顧人吉

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司, 上海 200135)

0 引 言

在工程領(lǐng)域,螺紋連接副是最常見(jiàn)的零部件連接和固定設(shè)備之一。在聲屏障工程中,結(jié)構(gòu)件與預(yù)制基礎(chǔ)之間、梁柱結(jié)構(gòu)與梁柱結(jié)構(gòu)之間和梁柱結(jié)構(gòu)與功能屏體之間均以螺栓栓接為主要連接方式,根據(jù)不同構(gòu)件的受力形式、載荷強(qiáng)度和位置特征的不同,應(yīng)采用不同類型、不同尺寸的螺栓組。

螺紋連接副具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、承載力強(qiáng)、性價(jià)比高、易于標(biāo)準(zhǔn)化、安裝過(guò)程可逆、無(wú)需二次切割零構(gòu)件和無(wú)需加熱裝配體或接觸面等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各類場(chǎng)景中。同時(shí),由于螺紋連接副的裝卸過(guò)程可逆,在使用過(guò)程中螺栓完全要依靠張緊力和摩擦力實(shí)現(xiàn)自鎖,存在松動(dòng)失效的隱患。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)產(chǎn)品和工程結(jié)構(gòu)都在追求更長(zhǎng)的使用壽命和更低的全生命周期安全風(fēng)險(xiǎn),因此螺紋緊固件防松技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,以降低安全生產(chǎn)事故發(fā)生率,減少零部件連接失效造成的損失。

近年來(lái),隨著交通的不斷發(fā)展,高鐵、輕軌和高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善,在其影響范圍內(nèi),城市居民越來(lái)越重視對(duì)敏感區(qū)域的隔聲降噪要求。在此背景下,全封閉聲屏障在大中型城市得到了廣泛應(yīng)用,取得了較好的效果。結(jié)合多年的聲屏障設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn),通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),在安裝聲屏障過(guò)程中使用了大量螺紋連接副,螺栓用量通常能達(dá)到10萬(wàn)～20萬(wàn)副/km;在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn),隨著建設(shè)營(yíng)運(yùn)時(shí)間的增加和極端天氣的出現(xiàn),聲屏障螺紋連接副在風(fēng)振和機(jī)械振動(dòng)的影響下可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)和脫落現(xiàn)象,進(jìn)而危害下方道路或軌道上人員和設(shè)施的安全,輕則造成車體或軌道設(shè)施破損,重則引發(fā)安全事故。因此,近年來(lái)在建設(shè)全封閉式聲屏障時(shí)越來(lái)越重視采用螺紋連接副防松脫技術(shù),并在各連接節(jié)點(diǎn)采取能適配工作環(huán)境、兼顧成本和可靠性的防松止退措施。

1 全封閉式聲屏障的螺紋連接形式

下面以浙江省某市軌交高架段的全封閉式聲屏障為例進(jìn)行分析。該聲屏障主要由鋼筋混凝土基礎(chǔ)和預(yù)埋底座、鋼立柱、鋼梁、連接檁條、側(cè)面屏體和頂面屏體組成,各模塊之間多通過(guò)螺紋連接副裝配固定。預(yù)埋底座與鋼立柱之間和鋼立柱與鋼梁之間采用10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓剛性連接;鋼結(jié)構(gòu)與檁條和屏體之間采用8.8級(jí)不銹鋼螺栓連接。

對(duì)該項(xiàng)目中的全封閉式聲屏障螺栓用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 某項(xiàng)目中的全封閉式聲屏障螺栓用量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

常見(jiàn)的全封閉式聲屏障門架結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 常見(jiàn)的全封閉式聲屏障門架結(jié)構(gòu)示意圖

聲屏障連接件除了承擔(dān)屏體重量、結(jié)構(gòu)自重和風(fēng)壓雨雪載荷以外,還需克服車輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和行車脈動(dòng)風(fēng)壓,這些振動(dòng)的周期和幅度均不穩(wěn)定,會(huì)給聲屏障的連接節(jié)點(diǎn)帶來(lái)額外的沖擊負(fù)荷,導(dǎo)致連接螺栓松動(dòng)、變形和脫落。同時(shí),由于聲屏障多安裝在汽車、火車、地鐵和輕軌等交通工具的運(yùn)行線路上,當(dāng)零件掉落時(shí),極有可能侵入車輛限界,引發(fā)短路,損壞線纜設(shè)備,或因高空墜落而引發(fā)事故,帶來(lái)生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此,必須在連接件上采取穩(wěn)定、可靠、易檢修的防松止退措施。

