主要參數(shù)之一，它的數(shù)值大小也一直影響著鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓抗滑移系數(shù)實(shí)測(cè)值，是影響其的主要因素，只有在扭矩系數(shù)合格的基礎(chǔ)上，才能做抗滑移系數(shù)。我們?cè)跈z測(cè)抗滑移系數(shù)之前，大六角鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件組裝時(shí)需要測(cè)定施加于螺母上的施擰扭矩值T，其公式由K=T/（P·d）推導(dǎo)出T=K·P·d[K—扭矩系數(shù)；T—施擰扭矩，單位為牛米（N·m）；P—螺栓預(yù)拉力，單位為千牛（kN）；d—螺栓的螺紋公稱直徑，單位為毫米（mm）]。施擰扭矩T值大小關(guān)系著鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的接觸松緊程度。扭矩系數(shù)K值大小也直接影響著施擰扭矩T值大小。施工中我們要嚴(yán)格控制施擰扭矩，施擰扭矩太小容易造成鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件欠擰，滑移系數(shù)偏??；施擰扭矩太大容易造成鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件超擰，造成鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓損壞，滑移系數(shù)無效。扭矩系數(shù)平均值要始終保持在0.110～0.150之間，扭矩系數(shù)單個(gè)值允許超過0.110～0.150這個(gè)范圍，扭矩系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于或等于0.0100；扭剪型鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件組裝時(shí)主要觀察扭剪型螺栓尾部梅花頭擰掉情況：尾部梅花頭被擰掉者視同其螺栓施擰扭矩達(dá)到合格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，尾部梅花頭未被擰掉者應(yīng)按GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》上要求的扭矩法或轉(zhuǎn)角法檢驗(yàn)方能達(dá)到合格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。緊固軸力和標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)符合下表規(guī)定：
2.1.2 螺栓預(yù)拉力的因素：從扭矩系數(shù)的計(jì)算公式K=T/P·d中[K—扭矩系數(shù)；T—施擰扭矩/（N·m）；P—螺栓預(yù)拉力/（kN）；d—螺栓的螺紋公稱直徑/（mm）]可以看出螺栓預(yù)拉力P在公式中直接影響到扭矩系數(shù)、擰緊鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面時(shí)螺栓施擰扭矩T值的大小。螺栓預(yù)拉力值P（kN）應(yīng)控制在下表規(guī)定的范圍內(nèi)，超出該范圍者，所測(cè)得扭矩系數(shù)無效。
2.1.3 螺栓存放、運(yùn)輸、裝卸的因素。
2.1.3.1 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓存放期一般為六個(gè)月。它除具備一般的高強(qiáng)度螺栓的機(jī)械性能外，在連接過程中強(qiáng)調(diào)扭矩系數(shù)的穩(wěn)定性，只有扭矩系數(shù)穩(wěn)定了，抗滑移系數(shù)才能得到保證。所以鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓在生產(chǎn)工藝中要經(jīng)過表面磷化處理，從而增加扭矩系數(shù)的穩(wěn)定性。磷化后的鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓如在使用前久久放置，磷化表面會(huì)在空氣中反應(yīng)而失效，終無法確保扭矩系數(shù)的準(zhǔn)確度，也就影響了抗滑移系數(shù)的大小。
2.1.3.2 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓在運(yùn)輸、裝卸過程中一定要注意不得將其表面的磷化層破壞掉，同時(shí)要防止螺紋的損傷；注意防潮，以免水氣對(duì)螺絲的侵蝕，造成螺絲的生銹，影響了扭矩系數(shù)，終無法確?？够葡禂?shù)的正確性
2.2 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材的影響。
2.2.1 連接件板材材質(zhì)的因素：鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材通常采用Q235和Q345兩種普通的鋼結(jié)構(gòu)用鋼材，這兩種板材具有強(qiáng)度高、韌性好、延性大等優(yōu)點(diǎn)被采用。在做鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)時(shí)，試件鋼板的厚度應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程中有代表性的板材厚度來確定，應(yīng)同時(shí)考慮在摩擦面滑移之前，連接件所用的鋼板的凈截面始終處于彈性狀態(tài)，也就是說在拉伸連接件時(shí)所測(cè)得的滑移荷載值是在鋼板沒有變形之前（屈服之前）所得的力值，這樣終利用滑移荷載值計(jì)算出來的抗滑移系數(shù)才是有效的；寬度可參考下表規(guī)定取值，長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)機(jī)夾具的要求確定。
