高强螺栓轴力扭矩试验在钢结构检测重要性

作者:螺栓扭矩系数
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发布时间:2018-11-07 23:53:48

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  钢结构高强度螺栓连接件已广泛地被应用到建筑钢结构和桥梁钢结构工程中来,其上的各个连接点的连接质量直接关系到整个工程的质量。其中的主要参数抗滑移系数的好坏也直接影响钢结构工程的优劣。为了保证钢结构高强度螺栓的连接质量,本文在理论分析的基础上,通过实验方法研究影响钢结构高强度螺栓连接的抗滑移系数的因素,从而起到改进并提高钢结构高强度螺栓连接质量为目的。

  钢结构高强度螺栓连接已经发展为与焊接并举的钢结构主要连接形式之一,它具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好,连接刚度高、施工方便等优点,被广泛应用在建筑钢结构和桥梁钢结构的工程连接中,成为钢结构安装的主要手段之一。

  钢结构高强度螺栓连接按其受力状况,可分为摩擦型连接、摩擦-承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种类型。其中的摩擦型连接是目前广泛被采用的基本连接形式,其主要部件钢结构高强度螺栓从外形上可分为大六角螺栓和扭剪型螺栓两种;按性能等级可分为8.8级、10.9级、12.9级等。目前我国使用的大六角头螺栓有8.8级和10.9级两种,扭剪型钢结构高强度螺栓只有10.9级一种。

  钢结构高强度螺栓连接一般用于直接承受动力荷载的重要结构,主要特点是通过接触摩擦面来传递剪力,其连接强度、防松性能直接关系工程质量。为保证钢结构高强度螺栓连接件的质量,笔者就多年来对钢结构高强度螺栓进行抗滑移系数的测定实验全自动高强螺栓检测仪,总结了一些影响抗滑移系数测定的因素,仅供参考。

  2.1.1 扭矩系数(或紧固轴力)的因素:扭矩系数(或紧固轴力)是钢结构高强度螺栓连接副检测的主要参数之一,它的数值大小也一直影响着钢结构高强度螺栓抗滑移系数实测值,是影响其的主要因素,只有在扭矩系数合格的基础上,才能做抗滑移系数。我们在检测抗滑移系数之前,大六角钢结构高强度螺栓连接件组装时需要测定施加于螺母上的施拧扭矩值T,其公式由K=T/(Pd)推导出T=KPd[K扭矩系数;T施拧扭矩,单位为牛米(Nm);P螺栓预拉力,单位为千牛(kN);d螺栓的螺纹公称直径,单位为毫米(mm)]。施拧扭矩T值大小关系着钢结构高强度螺栓连接摩擦面的接触松紧程度。扭矩系数K值大小也直接影响着施拧扭矩T值大小。施工中我们要严格控制施拧扭矩,施拧扭矩太小容易造成钢结构高强度螺栓连接件欠拧,滑移系数偏小;施拧扭矩太大容易造成钢结构高强度螺栓连接件超拧,造成钢结构高强度螺栓损坏,滑移系数无效。扭矩系数平均值要始终保持在0.110~0.150之间,扭矩系数单个值允许超过0.110~0.150这个范围,扭矩系数标准偏差应小于或等于0.0100;扭剪型钢结构高强度螺栓连接件组装时主要观察扭剪型螺栓尾部梅花头拧掉情况:尾部梅花头被拧掉者视同其螺栓施拧扭矩达到合格质量标准,尾部梅花头未被拧掉者应按GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》上要求的扭矩法或转角法检验方能达到合格质量标准。紧固轴力和标准偏差应符合下表规定:

  2.1.2 螺栓预拉力的因素:从扭矩系数的计算公式K=T/Pd中[K扭矩系数;T施拧扭矩/(Nm);P螺栓预拉力/(kN);d螺栓的螺纹公称直径/(mm)]可以看出螺栓预拉力P在公式中直接影响到扭矩系数、拧紧钢结构高强度螺栓连接摩擦面时螺栓施拧扭矩T值的大小。螺栓预拉力值P(kN)应控制在下表规定的范围内,超出该范围者,所测得扭矩系数无效。

  2.1.3.1 钢结构高强度螺栓存放期一般为六个月。它除具备一般的高强度螺栓的机械性能外,在连接过程中强调扭矩系数的稳定性,只有扭矩系数稳定了,抗滑移系数才能得到保证。所以钢结构高强度螺栓在生产工艺中要经过表面磷化处理,从而增加扭矩系数的稳定性。磷化后的钢结构高强度螺栓如在使用前久久放置,磷化表面会在空气中反应而失效,zui终无法确保扭矩系数的准确度,也就影响了抗滑移系数的大小。