2 螺紋緊固件松動(dòng)現(xiàn)象與防松措施

2.1 螺紋緊固件的受力形式

標(biāo)準(zhǔn)的螺紋連接副一般由帶頭部的外螺紋螺桿或不帶頭部的外螺紋螺柱、內(nèi)螺紋螺母和墊片組成,通過(guò)螺桿頭部和螺母支承面向被連接的零部件施加預(yù)緊力。連接副受到的載荷主要有4種,分別為平行于螺栓軸線的軸向拉力、垂直于螺栓軸線的徑向剪切力(即橫向載荷)、平行于螺栓軸線的軸向扭矩和垂直于螺栓軸線的徑向彎矩[1]。在靜定狀態(tài)下,軸向拉力傳遞到螺母與螺桿的內(nèi)外螺紋上,形成指向螺紋斜面的壓力和沿螺紋斜面的分力,而沿螺紋斜面的分力、徑向剪切力和軸向扭矩又被摩擦力所平衡,實(shí)現(xiàn)螺母的自鎖緊。在螺紋不松動(dòng)的情況下,整個(gè)螺紋連接副可保持內(nèi)力平衡,并持續(xù)提供足夠的預(yù)緊力。

對(duì)于螺栓中存在的摩擦非線性問(wèn)題和接觸面上的力學(xué)狀態(tài),已有多種線性和非線性模型、理論等效模型等可用來(lái)對(duì)其進(jìn)行研究,同時(shí)存在針對(duì)螺栓連接結(jié)構(gòu)的物理特性試驗(yàn)。為簡(jiǎn)化模型,若不考慮徑向剪切力、軸向扭矩和彎矩的作用,可將內(nèi)外螺紋沿著圓柱面展開(kāi)為2個(gè)緊密接觸的斜面,其受力情況等效為圖2a中2個(gè)滑塊的受力[2],其中:F為施加的橫向載荷;Fz為軸向載荷;Fs為螺紋斜面的摩擦力;Fm為螺母支承面與墊圈之間的摩擦力;Fn為螺紋斜面對(duì)螺母的支撐力。

圖2 螺紋摩擦面受力分析圖

當(dāng)旋緊螺母時(shí),在簡(jiǎn)化模型中,可認(rèn)為滑塊A被固定,滑塊B在推力的作用下克服摩擦力和軸向載荷,沿斜面勻速直線上升。記螺紋導(dǎo)程角(即斜面傾角)為φ;螺紋斜面的摩擦因數(shù)μ=tanθ,其中θ為摩擦角;螺母與墊圈之間的摩擦因數(shù)為ρ。此時(shí)有

Fm=ρFz

(1)

Fs=μ·[Fzcosφ+(F-Fm)sinφ]

(2)

Fs+Fzsinφ= (F-Fm)cosφ

(3)

由此可得

F=Fztan(φ+θ) +ρFz

(4)

在螺紋連接副預(yù)緊完成之后,螺母依靠摩擦力實(shí)現(xiàn)自鎖,受力見(jiàn)圖2b。只要保持Fzsinφ小于螺紋和墊圈提供的最大靜摩擦力,螺栓連接副就能保持穩(wěn)定。

當(dāng)螺母被勻速旋出時(shí),由于摩擦力的方向始終與螺母的運(yùn)動(dòng)方向相反,其受力見(jiàn)圖2c,此時(shí)有

F=Fztan(φ-θ) +ρFz

(5)

顯然,在靜載狀態(tài)下,旋出螺母所需的橫向載荷越大,螺栓越不易脫落。從理論上看,增大軸向載荷、增大螺紋與螺紋間或螺母與墊片間的摩擦因數(shù)均能改善螺栓的自鎖能力,但這會(huì)受到材料成本和力學(xué)性能的限制,因此工程上還需采取其他類型的防松脫措施。

2.2 螺紋連接副松動(dòng)現(xiàn)象

螺紋連接副的失效形式主要包括螺桿斷裂、螺牙脫落、表面疲勞、松動(dòng)和化學(xué)腐蝕等[3]。螺栓出現(xiàn)松動(dòng)通常包括2個(gè)階段[4],其中:第一階段是材料出現(xiàn)塑性變形,螺紋的有效載荷變小,螺母與螺栓的相對(duì)移動(dòng)很小;第二階段是螺母與螺桿沿著螺紋出現(xiàn)明顯的相對(duì)滑動(dòng),使得張緊力和靜摩擦力減小。此外,金屬結(jié)構(gòu)損壞也會(huì)引起螺栓松動(dòng)。通過(guò)進(jìn)一步分析可得出引發(fā)螺栓松動(dòng)失效的主要原因。

