簡支鋼桁梁高強螺栓現場檢測技術

陳漢國 史曉貞

一、前言

高強螺栓（以下簡稱高栓）現在已大量使用在橋梁鋼結構的連接施工中，普通螺栓可重復使用，但高栓不可重復使用，一般用于永久連接，對橋梁的安全運行起到了關鍵作用。盡管國內早已有相關技術標準對高栓的施工和檢測有所規定，但高栓在現場的檢測和使用過程中，仍經常發生問題，譬如高栓斷裂等，影響了施工質量和橋梁安全，在此，本文結合簡支鋼桁梁的工程實際案例，對高栓的檢測工作進行了檢測數據分析，并對其中發現的問題，提出了解決方法。

簡支鋼桁梁采用高栓連接，使用M24高栓70872套，M30高栓180960套。設計參數詳見下表：

規格項目M24 M30螺桿材質 35VB 35VB螺母材質 45鋼 45鋼墊圈材質 45鋼 45鋼性能等級 10.9s 10.9s設計預拉力 240kN 360kN施工預拉力 252 kN 378 kN扭矩系數平均值 0.110～0.150 0.110～0.150

高栓均采用熱鐓生產工藝和表面磷化處理。

二、高栓檢測內容與依據

高栓檢測內容主要包括：力學性能檢測、抗滑移系數檢測、終擰檢查扭矩檢測、涂裝厚度與附著力檢測。

高栓檢測依據主要包括：《鐵路鋼橋制造規范》(Q/CR9211-2015)、《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB 50205-2001)、《鐵路鋼橋高強度螺栓連接施工規定(TBJ 214-1992)、《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》(GB/T 228.1-2010)、《鐵路鋼橋栓接板面抗滑移系數試驗方法》(TB 2137-90)等。

三、高栓檢測分析

1.力學性能檢測

抽檢了12批次，均合格。按批進行抽樣檢測，檢測項目包括連接副扭矩系數、螺栓楔負載、螺母保證荷載、螺母及墊圈的硬度，檢驗數量為同批號、同性能等級抽取8套（同批最大數量3000套），當螺栓長度小于等于三倍直徑時，如果無法做楔負載試驗，允許以拉力載荷試驗或芯部硬度試驗替代楔負載試驗；螺栓、螺母、墊圈的尺寸、外觀及表面缺陷檢驗應符合GB/T1231標準規定。

2.抗滑移系數檢測

抽檢了2批次，均合格。每批試件的抗滑移系數的最下值不得小于0.45。抗滑移系數μ的計算結果應精確到小數點后2位。構件拼裝前應進行抗滑移系數檢驗，以2000t為一批，不足2000t視為一批，每批在出廠時和架設時各檢驗三組試件（二塊芯板、二塊蓋板為一組），抗滑移試件應與鋼梁同材質、同批制造、同一摩擦面處理工藝；試件出廠時抗滑移系數不小于0.55，安裝時不小于0.45；現場安裝前抗滑移試件，應隨構件同條件下運輸至現場、同條件下存放；如抗滑移系數不符合要求，應查明原因并采取相應措施直至重新處理構件，重新處理后，應再次進行抗滑移系數試驗，確認抗滑移系數符合要求后方許拼裝。

3.終擰檢查扭矩檢測

抽檢了1007套，合格率99.3%，其中：欠擰5套，超擰1套，轉擰1套。統計數據如下表：

欠擰 合格 超擰 轉擰＜0.9 0.9～0.94 0.94～0.98 0.98～1.02 1.02～1.05 1.05～1.1 ＞1.1 1007套 5套 112套 102套 566套 110套 110套 1套 1套抽檢數量

通過檢測數據的統計，可知高栓的終擰檢查扭矩主要集中在0.95～1.05Tch之間，標準要求為0.9～1.1Tch，是符合要求的。但在檢測中，還是發現有欠擰、超擰和轉擰的高栓，其中超擰的雖然只有1個，占檢測比例的0.1%，但超擰容易引起高栓斷裂，欠擰的需補擰，并應及時進行復檢，而轉擰的需更換高栓，并應及時進行復檢，因此在施擰的過程中，一定要嚴格控制初擰、終擰的扭矩，對電動扳手要按規范進行及時校準。

四、高栓施擰檢測中容易出現的問題和解決方法

1.質量管理

由于高栓施工經驗的不足，導致相關施擰人員對高栓施擰的操作方法和質量管理認識的欠缺。

解決方法：集中由專業人員指導、培訓。

2.工具配置

高栓施擰工具的配置如不能完全滿足要求，將直接導致：

（1）施擰質量不易達標、合格率低。

（2）影響工程進度。

解決方法：應參照施擰工具的性能要求和鋼梁架設施組配置施擰工具。高強螺栓的初擰、終擰均使用定扭矩電動扳手，為便于現場操作管理和施工質量控制，應使用同一生產廠家、同一型號規格的終擰質量檢查扳手。初擰、終擰扳手嚴格分開，不能使用電動扳手的部位采用數顯扳手或表盤扳手施擰。施擰扳手的標定次數為每班上班前和下班后各一次。標定誤差規定為上班前標定不得大于規定值的±3%；下班后標定不得大于規定值的±5%。對每臺電動扳手和控制器，應固定配套編號，不得混雜，使用過程中不得隨意調節控制器的旋紐，并指定專人使用。使用扭矩系數試驗儀用當天上橋螺栓標定施擰扳手，可同時測出當天上橋高強度螺栓的扭矩系數，堅持對每天測出的扭矩系數進行統計，即使溫度、濕度發生較大變化，也可正確選用施擰扭矩，消除因扭矩系數發生變化而對高強度螺栓終擰預拉力的影響。

3.責任意識

由于部分施擰人員的文化素質偏低、責任意識較差，導致其工作的隨意性，最終使高栓的施擰工作質量無法保證。

解決方法：應加強培訓，嚴格采取考核制度，直至所有參與施擰人員能認識施擰的重要性，并熟悉和掌握施擰全過程，方能掛牌上崗施工。

4.高栓檢測

（1）高栓扭矩系數偏高或偏低

如果高栓進場和使用時間間隔過長，隨著季節的變化，其溫度將相差過大，最終致使扭矩系數偏高或偏低，一般溫度每上升或降低10℃，扭矩系數減少或增加6.7%。

解決方法：最好的解決方法當然是退回廠家重新表面處理，使其扭矩系數在合格范圍。另外在高栓供貨前，應充分考慮溫度濕度因素對高栓扭矩系數的影響，給予其提前量，以免再出現該問題。

（2）高栓的樣品標準差偏大

高栓其標準偏差應小于或等于0.010。但現場有時可能會超過。

解決方法：當排除人為或儀器因素后，應返回廠家重新表面處理，使其扭矩系數在合格范圍，同時其標準偏差合格。

5.高栓檢測的時效性

高栓數量多，其終擰檢查又有時效性，《高速鐵路橋涵工程施工技術指南》（鐵建設【2010】241號）中第15章節15.2.7要求終擰檢查應在終擰4h以后開始，24h之內對全部高強度螺栓完成檢查。

解決方法：現場要調控終擰的時間，以便為終擰檢查提供足夠的時間。

五、結語

通過對高栓檢測數據的分析，發現高栓施工和檢測工作中，容易出現問題的是高栓現場施擰扭矩值的控制和管理，因此高栓檢測的重點內容是對高栓扭矩系數和扭矩值的測定，只有加強高栓施擰時人員、設備、溫度、濕度、保存的質量管控和施擰扭矩值的檢測，才能真正保證現場高栓施擰的施工質量，極大減少高栓斷裂等問題的發生。