建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移系數(shù)試驗中的注意事項

張樹勛，崔 萌，韓 彬

國家網(wǎng)架及鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇 徐州 221000

高強度螺栓摩擦型連接是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件常用的連接方式，適用于重要結(jié)構(gòu)和承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，以及可能出現(xiàn)反向內(nèi)力的構(gòu)件連接。在高強度螺栓摩擦型連接中，滑動外力與連接中法向壓力的比值為抗滑移系數(shù)，抗滑移系數(shù)也是高強度螺栓連接的主要設(shè)計參數(shù)之一，會直接影響構(gòu)件的承載能力[1-4]。

抗滑移系數(shù)的檢驗要求主要是《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）附錄B中的規(guī)定，但其并不是一個完整的檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)，對一些試驗細(xì)節(jié)沒有做出明確的規(guī)定。因此，文章主要對抗滑移系數(shù)試驗過程中幾個試驗細(xì)節(jié)問題進(jìn)行探討，以提高檢驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1 抗滑移系數(shù)試驗涉及的標(biāo)準(zhǔn)

目前，建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移試驗所涉及的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要有《鋼板栓接面抗滑移系數(shù)的測定》（GB/T 34478—2017）[1]（以下簡稱《系數(shù)測定》）、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）[2]（以下簡稱《驗收標(biāo)準(zhǔn)》）和《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 82—2011）[3]（以下簡稱《技術(shù)規(guī)程》）。

《系數(shù)測定》綜合了《技術(shù)規(guī)程》和已經(jīng)廢止的《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50205—2001）（以下簡稱《驗收規(guī)范》）的相關(guān)內(nèi)容，并對螺栓孔徑和試驗細(xì)節(jié)等做出了明確的規(guī)定，但使用扭剪型螺栓時在抗滑移系數(shù)測定和加荷終點判斷上與《驗收標(biāo)準(zhǔn)》不一致。《驗收標(biāo)準(zhǔn)》基本涵蓋了《技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于抗滑移系數(shù)試驗的相關(guān)內(nèi)容，在試驗方法上與舊版《驗收規(guī)范》相比，主要有兩個變化：（1）刪除了扭剪型螺栓做抗滑移系數(shù)試驗時，螺栓預(yù)拉力可按照同批螺栓復(fù)驗預(yù)拉力平均值取用的做法；（2）在加載終點的判斷上進(jìn)行了修改。因此，在建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移試驗中，應(yīng)以《驗收標(biāo)準(zhǔn)》為檢驗依據(jù)，《系數(shù)測定》中的試驗細(xì)節(jié)等部分內(nèi)容可作為參考。

2 抗滑移系數(shù)檢驗用螺栓的要求

《驗收標(biāo)準(zhǔn)》中對抗滑移試件的規(guī)定：“試件與所代表的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)為同一材質(zhì)、同批制作、采用同一摩擦面處理工藝和具有相同的表面狀態(tài)（含有涂層），在同一環(huán)境條件下存放，并應(yīng)用同批同一性能等級的高強度螺栓連接副。”

對于抗滑移系數(shù)試驗用螺栓的要求，部分實驗室和工程人員將其理解為抗滑移試驗用螺栓應(yīng)與工程實際應(yīng)用螺栓為同一批次[5-7]。抗滑移系數(shù)試驗主要考察摩擦面的處理效果，同時和連接的形式、構(gòu)件的應(yīng)力、螺栓的分布、環(huán)境、荷載等因素有關(guān)，高強度螺栓在抗滑移系數(shù)試驗中起到輔助作用，因此僅更換螺栓批次，不會對抗滑移系數(shù)試驗的準(zhǔn)確性產(chǎn)生明顯影響[8]。而且在抗滑移系數(shù)試驗中，螺栓需要夾持三塊鋼板，通常會比工程實際應(yīng)用的螺栓長一些，如果用工程同批螺栓，就需要廠家單獨加工定制，這在實際操作中是難以保證的。《驗收標(biāo)準(zhǔn)》所指的是應(yīng)用與實際工程同一性能等級的高強度螺栓連接副，并且試驗用的十二套螺栓應(yīng)為同一批次，而并非指與工程實際應(yīng)用的高強度螺栓屬同一批次。

3 考慮螺栓應(yīng)力松弛的影響

螺栓應(yīng)力松弛過程一般分為兩個階段：第一階段是螺栓緊固后各接觸表面的微觀凸起因發(fā)生塑性變形下陷而使螺栓預(yù)拉力下降，應(yīng)力下降速度較快，時間較短；第二階段是材料蠕變等因素使塑性變形不斷增加，彈性變形相應(yīng)減少，而應(yīng)力隨時間緩慢降低。

