工法范本(高强螺栓预张拉施工工法)

高强螺栓预张拉施工工法
中建钢有限公司
戴立先陈韬张根宝马人乐尹昌洪
1 前言
高耸塔桅结构广泛应用于电力、通信、传媒等各行各业。

近年来，综合性的多功能广播电视发射塔建设得到了很大的发展。

集聚广播电视信号发射、商场购物、旅游观光于一身的多功能电视塔可以覆盖周边地区的传媒信号，同时可以吸引游客观光，带动一方经济。

电视塔结构中通常采用热浸锌防腐工艺来处理构件，使长期外露于空气中的钢构件具有长效防腐的能力。

热浸锌构件之间采用法兰螺栓连接，所使用的高强螺栓亦采用热浸锌处理。

目前国内对热浸锌高强螺栓的使用已近非常广泛，但国内实验室对热浸锌高强螺栓施工的扭矩系数仍然无法通过实验确定，一般所测得的扭矩系数值较大超出了《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001中所规定的范围。

河南省广播电视发射塔钢结构工程中的外框刚架桉叶糖形柱构件、井道通体钢柱构件均采用热浸锌处理，钢柱之间法兰连接采用M30的热浸锌大六角头高强螺栓，该部分螺栓数量8万余套。

根据设计要求，外框桉叶糖型柱之间法兰连接节点为刚节点，螺栓紧固质量决定节点刚度大小，直接关系到整个结构的质量、安全。

对此，我司在本工程高强螺栓施工中，采用了预张拉的施工工艺，并结合施工工程中的高强螺栓紧固思路、操作方法和要点进行总结，形成了“高强螺栓预张拉施工工法”，并先后成功申请了中建三局建设工程工法、中建总公司工法。

2 工法特点
1、液压螺栓拉力器的使用。

在高强螺栓施工时，液压螺栓拉力器中的张拉杆一端通过厚型螺母与高强螺栓螺杆连接，另一端固定在空心支座梁上，支座梁上油缸产生液压力，带动张拉杆与高强螺栓，从而达到预张拉的效果。

2、直接控制螺栓紧固轴拉力值的大小。

根据高强螺栓施工验收的国家标准，对高强螺栓紧固轴拉力进行了严格、明确的要求，本工法采取直接控制螺栓紧固轴拉力值的方式进行施工，避免了施加扭矩力紧固高强螺栓时，扭剪应力对螺栓强度的影响。

3、不需要确定高强螺栓的紧固扭矩系数。

采取直接控制高强螺栓的紧固轴拉力，不需要确定高强螺栓的紧固扭矩系数，仅要求螺栓强度满足要求即可。

这样有利于放置时间过长而失去扭矩系数和需要重复使用的高强螺栓的利用，避免了浪费。

4、本工法采用的预张拉施工工艺操作简便。

本工法采用的高强螺栓预张拉施工工艺操作简便，液压螺栓拉力器配备有油压表，便于施工过程及验收时控制。

施工、验收时不必要求扭矩系数，可以为施工和验收提供更多时间。

5、施工质量优良，效果显著。

消除了扭剪应力对螺栓的影响可提高高强螺栓抗拉强度，准确的控制高强螺栓轴拉力值可提高紧固质量，有利于保证法兰连接刚度，达到更好的效果。

3 适用范围
1、风力发电塔、通信塔、电力塔、电视发射塔等高耸塔桅结构热浸锌高强螺栓紧固施工；
2、强度满足要求、无扭矩系数的发黑处理高强螺栓紧固施工。

4 工艺原理
首先，采用液压高强螺栓张拉器对高强螺栓的螺杆施加预拉力，在达到国家规范要求的拉力值后，用手动扳手拧紧螺母。

然后，释放油缸液压力，使高强螺栓连接副自身承受紧固轴拉力，此轴拉力与液压高强螺栓张拉器所施加的预拉力等值。

由于采用高强螺栓预张拉施工工法无扭剪应力存在且可以准确的控制轴拉力值，钢结构设计规范中高强螺栓紧固轴拉力值计算公式的扭剪应力折减系数、超张拉系数应消去，因此高强螺栓预张拉紧固轴拉力值可达到国家规范标准值的120%。

5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
图5.1 施工工艺流程图
5.2 施工工艺操作要点
5.2.1 明确目标、制定对策
1、通过采用高强螺栓预张拉施工工法提高本电视塔高强螺栓紧固质量，验证该工法的实际应用可行性。

