鋼結(jié)構(gòu)橋梁高強(qiáng)度螺栓施工質(zhì)量控制

呂治國

(湖南省高速公路管理局)

1 高強(qiáng)度螺栓施工控制要素

表1 高強(qiáng)度螺栓施工控制要素

2 高強(qiáng)度螺栓施工控制要點

2.1 出廠檢驗

合格的高強(qiáng)度螺栓是保證其施工質(zhì)量的前提條件，出廠時應(yīng)核對廠家提供的產(chǎn)品合格證書、質(zhì)量保證書，還應(yīng)對螺栓的化學(xué)成分、機(jī)械性能、扭矩系數(shù)等項目委托有資質(zhì)單位進(jìn)行抽樣檢查，檢查結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，根據(jù)對以往高強(qiáng)度螺栓的斷裂失效和斷口分析，還應(yīng)注意檢查原材料是否存在一定夾雜物導(dǎo)致材料脆性增大、是否因滾齒加工能力下降導(dǎo)致在部分螺栓根部產(chǎn)生裂紋、是否在螺栓桿部與頭部交接處存在難以用機(jī)械加工去除的脫碳層導(dǎo)致邊緣強(qiáng)度降低等。

2.2 工地現(xiàn)場試驗

高強(qiáng)度螺栓運抵工地現(xiàn)場后，為確保施工質(zhì)量須在鋼梁拼裝前做好以下試驗工作:按出廠批號逐批檢驗并記錄該批次高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)，扭矩系數(shù)的平均值應(yīng)在0.11～0.15范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于或等于0.01;按某批次隨機(jī)抽取25組，每組5套共125套高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行檢查扭矩系數(shù)的工藝試驗，以驗證工廠近期產(chǎn)品的整體質(zhì)量狀況;根據(jù)拼接構(gòu)件層數(shù)、板厚及摩擦面的不同組合，應(yīng)進(jìn)行對應(yīng)各規(guī)格螺栓的預(yù)拉力損失試驗，根據(jù)試驗結(jié)果確定高強(qiáng)度螺栓在不同組合情況下應(yīng)施加的施工預(yù)拉力;板面抗滑移試驗，試驗結(jié)果應(yīng)大于等于0.45。

2.3 確定終擰扭矩

式中:Tc為終擰扭矩，N·m;K為高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)平均值(根據(jù)工地復(fù)驗結(jié)果確定，并針對不同條件下溫度、濕度的影響對扭矩系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?;Pc為高強(qiáng)度螺栓的施工預(yù)拉力，kN;(根據(jù)設(shè)計預(yù)拉力，及拼接構(gòu)件層數(shù)、板厚及摩擦面的不同組合所對應(yīng)各規(guī)格螺栓的預(yù)拉力損失情況確定);d為高強(qiáng)度螺栓公稱直徑，mm。

確定正確的終擰扭矩是確保高強(qiáng)度螺栓施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是根據(jù)工地實際情況，通過調(diào)整施擰扭矩來達(dá)到設(shè)計預(yù)拉力的必要條件。

2.4 施擰作業(yè)

施擰作業(yè)的主要質(zhì)量控制要點有:施擰扳手的標(biāo)定，施擰扳手每天上班前和下班后各標(biāo)定一次，上班前的誤差應(yīng)控制在±3％以內(nèi)，下班后誤差不應(yīng)超過±5％，否則應(yīng)對該扳手當(dāng)班所施擰的高強(qiáng)度螺栓全部進(jìn)行緊扣檢查;施擰順序，對于插入式拼接的節(jié)點應(yīng)從節(jié)點剛度大的部位向不受約束的邊緣方向施擰，對于密集螺栓群節(jié)點應(yīng)從中心向四周擴(kuò)散方向施擰，對于焊接和高強(qiáng)度螺栓并用的連接一般應(yīng)按先栓后焊的順序施工;螺栓的穿放;穿放螺栓前，應(yīng)將栓孔的浮銹和塵土清理干凈并防止鋼屑等雜物落入拼接的板層夾縫中，確保連接面板緊密貼實和高強(qiáng)度螺栓自由進(jìn)入;在栓焊并用的連接中，應(yīng)使栓焊的不直度和支承面不垂直度在國標(biāo)允許值之內(nèi)，否則附加的彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力會超過軸向應(yīng)力，造成螺栓斷裂;做好施工記錄，包括高強(qiáng)度螺栓安裝連接檢查記錄、隱蔽工程檢查記錄、扭矩系數(shù)復(fù)驗記錄、工地現(xiàn)場試驗記錄等，作為質(zhì)量問題查找和質(zhì)量責(zé)任追溯的依據(jù)。

2.5 施擰質(zhì)量檢查

施擰質(zhì)量檢查是高強(qiáng)度螺栓施工質(zhì)量控制的最后一環(huán)。對主桁節(jié)點及板梁主體及縱、橫梁連接處，每栓群以高強(qiáng)度螺栓連接副總數(shù)的5％進(jìn)行抽檢，其不合格者不得超過抽檢總數(shù)的20％，如超過，則應(yīng)繼續(xù)抽檢，直到累計總數(shù)80％的合格為止。檢查中應(yīng)對欠擰的螺栓補(bǔ)擰，超擰的更換螺栓后補(bǔ)擰。