螺紋的塑性變形主要發(fā)生于橫向振動(dòng)初始階段或軸向振動(dòng)期間。由于螺母與螺栓接觸的前3牙螺紋承擔(dān)了60%～70%的載荷,其根部所受應(yīng)力最大,因此單次載荷作用引起局部材料屈服和循環(huán)載荷作用下的棘輪效應(yīng)產(chǎn)生,使屈服區(qū)域的塑性變形擴(kuò)展,表現(xiàn)為材料蠕變和應(yīng)力松弛。蠕變是指螺紋材料所受應(yīng)力不變,而應(yīng)變隨時(shí)間變化的現(xiàn)象;應(yīng)力松弛是指螺紋材料的總應(yīng)變相同,彈性形變逐漸轉(zhuǎn)為塑性變形引起應(yīng)力減小的現(xiàn)象。塑性變形造成螺紋發(fā)生磨損變形,螺栓發(fā)生徑向收縮和軸向伸長(zhǎng)等,進(jìn)而使螺紋緊固件的張緊力減小。

螺紋的相對(duì)滑動(dòng)是剪切載荷、扭轉(zhuǎn)載荷和拉伸載荷共同作用下各類振動(dòng)引起的微動(dòng)行為的積累。通常認(rèn)為螺紋對(duì)扭轉(zhuǎn)載荷比較敏感,對(duì)剪切載荷非常敏感。當(dāng)螺紋受到振動(dòng)的影響時(shí),若振動(dòng)方向平行于螺栓軸線,會(huì)使軸向拉力發(fā)生周期性變化,阻礙螺母旋松的摩擦力隨之減小。但是,當(dāng)發(fā)生橫向振動(dòng)時(shí),在螺栓受力特性的影響下,很容易引起螺紋產(chǎn)生橫向位移,使鎖緊狀態(tài)下的靜摩擦因數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榛茽顟B(tài)下的動(dòng)摩擦因數(shù),阻礙螺母旋松的摩擦力同樣減小。經(jīng)過(guò)多個(gè)振動(dòng)周期之后,微動(dòng)不斷積累,軸向拉力加速衰減,直至螺母完全松脫。圖3為全封閉式聲屏障連接螺栓松脫實(shí)景。

圖3 全封閉式聲屏障連接螺栓松脫實(shí)景

螺紋的金屬結(jié)構(gòu)受損可能是由沖擊負(fù)荷、重復(fù)裝配、螺紋滑扣或咬死、熱膨脹和化學(xué)腐蝕等多種因素造成的。在加工和裝配螺栓過(guò)程中,材料本身不可避免地存在結(jié)構(gòu)缺陷;在螺栓工作期間,會(huì)因振動(dòng)而產(chǎn)生微動(dòng)損傷,受環(huán)境因素的影響產(chǎn)生表面損傷。在應(yīng)力的作用下,經(jīng)歷裂紋萌生、裂紋發(fā)展、裂紋擴(kuò)散和斷裂等4個(gè)階段[5],最終導(dǎo)致螺紋連接副遭到破壞。

2.3 螺紋緊固件常用防松措施類型

根據(jù)以上幾種情況,可采取相應(yīng)措施避免螺紋連接副失效,延長(zhǎng)其使用壽命:

1) 改變螺桿和螺母形狀,如優(yōu)化齒厚、螺距和牙型等,進(jìn)而改變螺紋的受力情況,使其工作載荷更均勻地分散到接觸面上,在保證連接副具有足夠預(yù)緊力的同時(shí),使其局部的應(yīng)力和應(yīng)變減小,限制材料塑性區(qū)域的擴(kuò)展;

2) 通過(guò)增大摩擦力、增加額外的結(jié)構(gòu)及材料和破壞螺紋等方式,避免螺母與螺桿在工作中發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn);

3) 根據(jù)工作環(huán)境選用機(jī)械性能和化學(xué)性能合適的螺栓材料,提升螺紋的加工精度和裝配精度,減少微動(dòng)損傷,并用彈性阻尼墊層吸收沖擊能量,以避免破壞螺紋。

