淺談石化裝置鋼結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)螺栓施工方法

侯方，呂瑞寧，王梓宇

（陜西化建工程有限責(zé)任公司，陜西楊凌712100）

目前鋼結(jié)構(gòu)連接方式主要是焊接及螺栓連接。高強(qiáng)度螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)以具有耐疲勞性，抗震性能好，便于制作、安裝、檢修，施工周期較短等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到建筑行業(yè)及化工裝置的管廊及平臺(tái)等鋼結(jié)構(gòu)工程中。

高強(qiáng)度螺栓從外形上分為大六角頭及扭剪型，其連接從受力形式上分為摩擦型及承壓型，而從強(qiáng)度等級上分為8.8 及10.9 級，扭剪型的高強(qiáng)螺栓只有10.9 級。

1 高強(qiáng)度螺栓的存儲(chǔ)及領(lǐng)用制度

（1）高強(qiáng)度螺栓使用前，應(yīng)選擇合適的庫房進(jìn)行保管，避免雨水侵蝕，異物污染，若發(fā)生誤差現(xiàn)象，使用前應(yīng)進(jìn)行清理。

（2）安裝時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行限額領(lǐng)料。按照施工班組每日的施工計(jì)劃，進(jìn)行高強(qiáng)螺栓的配發(fā)，避免螺栓發(fā)生丟失。限額領(lǐng)料時(shí)，需要經(jīng)過施工班組長及相關(guān)技術(shù)員確認(rèn)。當(dāng)天未使用完的螺栓，應(yīng)妥善保管或做退庫處理。

（3）高強(qiáng)螺栓使用前，應(yīng)檢查螺栓的外觀，無泥沙、污漬及螺紋損壞等現(xiàn)場發(fā)生。

（4）高強(qiáng)螺栓出庫前，需要仔細(xì)核對螺栓的規(guī)格、數(shù)量、強(qiáng)度等。

2 高強(qiáng)度螺栓規(guī)格的確定

高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)在二次設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員一般會(huì)給出桿件安裝的螺栓規(guī)格、數(shù)量等信息。由于鋼結(jié)構(gòu)二次設(shè)計(jì)工作有時(shí)由一些鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家進(jìn)行，無法提供準(zhǔn)確的螺栓安裝清單，所以螺栓安裝前，需要對螺栓的規(guī)格進(jìn)行計(jì)算及確認(rèn)。

2.1 螺栓的長度計(jì)算

成套的高強(qiáng)螺栓是由1 個(gè)螺栓、2 個(gè)平墊及1 個(gè)螺母組成。螺栓安裝完畢后，絲扣應(yīng)該外露2～3 個(gè)為合格。計(jì)算螺栓長度時(shí)，由以下公式計(jì)算：

螺栓長度=板束厚度+附加長度

板束長度包括連接板的板材厚度、連接板的厚度等，附件長度包括墊片、螺栓的厚度及外露長度。

表1 高強(qiáng)螺栓的附加長度（單位：mm）

2.2 高強(qiáng)螺栓緊固終擰扭力矩值的計(jì)算

扭剪型高強(qiáng)螺栓以梅花卡頭打斷為終擰值。

大六角頭的終擰扭矩值按照J(rèn)GJ 82-2011 計(jì)算，如下所示：

式中：Tc—施加到螺母的扭矩值，N·m；K—扭矩系數(shù)，一般取平均值（10.9 級取0.110～0.150）；Pc—施工預(yù)拉緊力值標(biāo)準(zhǔn)值，kN；d—螺栓公稱直徑，mm。

施工時(shí)應(yīng)該按照上述公式換算成扭矩值，作為螺栓安裝的控制因素，施工預(yù)緊力Pc如表2 所示。

表2 高強(qiáng)度大六角頭螺栓施工預(yù)拉力（kN）

2.3 高強(qiáng)螺栓安裝工具的選擇

高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)，應(yīng)該選擇合理的安裝工具，以便于提高安裝效率，減少操作難度。

穿引銷，用來定位螺栓孔，減少連接桿件間的移動(dòng)。穿引銷是由錐體部分和直筒部分構(gòu)成，錐形部分采用機(jī)加工，一般穿引銷材質(zhì)與鋼結(jié)構(gòu)桿件為同材質(zhì)，同時(shí)穿引銷制作時(shí)，應(yīng)考慮防墜落功能。

尖尾棘輪扳手，該扳手便于操作人員登高作業(yè)時(shí)攜帶，便于更改螺母緊固方向。螺栓安裝時(shí)手動(dòng)緊固，只需要采用尖尾棘輪扳手緊固到操作人員的最大力量即可。

電動(dòng)/氣動(dòng)扳手，螺栓的初擰、終擰都是采用電動(dòng)/氣動(dòng)扳手完成，該扳手種類很多，在螺栓安裝過程中，應(yīng)該選擇自身重量輕，力矩值準(zhǔn)確，便于監(jiān)測力矩的產(chǎn)品。減少螺栓緊固過程中發(fā)生螺栓終擰力矩值不足或者超擰的現(xiàn)象發(fā)生。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，高強(qiáng)度螺栓的方向