在抗滑移試驗中，螺栓預(yù)拉力值會受到應(yīng)力松弛第一階段的影響，螺栓緊固后，螺栓預(yù)拉力通常會快速小幅下降，5～10min之后下降速度趨緩，預(yù)拉力值相對穩(wěn)定。建議抗滑移試件緊固完成后放置5～10min，待螺栓預(yù)拉力值趨于相對穩(wěn)定后，再對抗滑移試件進(jìn)行拉伸試驗，這樣計算抗滑移系數(shù)時預(yù)拉力的取值會更為準(zhǔn)確。

4 工程使用扭剪型螺栓時抗滑移系數(shù)的測定

目前，國內(nèi)有高強度大六角頭螺栓連接副和扭剪型高強度螺栓連接副兩種產(chǎn)品，在設(shè)計計算上沒有區(qū)別，僅在施工方法和構(gòu)造上有所差別。《系數(shù)測定》和《驗收規(guī)范》中規(guī)定，采用扭剪型高強度螺栓進(jìn)行抗滑移試驗時，螺栓預(yù)拉力（緊固軸力）可按照同批螺栓復(fù)驗預(yù)拉力的平均值取用，但這會加大抗滑移試驗的誤差，這種試驗方法在《驗收標(biāo)準(zhǔn)》中已經(jīng)不被允許。進(jìn)行抗滑移系數(shù)檢測時，螺栓類型對抗滑移系數(shù)沒有明顯影響，工程采用扭剪型螺栓時，抗滑移系數(shù)的測定也可以采用大六角頭螺栓進(jìn)行試驗。

5 滑移荷載的判斷

舊標(biāo)準(zhǔn)《驗收規(guī)范》規(guī)定的滑移荷載有四種判定條件：（1）試驗機發(fā)生回針現(xiàn)象；（2）X-Y記錄儀上變形曲線發(fā)生突變；（3）試件側(cè)面劃線發(fā)生錯動；（4）試件突然發(fā)生“嘣”的響聲。《系數(shù)測定》中增加了第五種情況：位移測量裝置試件栓接面發(fā)生的滑動位移為0.15mm，這實質(zhì)上是對第三種判定條件的進(jìn)一步細(xì)化。《驗收標(biāo)準(zhǔn)》則規(guī)定以試件發(fā)生滑動破壞的荷載值為滑移荷載。

在抗滑移系數(shù)試驗檢測中，試驗機回針、變形曲線突變和發(fā)出響聲都有可能首先出現(xiàn)，但是無論是哪種情況首先出現(xiàn)，緊接著都會表現(xiàn)為試件夾板和芯板之間出現(xiàn)滑動。高強度螺栓摩擦型連接形式通過構(gòu)件的結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力來傳遞工作荷載，以結(jié)合面出現(xiàn)相對滑動作為其承載力的極限狀態(tài)，一旦摩擦面被外力克服產(chǎn)生相對滑動，則視為該連接達(dá)到破壞狀態(tài)，試驗結(jié)束。《驗收標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定以出現(xiàn)滑動破壞作為加荷終點，更符合抗滑移試驗的檢測目的，而且在很大程度上避免了因試驗機部件磨損產(chǎn)生的異響、多項判定條件引起的錯亂等因素的影響，有利于提高檢驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，在出現(xiàn)滑動后，試驗荷載值通常會稍微降低或基本不變，滑移荷載應(yīng)明確表述為出現(xiàn)滑動破壞前的最大加荷值。在具體試驗操作中，按照規(guī)定的加荷速度進(jìn)行加荷，直至一側(cè)摩擦面發(fā)生滑移，滑移荷載與滑移側(cè)的螺栓預(yù)拉力之和的比值為抗滑移系數(shù)。

6 結(jié)束語

建筑鋼結(jié)構(gòu)抗滑移系數(shù)檢測涉及多個標(biāo)準(zhǔn)，各個標(biāo)準(zhǔn)對于具體試驗要求的規(guī)定并不完全一致，而且標(biāo)準(zhǔn)對部分試驗細(xì)節(jié)的表述也比較含糊，這些試驗細(xì)節(jié)對檢驗數(shù)據(jù)會產(chǎn)生一定的影響。因此，在試驗過程中注意這些試驗細(xì)節(jié)，有助于提高檢驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。