因此,在實(shí)際工程中,螺栓副防松止退方法可概括為摩擦式防松法、機(jī)械式防松法、破壞式防松法和結(jié)構(gòu)式防松法等4種[6]。

1) 摩擦式防松法通過(guò)增大螺紋連接副之間的摩擦力減少螺母的相對(duì)滑動(dòng),是應(yīng)用最廣泛的方法。由螺紋連接副的受力形式可知,螺栓松脫需克服的力矩取決于螺距、軸向載荷、受力面法向和材料的摩擦因數(shù)等。由于螺距會(huì)影響絲牙寬度和承載力,因此實(shí)際用于增大螺紋摩擦力的方式是改變螺紋齒槽的截面形狀和提供額外的摩擦力,例如采用楔形螺紋、有效力矩型鎖緊螺母和彈性墊圈等。

2) 機(jī)械式防松法通過(guò)附加的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)螺栓與螺母的限位鎖定,要求螺母與螺桿具有專門的限位結(jié)構(gòu)及與之匹配的附加配件,這雖然會(huì)增加材料成本和裝配工時(shí),但整體結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的可靠性,能給螺紋連接增加額外的保障。常見(jiàn)的機(jī)械式防松法有開(kāi)槽/孔定位銷、加鍵防松、穿孔串聯(lián)鐵絲、嵌入鋼絲套筒、加裝止動(dòng)墊片和圓螺母配合帶翅墊圈等。

2.4 兩組患者血管內(nèi)皮細(xì)胞功能變化情況對(duì)比治療前，兩組 FMD、NMD、ET-1、TXB2、NO對(duì)比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；治療后，兩組 FMD、NMD、NO均明顯升高，ET-1、TXB2均明顯下降，且觀察組 FMD、NMD、NO明顯高于對(duì)照組，ET-1、TXB2明顯低于對(duì)照組，治療后組間及各組組內(nèi)前后比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表4。

3) 破壞式防松法是在螺紋連接副裝配到位之后,以沖點(diǎn)、焊接和粘結(jié)等方式破壞內(nèi)外螺紋,使螺母的裝配變成不可逆的過(guò)程。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng),缺點(diǎn)是:螺栓只能使用1次:安裝完成之后,無(wú)法重新調(diào)整扭矩和預(yù)緊力;長(zhǎng)時(shí)間使用之后,若出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象,無(wú)法進(jìn)行檢查維修,只能拆除更換新的連接副。該方法適用于工作載荷穩(wěn)定、防松要求高和全壽命周期內(nèi)無(wú)需再次拆解的部位。

4) 結(jié)構(gòu)式防松法與機(jī)械式防松法有類似之處,但不會(huì)引入額外的配件,而是通過(guò)改變螺紋連接副本身的結(jié)構(gòu)達(dá)到防松脫的目的。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)式防松法有對(duì)頂雙螺母、彈性螺母、齒面螺母、開(kāi)槽鎖緊螺母、DLP(Dynamic Locking Profile)螺紋和Step-Lock-Bolt階鎖螺栓等。

3 螺栓防松措施在全封閉聲屏障中的應(yīng)用

3.1 柱底板螺栓的防松措施

聲屏障鋼結(jié)構(gòu)的柱底板采用10.9級(jí)或10.9級(jí)以上的高強(qiáng)度螺紋桿固定于預(yù)埋底座上,預(yù)埋底座的螺桿和錨筋在鋼筋混凝土基礎(chǔ)施工時(shí)即行澆筑。

聲屏障鋼柱底板的受力形式以壓力為主,同時(shí)受到扭力和彎曲力的作用。壓力的來(lái)源包括鋼結(jié)構(gòu)梁和柱的自重,以及掛載于鋼結(jié)構(gòu)上的檁條和聲屏障屏體的重力,在雨雪天氣下還要考慮環(huán)境載荷。扭力和彎曲力是由各類環(huán)境因素引起的,主要包括路面不均勻沉降或熱脹冷縮引起的柱體位置偏移、自然風(fēng)場(chǎng)作用于屏體上產(chǎn)生的風(fēng)載荷、過(guò)往車輛引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和脈動(dòng)風(fēng)壓等。因此,柱底板與預(yù)埋底座之間的螺栓組是整個(gè)全封閉式聲屏障中結(jié)構(gòu)載荷最大的部件,適宜采用對(duì)頂雙螺母結(jié)構(gòu)固定。