2.6 人員培訓(xùn)

從高強(qiáng)度螺栓施工質(zhì)量控制的各環(huán)節(jié)來看，人的因素對高強(qiáng)度螺栓施工質(zhì)量的影響很大。在施工準(zhǔn)備及施工過程中應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí)和經(jīng)驗交流，使有關(guān)各方明確高強(qiáng)度螺栓施工的控制要素、控制流程和控制要點。施擰作業(yè)人員還須進(jìn)行施擰操作和施擰工具使用的培訓(xùn)和考核，合格方可進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓施擰作業(yè)。

3 工程實踐

3.1 出廠驗收

螺栓楔負(fù)載:最小值391kN;最大值420kN且斷口位置均在螺紋處;螺母保證荷載:持荷15s后均能用手自由旋下;螺母硬度:最小值22HRC最大值27HRC;GB/T1231-2006規(guī)定為28HRB～32HRC;墊圈硬度:最小值38HRC最大值43HRC。所抽檢高強(qiáng)度螺栓連接副的化學(xué)成分、機(jī)械性能、扭矩系數(shù)等所檢測項目性能均符合《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)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)技術(shù)要求，合格率達(dá)100％。

3.2 扭矩系數(shù)工地復(fù)驗

扭矩系數(shù)工地復(fù)驗見表2。

表2 扭矩系數(shù)工地復(fù)驗表

3.3 扭矩系數(shù)工藝試驗

隨機(jī)從M24×110，批號為1101-46高強(qiáng)度螺栓中抽取25組、每組5套共125套進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓工藝試驗，試驗結(jié)果:扭矩系數(shù)最小值 0.118、最大值 0.150、平均值 0.134、標(biāo)準(zhǔn)差0.0089。通過計算，該工藝試驗的抽樣平均誤差Ux為0.000770 4;抽樣極限誤差△x為0.002338，根據(jù)區(qū)間推斷公式

式中:X為樣本平均值;X為整體平均值;t為概率度(取值為3)。

可推斷出該批(整批)高強(qiáng)度螺栓扭矩系數(shù)平均值所在的范圍在0.1317～0.1363之間，由于概率度取值3，推斷的可靠程度為99.73％。推斷的該批(整批)高強(qiáng)度螺栓扭矩系數(shù)平均值所在的范圍很小，可以根據(jù)驗收所得的扭矩系數(shù)平均值制定施擰扭矩。

3.4 采取的新措施

針對矮寨大橋高強(qiáng)度螺栓數(shù)量多、氣候條件復(fù)雜、高空作業(yè)等不利條件，為確保高強(qiáng)度螺栓的施工質(zhì)量控制采取了以下措施:(1)委托了一家有資質(zhì)且在國內(nèi)多座橋梁有經(jīng)驗的單位進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的第三方檢驗、施工工藝指導(dǎo)及施擰質(zhì)量檢查;(2)參建各方有關(guān)人員就高強(qiáng)度螺栓施工的控制要素、控制流程、控制要點等進(jìn)行技術(shù)交流并形成共識，施工操作人員進(jìn)行了施擰操作、施擰工具使用的培訓(xùn)和考核，并在每日班前針對當(dāng)天的具體工作和須注意事項進(jìn)行技術(shù)交底;(3)在大橋的吉首和茶洞兩岸的拼梁現(xiàn)場均安排了施工指導(dǎo)人員、施擰質(zhì)量檢查人員及施擰工具的標(biāo)定設(shè)備，并對不同溫度、濕度條件下高強(qiáng)度螺栓的扭矩系數(shù)進(jìn)行即時監(jiān)測和調(diào)整，及時發(fā)現(xiàn)和處理施工中遇到的問題;(4)采用電動扭矩測試扳手進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓終擰質(zhì)量檢查，電動扭矩測試扳手全自動模擬手動扭矩扳手，自動顯示檢測結(jié)果，能儲存檢測數(shù)據(jù)及檢測時間，數(shù)據(jù)可上傳至計算機(jī)。電動扭矩測試扳手僅需一人操作，免去在螺母上劃線的工序，大大減少了檢查人員，不僅省時省力、節(jié)約了檢查成本，還能極大的提高檢查精度，消除人為因素，避免因誤判而給結(jié)構(gòu)帶來的安全隱患，使矮寨大橋高強(qiáng)度螺栓得施工質(zhì)量更有保證。

4 結(jié)語

高強(qiáng)度螺栓施工質(zhì)量控制須對其控制要素、控制流程、控制要點有正確的認(rèn)識;高強(qiáng)度螺栓的扭矩系數(shù)須在工地進(jìn)行復(fù)驗和工藝試驗，并在不同溫度、濕度條件下對扭矩系數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整;高強(qiáng)度螺栓的施工質(zhì)量受人為因素影響大，通過施工工藝指導(dǎo)、人員培訓(xùn)考核、采用電動扭矩測試扳手等措施可減少人為因素的影響。

[1] 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/T 1231-2006)[S].

[2] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)[S].

[3] 張洪玉等.高栓試驗研究及施擰質(zhì)量控制.