王 東

(中化二建集團有限公司，山西 太原 030006)

預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)高強度六角螺栓直接張力指示器緊固法是在高強螺栓緊固時采用的一種特殊墊圈。該墊圈就像一個特殊的小型稱重計，在螺栓緊固過程中測量螺栓拉力。當螺栓緊固到螺栓最小預(yù)拉伸力1.1 倍～1.2 倍時，直接張力指示器內(nèi)部的硅氧樹脂會噴出，表明該螺栓已緊固到位。該方法完全不存在扭矩對拉伸力的影響，不會發(fā)生螺栓漏緊，安裝工人只需目測就能判斷螺栓是否緊固到位。這是到目前為止，預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓緊固的最簡單方法。

1 概述

在安裝預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)的過程中，六角高強螺栓的預(yù)拉伸力是衡量螺栓連接可靠性的重要指標，為了使高強螺栓達到所需要的預(yù)拉伸力，目前國內(nèi)普遍采用的螺栓緊固方法是轉(zhuǎn)角緊固法和力矩緊固法。以上兩種方法都不能直觀反映螺栓的預(yù)拉伸力，而且施工質(zhì)量不易控制。本文根據(jù)在沙特阿美火炬改造項目中鋼結(jié)構(gòu)安裝的實際施工經(jīng)驗以及國外工藝標準的要求，指出轉(zhuǎn)角法和力矩法存在的缺點，淺述直接張力指示器緊固法的施工工藝，并與另外兩種方法進行比較，突出該緊固法的優(yōu)勢所在。

2 轉(zhuǎn)角緊固法

2.1 轉(zhuǎn)角法概述

轉(zhuǎn)角緊固法是通過螺栓的伸長量來確定螺栓的預(yù)拉伸力，而螺栓的伸長量則由螺帽的轉(zhuǎn)角角度來判斷。轉(zhuǎn)角法需先將螺栓擰緊到“密貼”狀態(tài)，消除板疊縫隙和變形的影響，然后在此基礎(chǔ)上，通過將螺帽旋轉(zhuǎn)一定角度來對螺栓施加預(yù)拉力，此時螺帽旋轉(zhuǎn)角度等同于對螺栓施加軸向伸長量。

2.2 工藝缺點

1)“密貼”狀態(tài)不易控制。螺母轉(zhuǎn)角量跟螺母與鋼板間以及鋼板與鋼板間接觸的緊密程度有極大的關(guān)系。接觸松，則旋緊螺母所需的轉(zhuǎn)角量增大;接觸緊，則旋緊螺母所需的轉(zhuǎn)角量減小。因此，在采用轉(zhuǎn)角法之前，必須先將螺帽旋緊至一定的緊密程度，然而因在實際安裝中由于擰緊工況的不同、螺栓質(zhì)量的差異、連接副接觸面的不平整以及氣候變化等因素的影響，“密貼”狀態(tài)并不容易控制。

2)易出現(xiàn)過擰或欠擰問題。轉(zhuǎn)角法需先將螺栓擰緊到“密貼”狀態(tài)，然而由于“密貼”狀態(tài)的不易控制，會造成一個連接副上的螺栓拉伸力不盡相同，在這種情況下對螺母施擰相同轉(zhuǎn)角量，勢必造成拉伸力大的螺栓過擰，而拉伸力小的螺栓欠擰。螺栓的過擰和欠擰都會造成連接副的摩擦力不夠而最終導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。

3)檢驗程序繁瑣。轉(zhuǎn)角法緊固螺栓過程中需進行如下檢驗:

a.核實所有連接副的預(yù)安裝已完成;b.檢查連接副達到“密貼”狀態(tài);c.檢查并標記連接副螺栓的初始狀態(tài);d.檢查并標記螺栓的終擰狀態(tài);e.見證安裝工人用轉(zhuǎn)角法緊固螺栓的整個過程。

3 力矩緊固法

3.1 力矩法概述

力矩緊固法是通過使用專用的力矩扳手對高強螺栓的螺母施擰，令其旋轉(zhuǎn)并向螺栓方向緊固來壓緊連接副，最終達到將擰緊力矩轉(zhuǎn)化為螺栓的預(yù)拉力的目的。與轉(zhuǎn)角法一樣，力矩法也要在連接副達到“密貼”狀態(tài)時才能進行，否則將導(dǎo)致螺栓的拉伸力不足和接頭松動。

3.2 工藝缺點

1)影響扭矩和張力關(guān)系的變量多。當使用扭矩控制安裝方法時，影響扭矩和張力關(guān)系的變量很多，以下任何一個因素都會引起扭矩和張力關(guān)系的變化，如:a.螺栓和螺母螺紋的精密度和偏差;b.潤滑的統(tǒng)一性、程度和狀況;c.車間或工作位點的條件影響到灰塵、污垢或者螺紋的腐蝕;d.在旋轉(zhuǎn)元件(螺母面和螺栓頭的支撐面)和支撐表面之間存在一定程度可變的摩擦;e.由于氣路長度或者從同一氣源操作的扳手數(shù)量導(dǎo)致的擰緊扳手的氣源參數(shù)的可變性;f.扭矩扳手的狀況、潤滑和電源，可能在工作輪班中改變;g.任何扳手對于所使用扭矩水平的敏感和反映的性能的重復(fù)性。