對(duì)頂雙螺母是一種常用的螺栓防松結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4a),由螺桿、墊圈、下螺母和上螺母組成。在施工過(guò)程中:先安裝下螺母,旋緊至其施擰扭矩達(dá)到設(shè)計(jì)扭矩的80%;隨后固定下螺母并安裝上螺母,旋緊至其施擰扭矩達(dá)到設(shè)計(jì)緊固扭矩的100%,使上下螺母相互對(duì)頂。上下螺母安裝完成之后與螺桿之間的相對(duì)關(guān)系見(jiàn)圖4b,通過(guò)墊圈、下螺母和上螺母彼此對(duì)頂,并雙向咬緊螺桿絲牙,使得每個(gè)摩擦面都能獲得額外的摩擦力和預(yù)緊力,從而取得更好的防松動(dòng)效果。

圖4 對(duì)頂雙螺母結(jié)構(gòu)示意圖

值得注意的是,在采用對(duì)頂雙螺母防松措施時(shí),最好采用2枚標(biāo)準(zhǔn)螺母;根據(jù)GB/T 3098.2—2015《緊固件機(jī)械性能 螺母》[7]的意見(jiàn),若要采用薄螺母作為鎖緊螺母,必須搭配1枚標(biāo)準(zhǔn)螺母或高螺母,安裝時(shí),應(yīng)先將薄螺母擰緊,再將標(biāo)準(zhǔn)螺母或高螺母擰在薄螺母上方。薄螺母不能單獨(dú)應(yīng)用于抗脫扣的場(chǎng)合。

3.2 梁-柱連接節(jié)點(diǎn)螺栓的防松措施

全封閉式聲屏障的支撐結(jié)構(gòu)通常分為柱和梁2部分,分別采用對(duì)應(yīng)尺寸的H型鋼加工,由尺寸在M16以上、性能等級(jí)為10.9S的摩擦型高強(qiáng)度螺栓組連接。

根據(jù)聲屏障跨度和屏體設(shè)計(jì)形式的不同,聲屏障的主梁結(jié)構(gòu)有時(shí)可能被分為2～3段,而梁-柱連接節(jié)點(diǎn)有多種布置方式。在工作環(huán)境下,這些連接節(jié)點(diǎn)需承擔(dān)鋼梁自重和功能性屏體的重量,并吸收屏體產(chǎn)生的各種振動(dòng)沖擊,受力形式包括壓力、拉力、彎曲力、剪切力和扭力,因此工作載荷及其波動(dòng)幅度較大。

圖5為雙疊自鎖緊墊圈使用模型示意圖。在螺母M與裝配件N之間嵌入了2片帶有雙面棘齒的墊圈O和P,二者結(jié)構(gòu)相同,翻轉(zhuǎn)180°之后彼此嚙合。在連接界面M與O和N與P之間,墊圈加工出1組指向螺紋旋緊方向的細(xì)齒;在連接界面O與P之間加工出1組指向螺紋旋出方向且斜面更平緩的寬齒,要求這組寬齒的斜面傾角大于螺栓螺紋的導(dǎo)程角。

圖5 雙疊自鎖緊墊圈使用模型示意圖

由于棘齒沿2個(gè)方向的摩擦因數(shù)不對(duì)稱,當(dāng)螺紋連接副受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí),螺母M向右(旋松方向)移動(dòng)會(huì)帶動(dòng)墊圈O同向滑移,而墊圈P會(huì)在棘齒的阻礙下與裝配件N保持相對(duì)靜止;同時(shí),因螺紋導(dǎo)程角小于O-P界面斜角,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度時(shí),螺母M對(duì)應(yīng)的軸向位移小于墊圈O,二者會(huì)始終保持緊貼。因此,振動(dòng)只會(huì)在連接界面O與P之間產(chǎn)生空隙。當(dāng)振動(dòng)消失時(shí),墊圈O和墊圈P會(huì)在軸向載荷的作用下自動(dòng)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩,并利用界面M與O和N與P之間的棘齒帶動(dòng)螺母自緊,從而起到防松的作用。若有必要,還可使用碟形或楔形墊圈,利用墊圈的彈性變形獲得額外的預(yù)緊力。

3.3 梁柱-檁條連接節(jié)點(diǎn)及屏體固定件的螺栓防松止退措施

全封閉式聲屏障應(yīng)在平行排布的門型梁柱支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置橫向的檁條結(jié)構(gòu),并間隔設(shè)置斜向的拉索或斜撐,使多組梁柱支撐結(jié)構(gòu)形成剛性連接,增強(qiáng)全封閉式聲屏障在水平方向的抗拉和抗剪能力。用于連接聲屏障梁柱與檁條節(jié)點(diǎn)的螺栓需承載的預(yù)緊力相對(duì)較小,在設(shè)計(jì)中對(duì)其材料強(qiáng)度的要求可適當(dāng)降低,但因其安裝位置較高,且位于交通工具運(yùn)行區(qū)正上方,在安裝時(shí)主要應(yīng)當(dāng)避免的是螺母大幅度松退,甚至完全脫落。