高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)，設(shè)計(jì)單位若在設(shè)計(jì)文件中規(guī)定了螺栓的安裝方向，螺栓安裝時(shí)應(yīng)該按照設(shè)計(jì)規(guī)定的方向進(jìn)行安裝。設(shè)計(jì)文件若無具體規(guī)定，高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)應(yīng)按照便于操作的原則進(jìn)行，且螺栓應(yīng)絕大部分處于同一安裝方向。少量螺栓因操作原因等，可以與同節(jié)點(diǎn)上方向相反，同時(shí)還應(yīng)注意螺母的安裝方向，螺母帶倒角的一側(cè)應(yīng)向外側(cè)，螺栓頭下的墊片倒角應(yīng)朝著螺栓頭。

3 高強(qiáng)度螺栓安裝的緊固程序

3.1 高強(qiáng)度螺栓的緊固順序

高強(qiáng)螺栓在緊固時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上每個(gè)螺栓連接組件都要達(dá)到初擰狀態(tài)，但是不能擰得過緊。初擰狀態(tài)，一般指一個(gè)成年男子使盡全力，用不加伸縮臂的標(biāo)準(zhǔn)扳手?jǐn)Q螺栓。如果使用敲擊扳手把緊，把這個(gè)點(diǎn)設(shè)為開始敲打的點(diǎn)，即擰緊的最大力的點(diǎn)。

為使螺栓群中所有螺栓都均勻受力，初擰和終擰都應(yīng)按一定順序進(jìn)行。應(yīng)逐個(gè)擰緊螺栓，按連接部件應(yīng)力從大到小的位置順序進(jìn)行。蓋板連接應(yīng)力最大在中間，端板連接應(yīng)力最大在接頭處。所以高強(qiáng)螺栓的緊固順序按照以下3 種方式進(jìn)行：

（1）一般接頭，應(yīng)從栓群中間順序向兩端進(jìn)行緊固，如圖1 所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)一般接頭螺栓緊固順序

（2）箱型接頭，螺栓群A/B/C/D 的緊固順序如圖2箭頭所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)箱型接頭螺栓緊固順序

（3）工字梁接頭，工字梁接頭上的螺栓群緊固順序按圖3 中①～⑥的順序進(jìn)行，即先翼緣后腹板（如順序1-2-3、4-5-6），先被連接件后連接件（如順序123-456）。

圖3 工字梁鋼接頭螺栓緊固順序

（4）工字型柱對接螺栓緊固順序?yàn)橄纫砭壓蟾拱濉?/p>

（5）兩個(gè)或多個(gè)接頭栓群的緊固順序應(yīng)先主要構(gòu)件接頭，后次要構(gòu)件接頭。

3.2 高強(qiáng)度螺栓把緊程序

高強(qiáng)螺栓緊固采用氣動(dòng)或電動(dòng)扳手緊固時(shí)，應(yīng)分為初擰、復(fù)擰和終擰。高強(qiáng)螺栓的初擰值是螺栓安裝的扭矩值的50%左右，復(fù)擰值與初擰值相同。復(fù)擰后，應(yīng)在螺栓上采用油性記號(hào)筆作出標(biāo)記。高強(qiáng)螺栓終擰采用2.2的計(jì)算值進(jìn)行。終擰結(jié)束后，使用另一種顏色的油性記號(hào)筆進(jìn)行標(biāo)識(shí)。高強(qiáng)度螺栓緊固時(shí)，一定要分為初擰、復(fù)擰和終擰進(jìn)行，嚴(yán)禁一次性采用終擰力矩值進(jìn)行螺栓緊固。高強(qiáng)度螺栓的初擰、復(fù)擰及終擰應(yīng)在同一天內(nèi)完成。

高強(qiáng)螺栓緊固時(shí)采用電動(dòng)/氣動(dòng)扳手均應(yīng)經(jīng)過效驗(yàn)，并在有效期內(nèi)使用。扳手的誤差不應(yīng)該超過±5%。

4 高強(qiáng)度螺栓安裝的質(zhì)量管理

4.1 施工前的技術(shù)交底

施工前，對所有參與施工、技術(shù)、質(zhì)量及操作人員進(jìn)行交底。推行全面質(zhì)量管理，把提高人員素質(zhì)和責(zé)任心作為工作重點(diǎn)，實(shí)行質(zhì)量目標(biāo)控制，將質(zhì)量目標(biāo)按照施工全過程的各個(gè)階段逐層分解，讓目標(biāo)值及實(shí)現(xiàn)期限落實(shí)到班組和個(gè)人。以質(zhì)量指標(biāo)控制為目的，以影響質(zhì)量指標(biāo)因素為手段。

4.2 施工準(zhǔn)備期質(zhì)量保證的技術(shù)措施

根據(jù)施工個(gè)人分工，對參與施工各方進(jìn)行設(shè)計(jì)交底和圖紙會(huì)審，充分了解設(shè)計(jì)意圖和技術(shù)難點(diǎn)，檢查圖紙是否有筆誤，各專業(yè)相互抵觸和不便于施工之處，做好圖紙會(huì)審記錄，及時(shí)澄清和變更，將問題處理在施工前。編制施工組織設(shè)計(jì)、施工方案和技術(shù)措施，結(jié)合工程特點(diǎn)，根據(jù)對同類工程的施工經(jīng)驗(yàn)，有針對性地開展質(zhì)量意識(shí)教育和技術(shù)培訓(xùn)。