  2.1.3.2 钢结构高强度螺栓在运输、装卸过程中一定要注意不得将其表面的磷化层破坏掉,同时要防止螺纹的损伤;注意防潮,以免水气对螺丝的侵蚀,造成螺丝的生锈,影响了扭矩系数,zui终无法确保抗滑移系数的正确性

  2.2.1 连接件板材材质的因素:钢结构高强度螺栓连接件板材通常采用Q235和Q345两种普通的钢结构用钢材,这两种板材具有强度高、韧性好、延性大等优点被采用。在做钢结构高强度螺栓连接件抗滑移系数检验时,试件钢板的厚度应根据钢结构工程中有代表性的板材厚度来确定,应同时考虑在摩擦面滑移之前,连接件所用的钢板的净截面始终处于弹性状态,也就是说在拉伸连接件时所测得的滑移荷载值是在钢板没有变形之前(屈服之前)所得的力值,这样zui终利用滑移荷载值计算出来的抗滑移系数才是有效的;宽度可参考下表规定取值,长度应根据试验机夹具的要求确定。

  2.2.2 连接件板材摩擦面处理因素:钢结构高强度螺栓连接件板材表面通常有喷砂、抛丸、砂轮打磨、酸洗、人工除锈等处理方式,一般应按设计要求进行,无要求时施工方可采用适当的方法进行施工。但是不同的表面处理方式对抗滑移系数的影响是不同的:一般情况下设计摩擦面抗滑移系数值大的(如0.45、0.55)连接件宜采用喷砂、抛丸、喷砂(丸)后生赤锈的表面处理方法完成;设计摩擦面抗滑移系数值小的(如0.30、0.35)宜采用人工除锈、喷砂(丸)后涂无机富锌漆、镀锌表面的表面处理方法。 2.2.3 连接件板材摩擦面的重复使用因素:抗滑移系数试验用的板材试件应是没有经过拉伸用过的材料,拉伸用过的试件由于板材的内部结构发生了质的变化,屈服也提高了许多,摩擦面也有了变化,有的甚至发生了变形,这样再用的话,势必影响抗滑移系数的大小。

  2.2.4.1 连接件板材上的高强度螺栓孔径应略大于螺栓直径,不应采用气割扩孔,宜用钻孔成型方法;螺栓孔应能保证高强度螺栓自由穿入,严禁强行穿入,容易损伤螺丝,影响扭矩系数和施拧扭矩,造成抗滑移系数不准。如不能自由穿入,可用铰刀修整,修整后的孔径zui大直径应不大于1.2倍螺栓直径,孔径参考如表:孔径太大,螺栓穿进去后容易斜,定位不准;再者孔径太大,螺母接触板材的有效面就小了,容易造成连接件施拧不到位,在受力情况下影响滑移。

  2.2.4.2 连接件板材在高强度螺栓连接终拧后,螺栓丝扣外露应为2~3扣,其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。太多影响施拧,少了施拧容易滑丝,拉伸连接件时容易崩裂,影响板材的拧紧、连接件的滑移。

  2.2.4.3 连接件板材在高强度螺栓连接组装时,螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角一侧,螺栓头下垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头,这样在施拧时不太会打滑;还有就是在施拧高强度螺栓时应尽量从中间向四边施拧,这样施拧的连接件才能密封紧,摩擦力大,抗滑移系数也大,才符合要求。

  2.3.1 施拧用的扭矩扳手在用前必须进行标定,其扭矩误差不得超过2%。

  2.3.2 螺栓预拉力用轴力计,其误差不得大于测定螺栓预拉力的2%,轴力计的zui小示值应在1kN以下。

  2.4.2 连接件板材在紧固高强度螺栓时应分初拧、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右;终拧扭矩由公式Tc=K×Pc×d[K扭矩系数平均值,Pc施工预拉力,d高强螺栓公称直径]求得。试件组装好后,应在其侧面画出观察滑移的直线。置于拉力试验机上,试件的轴线应与试验机夹具中心严格对中。加载时,应先加10%的抗滑移设计荷载值,停1min后,再平稳加载,加载速度为3~5kN/s,直拉至滑动破坏,测得滑移荷载NV.在试验中当发生以下情况之一时,所对应的荷载可定为试件的滑移荷载:①试验机发生回针现象;②试件侧面画线发生错动;③X-Y记录仪上变形曲线发生突变;④试件突然发生“嘣”的响声。

  根据公式计算出抗滑移系数。抗滑移系数检验一组三件,其MIN必须等于或大于设计的规定值。

  现如今,钢结构高强度螺栓连接工程蜂拥而起,市场竞争激烈,其中暴露出的问题也越来越多,因素也是错综复杂,高强度螺栓质量差,连接件抗滑移系数不好等等随之而来。为保证钢结构高强度螺栓连接工程的质量,需要人们在平时的工作中不断总结经验,找出更多的影响因素,分析原因,将钢结构高强度螺栓连接工程提高到无忧的境地。

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