聲屏障屏體是用于吸收、反射和抵消噪聲能量的部件。以某市軌交線路的全封閉聲屏障屏體為例,其側(cè)面吸聲屏體采用雙面穿孔鋁板和48K離心玻璃棉設(shè)計(jì),透明隔聲屏體采用鋁合金框架和夾膠玻璃設(shè)計(jì),頂部隔聲屏體采用聚碳酸酯板設(shè)計(jì)。相比鋼結(jié)構(gòu)梁柱,屏體材料的密度和屈服強(qiáng)度較小,熱膨脹系數(shù)[8]和受風(fēng)面積較大,更易產(chǎn)生振動(dòng)和變形。

綜合考慮以上特點(diǎn),對(duì)于應(yīng)用在聲屏障梁柱-檁條連接節(jié)點(diǎn)和屏體固定件上的螺栓而言,需在更小的軸向載荷下具有足夠的鎖緊力矩,具備可靠的阻尼振動(dòng)性能,且有額外的防脫落措施。

在實(shí)踐中,常用尼龍嵌件自鎖螺母[9]達(dá)到防松效果。圖6為尼龍嵌件自鎖螺母螺檢組,其內(nèi)圈鑲嵌有尼龍彈性環(huán),當(dāng)將其旋緊時(shí),尾部尼龍嵌體隨著螺母滑動(dòng),套在螺桿外螺紋上;在螺母使用壽命期內(nèi),受預(yù)緊力持續(xù)擠壓的影響,尼龍環(huán)會(huì)輕微變形,抱死螺紋絲牙并增大金屬之間的摩擦因數(shù),形成有效鎖緊力矩,同時(shí)利用自身彈性吸收多余的沖擊能量,起到阻尼振動(dòng)的效果;當(dāng)螺母受沖擊振動(dòng)和有松動(dòng)傾向時(shí),受螺紋結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性的影響,嵌體內(nèi)的尼龍材料會(huì)與螺紋縫隙面發(fā)生摩擦,使螺母逆轉(zhuǎn)所需的力矩急劇增大,起到止退的效果。

圖6 尼龍嵌件自鎖螺母螺栓組

尼龍嵌件能提升螺母的可靠性,但因檁條連接節(jié)點(diǎn)和屏體固定件所處位置較高,檢修頻次會(huì)受到限制。為防止在2次維護(hù)之間的時(shí)段內(nèi)發(fā)生螺母脫落事故,可采用機(jī)械式防松法,在螺母外端面加工出槽口,并配合開(kāi)口銷(即六角開(kāi)槽螺母),在螺母松動(dòng)的情況下達(dá)到防脫落的目的。圖7為配有開(kāi)口銷的開(kāi)槽螺母螺栓組。在安裝之前,根據(jù)機(jī)械設(shè)備或工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸,在螺栓的對(duì)應(yīng)位置鉆出細(xì)孔;在螺母施擰到位之后,調(diào)整螺母的槽口,使其與細(xì)孔對(duì)準(zhǔn),用尺寸合適的開(kāi)口銷貫穿細(xì)孔,使螺母只能在很小的角度內(nèi)旋動(dòng)。采用該方法鎖止的連接副的預(yù)緊力只會(huì)在小范圍內(nèi)波動(dòng),即便因其他原因?qū)е侣菽杆擅?、滑?也幾乎不可能出現(xiàn)螺母掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 配有開(kāi)口銷的開(kāi)槽螺母螺栓組

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快,交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善,人們對(duì)生活環(huán)境的要求日益提高,城市公路和鐵路聲屏障的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。全封閉式聲屏障因具有包覆面積大和降噪效果好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛關(guān)注,但與之對(duì)應(yīng)的是較高的成本和較大的施工難度。針對(duì)全封閉式聲屏障的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中,應(yīng)考慮采用適當(dāng)?shù)拇胧┍苊饴菁y連接副松動(dòng)失效,從而降低聲屏障運(yùn)行期間發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)某城市多條軌交線路全封閉式聲屏障的運(yùn)行情況,在采用上述螺栓防松止退措施之后,連接件松動(dòng)和脫落等事件的發(fā)生率大幅下降,實(shí)用效果得到了各方的認(rèn)可,適合推廣使用。