2、选择专项施工作业人员进行操作培训，让每个本专项作业人员了解高强螺栓预张拉施工工法的原理，以及在本工程应用的意义。

3、选择适合该工法的设备，并根据现场实际需要进行设备的改进，为该工法的推广提供硬件支持。

4、严格控制现场实际操作流程，做到理论指导实践。

5.2.2 高强螺栓施工平台措施
1、对桉叶糖形柱进行电脑三维放样，根据其异形特点设计出有针对性的施工操作平台，如下图所示：
图5.2.2-1 桉叶糖柱典型节点三维放样示意图
图5.2.2-2 桉叶糖柱折线段外部操作平台设置示意图
桉叶糖柱X 节点分解成4份后，其典型节点形式。

纵向内法兰盘
横向内法兰盘
上接直线段法
图5.2.2-3 桉叶糖柱内部操作吊篮设置示意图
2、按照设计形式制作相应平台并安装用于现场。

高强螺栓施工人员利用该抱箍平台安装螺栓、放置液压高强螺栓张拉器、进行螺栓施工，如下图所示：
图5.2.2-4 高强螺栓安装 图5.2.2-5 液压高强螺栓张拉器
5.2.3 理论依据及螺栓试验结论
《钢结构设计规范》GB50017-2003的条文说明7.2.2中，说明高强螺栓预拉力值采用的计
算公式为：
e
u A f P ⋅⨯⨯=
2.19
.09.09.0，系数“1.2”为施加扭矩力拧紧螺栓时所产生的剪应力对
螺栓的影响系数，其中一个系数“0.9”为超张拉系数。

采用高强螺栓预张拉施工工法后，螺栓不再受到扭剪应力的影响，同时不存在超张拉补偿，因此这两方面的系数可以消去不考虑，高强螺栓抗拉强度可以得到很大的提高，预拉力值也相应提高，提升幅度大于20%。

根据工程施工实际需要以及实验室多次试验的结果，拟定高强螺栓预拉力值取国家标准值的120%，即现场高强螺栓预张拉施工时紧固轴拉力值为国家标准值的1.2倍。

5.2.4 施工设备的选用
高强螺栓液压单缸手动高强螺栓张拉器具有体积小，携带方便的优点，利于进入到桉叶糖柱内部进行高强螺栓的施工，故将手动拉力器用于柱内施工。

“一带三”的液压双缸电动高强螺栓张拉器每次可同时进行三颗高强螺栓张拉施工，电动施加液压速度提高很大，满足施工速度的要求，提高了高强螺栓施工效率。

但该型号设备体积较大，移动不便，仅用于外部螺栓的张拉施工。

液压单缸手动高强螺栓张拉器和“一带三”的液压双缸电动高强螺栓张拉器分别如下图所示：
图5.2.4-1 液压手动张拉器图5.2.4-2 液压电动张拉器
5.2.5 高强螺栓施工操作程序
1、首先是拉力器在进场前进行拉力值与油压表读数的核准，可以从厂家方面得到确认。

对于高强螺栓预张拉力的值，根据理论指导拟定的系数进行计算、统计列表，按照计算值进行现场施工。

计算结果统计如下表：
表5.2.5 高强螺栓预张拉值统计表
2、液压双缸高强螺栓张拉器现场操作如下流程所示：
1）将高强螺栓自由穿入法兰螺栓空，戴上单个螺母，同时将预张拉器布置就位；（如图5.2.5-1）
图5.2.5-1 张拉准备工作
2）高强螺栓采用双螺母防松，戴上单螺母时外露螺杆较长，将螺杆套筒与螺杆旋合达到设备的要求位置；（如图5.2.5-2）
图5.2.5-2 连接设备和螺栓
3）启动张拉器油压系统，通过螺杆套筒带动高强螺栓，张拉螺栓同时压紧两块法兰盘；（如
预张拉器
螺杆套筒
图5.2.5-3）
图5.2.5-3 连接设备和螺栓
4）张拉螺栓达到施工要求值后，用手动扳手拧紧高强螺栓螺母，拧紧程度以操作人员无法拧动为标准；（如图5.2.5-4）
图5.2.5-4 采用扳手拧紧螺母
5）将预张拉器液压卸载后，让高强螺栓自身承载拉力，拧动螺杆套筒与螺杆分离，完成高强螺栓张拉施工。

（如图5.2.5-5）
图5.2.5-5 单个高强螺栓施工完成
3、施工现场照片
图5.2.5-6 液压手动高强螺栓张拉器到场初次使用
图5.2.5-7 液压电动高强螺栓张拉器现场实际应用
5.3 劳动力组织
施工时根据工程量大小和工期要求，按实际情况配备班组。

所需工种主要有架子工、钳工、电工、起重工等。

表5.3 劳动力配备表
6 材料与设备
6.1 主要设备
表6.1 主要设备使用表
7 质量控制
7.1 预先试验
在正式应用高强螺栓预张拉施工方法之前，我司分别在同济大学实验室、河南广电广电三局项目部进行了高强螺栓预张拉施工的测试。