2)緊固扳手校正頻率高。力矩法所使用的氣動扳手必須每天進行力矩校正，而且在安裝過程中發(fā)生以下任何一種情況時還需重新進行校正:a.當緊固套件的任何零件的批次被更換;b.當緊固套件的任何零件的批次被重新潤滑;c.當螺紋、螺母或者墊片的表面條件的重大差異被發(fā)現(xiàn);d.當扳手的任何零件包括潤滑、軟管和氣源發(fā)生改變。

3)檢查工程量大，費時費工。力矩法緊固完成的螺栓需逐個進行力矩檢查，工程量大，而且操作力矩扳手需要安裝工人配合，費時費工。

4 直接張力指示器緊固法

4.1 直接張力指示器緊固法的操作過程

1)直接張力指示器驗證。a.在開始安裝前，直接張力指示器需使用張力校驗器進行驗證。b.將螺桿、螺母、直接張力指示器及平墊片裝入張力校驗器。在5 s～10 s 時間內(nèi)，使用扳手將螺栓緊固到其最小預(yù)拉伸力的1.1 倍～1.2 倍。c.一旦緊固到位，觀察直接張力指示器的外觀、硅樹脂流出量以及指示器底部周圍噴射出硅樹脂的點數(shù)。指示器周圍噴射出硅樹脂的點數(shù)不少于指示器接觸面凸起數(shù)減一，例如指示器有5 個凸起，那就至少要在周圍4 個點處噴射出硅樹脂。重復(fù)這個實驗數(shù)次并從視覺上清楚螺栓緊固到位必須噴射出多少硅樹脂。最后，可以將張力校驗器的指示表盤蓋住，緊固螺栓直到目測認為張力指示器噴射出的硅樹脂量達到要求后停止，然后掀開檢查張力校驗器所示的預(yù)拉伸力是否達到。

2)ASTM F436 墊圈的使用。當使用直接張力指示器緊固法時，應(yīng)按如下要求使用ASTM F436 墊圈:a.當螺母被轉(zhuǎn)動，直接張力指示器位于螺栓頭下方時，應(yīng)在螺母下方使用ASTM F436 墊圈。b.當螺母被轉(zhuǎn)動，直接張力指示器位于螺母下方時，應(yīng)在螺母和直接張力指示器之間使用ASTM F436 墊圈。c.當螺栓頭被轉(zhuǎn)動，直接張力指示器位于螺母下方時，應(yīng)在螺栓頭下方使用ASTM F436 墊圈。d.當螺栓頭被轉(zhuǎn)動，直接張力指示器位于螺栓頭下方時，應(yīng)在螺栓頭和直接張力指示器之間使用ASTM F436 墊圈。

3)初擰階段。按要求正確裝配好螺栓連接副，將所有螺栓初步擰緊到“密貼”工況。要確保直接張力指示器未被壓縮到“密貼”狀態(tài)?！懊苜N”初擰從連接剛性最大的部分開始系統(tǒng)地進行。

4)終緊階段。對所有螺栓繼續(xù)施加緊固力矩，直到大量的硅樹脂從指示器底部周圍噴射出。緊固過程中，注意觀察指示器周圍噴射出硅樹脂的點數(shù)(幾處)，直到點數(shù)達到驗證數(shù)量后再停止緊固。最終緊固從連接剛性最大的部分開始系統(tǒng)地進行，這樣可以使原來張緊的螺栓的松弛最小化。

4.2 與轉(zhuǎn)角法和力矩法比較

1)安裝工序簡單，效率高。直接張力指示器緊固法不存在力矩法中對扳手的頻繁校正，也省去了轉(zhuǎn)角法轉(zhuǎn)角前的標記和檢查。該方法對工人技術(shù)水平要求低，安裝工人只需用氣動扳手將螺栓緊固到張力指示器噴射出硅氧樹脂即可。檢查員只要檢查噴射出的硅氧樹脂狀態(tài)便可知曉螺栓緊固是否合格。

2)不會發(fā)生“漏擰”和“重復(fù)擰”。直接張力指示器緊固法以張力指示器噴射出硅氧樹脂為合格，噴射出的硅氧樹脂會凝固在指示器周圍，是螺栓緊固合格后必然生成的醒目標識，不存在人為疏漏造成的漏標和錯標，從而也不會發(fā)生“漏擰”和“重復(fù)擰”，能有效保證安裝質(zhì)量。

3)檢查簡便直觀，不需使用工具和標記。直接張力指示器緊固法的檢驗根據(jù)張力指示器周圍噴射出硅氧樹脂的點數(shù)判斷，以點數(shù)不少于指示器接觸面凸起數(shù)減一為合格。該法的檢驗方法為目測，不需要使用檢驗工具和檢驗標記，也不需要安裝工人配合，省時省力。

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)角法和力矩法施工工藝復(fù)雜，工作效率低，而且施工質(zhì)量不易控制，實際應(yīng)用中對安裝工人的技術(shù)水平和實際經(jīng)驗要求較高。直接張力指示器緊固法較以上兩種方法具有工藝簡單、效率高、安裝質(zhì)量易控制等優(yōu)點，在工程實際應(yīng)用中進度快、質(zhì)量好，適合大規(guī)模預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)的集中安裝。我相信，隨著我國工程建設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展，直接張力指示器緊固法會很快普及到今后的預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中。

［1］Specification for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts，Research Council on Structural Connections，2004.

［2］Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts，Research Council on Structural Connections，2009.

［3］GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.