2.2.2 連接件板材摩擦面處理因素：鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材表面通常有噴砂、拋丸、砂輪打磨、酸洗、人工除銹等處理方式，一般應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，無要求時(shí)施工方可采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行施工。但是不同的表面處理方式對(duì)抗滑移系數(shù)的影響是不同的：一般情況下設(shè)計(jì)摩擦面抗滑移系數(shù)值大的（如0.45、0.55）連接件宜采用噴砂、拋丸、噴砂（丸）后生赤銹的表面處理方法完成；設(shè)計(jì)摩擦面抗滑移系數(shù)值小的（如0.30、0.35）宜采用人工除銹、噴砂（丸）后涂無機(jī)富鋅漆、鍍鋅表面的表面處理方法。 2.2.3 連接件板材摩擦面的重復(fù)使用因素：抗滑移系數(shù)試驗(yàn)用的板材試件應(yīng)是沒有經(jīng)過拉伸用過的材料，拉伸用過的試件由于板材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，屈服也提高了許多，摩擦面也有了變化，有的甚至發(fā)生了變形，這樣再用的話，勢(shì)必影響抗滑移系數(shù)的大小。
2.2.4 連接件板材組裝因素。
2.2.4.1 連接件板材上的高強(qiáng)度螺栓孔徑應(yīng)略大于螺栓直徑，不應(yīng)采用氣割擴(kuò)孔，宜用鉆孔成型方法；螺栓孔應(yīng)能保證高強(qiáng)度螺栓自由穿入，嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入，容易損傷螺絲，影響扭矩系數(shù)和施擰扭矩，造成抗滑移系數(shù)不準(zhǔn)。如不能自由穿入，可用鉸刀修整，修整后的孔徑大直徑應(yīng)不大于1.2倍螺栓直徑，孔徑參考如表：孔徑太大，螺栓穿進(jìn)去后容易斜，定位不準(zhǔn)；再者孔徑太大，螺母接觸板材的有效面就小了，容易造成連接件施擰不到位，在受力情況下影響滑移。
2.2.4.2 連接件板材在高強(qiáng)度螺栓連接終擰后，螺栓絲扣外露應(yīng)為2～3扣，其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或4扣。太多影響施擰，少了施擰容易滑絲，拉伸連接件時(shí)容易崩裂，影響板材的擰緊、連接件的滑移。
2.2.4.3 連接件板材在高強(qiáng)度螺栓連接組裝時(shí)，螺母帶圓臺(tái)面的一側(cè)應(yīng)朝向墊圈有倒角一側(cè)，螺栓頭下墊圈有倒角的一側(cè)應(yīng)朝向螺栓頭，這樣在施擰時(shí)不太會(huì)打滑；還有就是在施擰高強(qiáng)度螺栓時(shí)應(yīng)盡量從中間向四邊施擰，這樣施擰的連接件才能密封緊，摩擦力大，抗滑移系數(shù)也大，才符合要求。
2.3 試驗(yàn)儀器精度的影響。
2.3.1 施擰用的扭矩扳手在用前必須進(jìn)行標(biāo)定，其扭矩誤差不得超過2%。
2.3.2 螺栓預(yù)拉力用軸力計(jì)，其誤差不得大于測(cè)定螺栓預(yù)拉力的2%，軸力計(jì)的小示值應(yīng)在1kN以下。
2.3.3 測(cè)抗滑移系數(shù)用的拉力試驗(yàn)機(jī)誤差應(yīng)在1%以內(nèi)。
2.4 試驗(yàn)過程的影響
2.4.1 抗滑移系數(shù)試驗(yàn)應(yīng)采用雙摩擦面的二栓拼接的拉力試件
2.4.2 連接件板材在緊固高強(qiáng)度螺栓時(shí)應(yīng)分初擰、終擰。初擰應(yīng)達(dá)到螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值的50%左右；終擰扭矩由公式Tc=K×Pc×d[K—扭矩系數(shù)平均值，Pc—施工預(yù)拉力，d—高強(qiáng)螺栓公稱直徑]求得。試件組裝好后，應(yīng)在其側(cè)面畫出觀察滑移的直線。置于拉力試驗(yàn)機(jī)上，試件的軸線應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)夾具中心嚴(yán)格對(duì)中。加載時(shí)，應(yīng)先加10%的抗滑移設(shè)計(jì)荷載值，停1min后，再平穩(wěn)加載，加載速度為3～5kN/s，直拉至滑動(dòng)破壞，測(cè)得滑移荷載NV.在試驗(yàn)中當(dāng)發(fā)生以下情況之一時(shí)，所對(duì)應(yīng)的荷載可定為試件的滑移荷載：①試驗(yàn)機(jī)發(fā)生回針現(xiàn)象；②試件側(cè)面畫線發(fā)生錯(cuò)動(dòng)；③X-Y記錄儀上變形曲線發(fā)生突變；④試件突然發(fā)生“嘣”的響聲。
后根據(jù)公式：
式中：Nv—由試驗(yàn)測(cè)得滑移荷載（kN）；nf—摩擦面面數(shù)，取—試件滑移一側(cè)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力實(shí)測(cè)值（或同批螺栓連接副的預(yù)拉力平均值）之和（取三位有效數(shù)字）（kN）；m—試件一側(cè)螺栓數(shù)量，取m=2。
計(jì)算出抗滑移系數(shù)?？够葡禂?shù)檢驗(yàn)一組三件，其小值必須等于或大于設(shè)計(jì)的規(guī)定值。
現(xiàn)如今，鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程蜂擁而起，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，其中暴露出的問題也越來越多，因素也是錯(cuò)綜復(fù)雜，高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量差，連接件抗滑移系數(shù)不好等等隨之而來。為保證鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程的質(zhì)量，需要人們?cè)谄綍r(shí)的工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出更多的影響因素，分析原因，將鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程提高到無憂的境地。
參考文獻(xiàn)
1 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范
2 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
3 鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、螺母、墊圈技術(shù)條件
4 鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副 |
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