选取与本工程相匹配的高强螺栓和法兰连接板实施预张拉施工，对张拉工程中螺栓情况、长时间静置后螺栓情况、张拉后拆卸下来的螺栓外观和抗拉强度变化等进行了多次测试。

测试结果均较好，满足工程施工要求。

7.2 过程控制
高强螺栓预张拉施工过程中，项目质量技术人员全程、全方位的进行过程监测控制。

施工之间对液压高强螺栓张拉器使用技术进行交底，并选择专职人员进行培训，以保证施工人员能正确、熟练的操作设备。

对施工人员明确螺栓张拉的紧固轴力值，和液压表读数，避免误操作。

现场实际作业时，管理人员到第一线对施工人员作业情况进行抽查，确保高强螺栓紧固过程按照交底内容实施。

7.3 跟踪复查
对施工完成的桉叶糖形柱法兰螺栓进行返回式抽查，每一层法兰经管理人员抽查3次合格后，报监理验收，以此确保高强螺栓施工的质量。

按照以上措施进行高强螺栓施工质量的控制，桉叶糖柱螺栓安装率达到100%，抽查处高强螺栓紧固轴力合格率100%。

8 安全措施及注意事项
河南省广播电视发射塔的外框刚架由标高-2.050m盘旋向上延伸至标高+224.500m的位置，施工作业人员必须是有丰富高空作业经验的人员。

桉叶糖形钢柱自身无作业面施工，全部采用抱箍平台作为设备放置、人员通行和施工的作业面。

需要注意平台安装的稳定性，确保施工人员的安全，避免高空坠物。

桉叶糖柱内法兰需要施工人员进入到钢柱内部进行高强螺栓的紧固，需要确保自制的桉叶糖
柱内平台、钢爬梯挂设的安全性，同时需要确保内部施工人员作业环境安全，派专人进行柱内温度情况、通风情况的监测。

9 环保措施
钢结构工程在施工过程中不可避免地会产生一系列的环境问题。

主要为施工产生的噪音、废气、粉尘和固体废物的环境影响。

针对本工程施工期间面临的敏感环境问题和产生的主要环境影响，依照国家、地方环境及相关法规和工程环评报告的要求，确定施工过程中要做的环保工作及具体的工作安排，尽量减少施工过程对周围环境造成的不利影响。

对了本工程该施工阶段的环保措施集中在固体废弃物（如废螺栓）和生活垃圾。

控制措施和要求：
1）教育施工人员养成良好的卫生习惯，不随地乱丢垃圾、杂物，保持工作和生活环境的整洁。

2）严禁乱倒、乱卸垃圾。

施工现场设垃圾存放处，各类生活垃圾按规定集中收集、分类存放，对一般可回收和垃圾由环卫部门及时清理、清运，一般要求每班清扫，每日清运；对一些危险废弃物，如油漆桶、容器瓶、废油抹布等，项目将与市工业危险废弃物处理站签定处理合同，将收集的危险废弃物交由处理。

10 效益分析
高强螺栓预张拉施工工法的使用，让高强螺栓一次性完成张拉紧固，避免了对高强螺栓进行第二次紧固。

使桉叶糖柱外部抱箍平台、内部挂篮平台及爬梯等措施可以由下向上周转使用，安装措施费用上比原工况约节省30%，减少了施工人员从224.5米高处向下逐层紧固高强螺栓的工序，该部分高强螺栓紧固人工费用约节省50%，该工序的安全措施费用也同时随之节省，为本工程创造了多方面的经济效益。

传统高强螺栓施工方法与预张拉高强螺栓施工方法产生的效益对比如下表1所示：
表1 新旧高强螺栓施工方法产生的效益对比
另外，高强螺栓预张拉施工方法的使用，减少了施工人员从224.5米高处向下逐层紧固高强螺栓的工序，有利于安全控制，且使用液压张拉器进行张拉时，基本上没有噪音，体现了环保和人文关怀的理念思想，在同类钢结构工程中起到了示范的作用，对了新工艺的推广有很大的出尽作用，创造了显著的社会效益。

11 应用实例
高强螺栓预张拉施工工法已成功在河南省广播电视发射塔工程中应用，外框刚架桉叶糖形柱包括20个折线段柱、20个X节点柱、100根直线段柱、5个人字节点，共计7万余套高强螺栓施工完成并验收合格。

该项目所有高强螺栓通过本工法安装，不但节约了费用，在质量、安全、进度以及影响其他工序上都达到圆满的结果。

所有节点的检测结果均达到了设计及规范的要求，安全上没有发生一起事故，工期进度上满足了总体的工期要求。

这使本工法首次在特大型工程中大面积应用得到了验证，为本工法的推广应用提供了事实依据。

据了解，山东临沂广播电视发射塔工程及辽宁某风力发电塔也有本工法的应用。