4.3 施工過程質(zhì)量保證措施

（1）檢查材料的出入庫檢驗(yàn)及報(bào)告制度。堅(jiān)持材料進(jìn)場檢查制度。依照材料的合格證或者材質(zhì)證明，對進(jìn)場材料進(jìn)行驗(yàn)收和復(fù)檢，材料合格后方可入庫。對入庫材料依照種類、材質(zhì)和規(guī)格分類擺放整齊，懸掛材料標(biāo)識(shí)牌。

材料發(fā)放實(shí)行限額領(lǐng)料制度，根據(jù)崗位分工，相應(yīng)人員應(yīng)在材料領(lǐng)用單上簽字確認(rèn)，減少材料出庫后在施工崗點(diǎn)放置時(shí)間過長。

材料在復(fù)檢過程中發(fā)生不合格項(xiàng)，應(yīng)及時(shí)報(bào)告給質(zhì)量部門及材料采購單位。

（2）落實(shí)“三檢制度”。施工過程中堅(jiān)持質(zhì)量管理的“三檢制度”。實(shí)行作業(yè)崗點(diǎn)自檢、班組互檢及質(zhì)量檢查員專檢制度。

（3）施工用測量工具管理。高強(qiáng)螺栓緊固施工計(jì)量器具有電動(dòng)/氣動(dòng)扳手、扭矩扳手、盒尺、游標(biāo)卡尺、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等。建立健全計(jì)量器具的臺(tái)賬，確保計(jì)量器具必須在校驗(yàn)合格期內(nèi)實(shí)用，對即將超過計(jì)量期的設(shè)備及時(shí)從施工現(xiàn)場收回并送往校驗(yàn)單位。建立計(jì)量器具施工規(guī)章，減少機(jī)具的正常損耗。施工過程中，對計(jì)量器具定時(shí)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)計(jì)量器具失準(zhǔn)的現(xiàn)象，應(yīng)立即停止使用該計(jì)量器具。

4.4 施工完成后的質(zhì)量檢查

（1）檢查螺栓外露長度，以2～3 個(gè)絲扣為宜，10%的螺栓可以外露1 或者4 個(gè)絲扣。

（2）采用0.3 kg 的小錘對所有的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行檢查，不得有漏擰現(xiàn)象。

（3）鋼結(jié)構(gòu)單體檢查終扭矩值時(shí)，至少檢查10%的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)抽檢10%的螺栓，且不少于2 套螺栓。檢查時(shí)，在螺栓上畫出一條線，將螺栓松開約60°，再用扭矩扳手重新將螺栓緊固，并使螺栓上標(biāo)識(shí)的線重合，此時(shí)，螺栓的力矩值若在檢查值的0.9～1.1 倍內(nèi)為合格，若不符合規(guī)定，應(yīng)放大抽查比例。仍有不合格者，則該節(jié)點(diǎn)的高強(qiáng)螺栓應(yīng)該重新緊固。高強(qiáng)螺栓的扭矩檢查，應(yīng)在終擰的1 個(gè)小時(shí)后，24 小時(shí)前進(jìn)行。

（4）扭剪型高強(qiáng)螺栓的終擰，以尾部的梅花頭擰斷為合格。

4.5 不合格品的處理

施工檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格品的處理方案如下：

（1）返修或者返工。二次安裝后進(jìn)行再次檢查驗(yàn)收。

（2）經(jīng)有資質(zhì)的檢測單位鑒定，是否達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。若達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，予以驗(yàn)收；若經(jīng)鑒定達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但是經(jīng)過原來設(shè)計(jì)單位復(fù)核，滿足結(jié)構(gòu)安全需要，可以予以驗(yàn)收。

（3）返修或者加固。按照確定的技術(shù)文件或者協(xié)商方案進(jìn)行驗(yàn)收。

4.6 交工驗(yàn)收

工程驗(yàn)收及交工按照子系統(tǒng)、系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收及交工前，按照項(xiàng)目的要求，編制鋼結(jié)構(gòu)安裝的交工“包”，高強(qiáng)度螺栓緊固往往只占1 個(gè)檢查項(xiàng)。所有子系統(tǒng)整體合格后，系統(tǒng)驗(yàn)收合格，達(dá)到交工條件。

5 結(jié)束語

高強(qiáng)螺栓連接的鋼結(jié)構(gòu)工程已經(jīng)廣泛應(yīng)用到市政工程、建筑工程等相關(guān)領(lǐng)域。實(shí)踐證明，關(guān)于高強(qiáng)度螺栓的尾項(xiàng)是栓接鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中應(yīng)用最多的。施工過程中，嚴(yán)格執(zhí)行施工的程序文件，可以有效減少栓接鋼結(jié)構(gòu)安裝工程收尾成本，提高工程交工驗(yàn)收的效率。