螺栓防松措施

•5.10 实测研究
（a）螺栓施工阶段预应力损失 实测——15％
（b）法兰各部位应力实测——与设计相符
螺栓防松措施及分析 （c）螺栓疲劳应力幅对比实测 ——仅为“L”型法兰螺栓疲劳应力幅的1/3~1/5 （d）结构整体动力性能对比实测——第一自振周期三位有效数字相同
（e）螺栓一年后预应力损失实测——10％以内
侧的法兰板边缘脱开后（图2b）螺栓的拉力由 P 变成 (a b)P / b ，受力按柔
性法兰。受力同普通螺栓。因此疲劳应力幅增大。
图2a
图2b
螺栓防松措施及分析 因螺栓断裂而造成塔筒破坏的工程实例：
厚型法兰塔筒螺栓断裂后整体倒塌图片
断裂在塔筒平台上的螺栓
螺栓断裂图
螺栓防松措施及分析
5 承受拉压交变荷载的螺栓新型防松措施
5.1 研发背景 ➢ 原有的”L”型锻造法兰
➢ 攻关目标：减少法兰生产的社会必要劳动时间和能耗。从根本上解决螺栓松动问 题，达到免维护的效果。
螺栓防松措施及分析 5.2 极限承载能力试验
1.52倍设计荷载时，钢管局部屈曲先于法兰节点破坏
螺栓防松措施及分析 5.3 疲劳试验
施加弯扭疲劳荷载1000万次，试件未发生疲劳破坏，反向平衡法 兰抗疲劳荷载作用性能得到验证
螺栓防松措施及分析
5.11 螺栓不发生松动的原因： • 螺杆比老法兰长50％以上，可以储存更多弹性应变能防松； • 不加扭矩，螺杆内不存在松动的内因——反弹扭矩； • 不加扭矩，也不测扭矩系数，不用涂油，螺纹摩擦系数加倍。 结论：没有螺栓松动的内因
5.12 反向平衡法兰的核心价值： ➢ 免维护，减少倒塔隐患，节约长期维护费； （首台已运行3年半，未发现螺栓松动） ➢ 节能减耗。
➢风力发电塔筒内承受拉压交变的高强螺栓 防松措施：对螺栓施加预拉力
螺栓防松措施及分析
3.目前螺栓防松效果
➢一般普通螺栓：紧固力矩达到规范规定值时螺栓一般就不会松动
➢高耸结构中带有振动的高强度普通螺栓：栓防松效果良好。例如2000年落成 的336m高的黑龙江电视塔塔柱未发现螺栓松动现象
➢高强螺栓：钢结构中梁柱连接节点及桥梁结构中的高强螺栓防松效果也非常好
螺栓防松措施及分析 5.4 有限元分析
极限强度分析
螺栓防松措施及分析 5.5 热点应力法抗疲劳分析
WC-T-1
WC-F-1
WA-T
WA-J
疲劳强度分析
WB-F
WC-F-2
WB-J
WC-T-2
外推热点应力幅 外推区域
h(MPa)
WC-T-1
35.45
WC-F-1
2.31
WC-T-2
4.72
WC-F-2
螺栓防松措施及分析
同济大学 吕兆华
2011年8月 贵阳
螺栓防松措施及分析
主要内容
1. 同济大学高耸结构研究室的长期研究工作 2.常用螺栓分类、防松措施 3.目前螺栓防松效果 4.承受拉压交变荷载的螺栓现有防松措施存在的不足 5.承受拉压交变荷载的螺栓新型防松措施
主要内容
螺栓防松措施及分析
1. 同济大学高耸结构研究室的长期研究工作
材料用量大，螺孔偏差不易处理。大量靠进 口，仍有螺栓松动问题，要长期维护。
螺栓防松措施及分析
传统法兰引起螺栓松动的原因： • 防腐蚀方法：涂达克罗——扭矩系数不合格——涂二硫化钼——螺纹摩擦系数减半——
螺栓自锁能力降低
• 施工方法：要加预拉力——采用扭矩法施工——螺杆产生反弹扭矩
• 风荷载作用：风吹产生弯矩——背风面法兰受压——螺栓预拉力减小——螺纹表面上 压力减小（摩擦系数减半）——阻止螺栓松动的摩擦力矩小于螺杆内的反弹扭矩 导致螺栓松动
➢风力发电塔筒内承受拉压交变的高强螺栓：防松效果不理想。在风力发电领域， 风机运行过程中需定期维护，这耗费大量的人力物力
螺栓防松措施及分析
4. 承受拉压交变荷载的螺栓现有防松措施存在的不足
传统的法兰形式为厚型锻造法兰
优点： 焊缝少，螺栓长，抗疲劳性能好，法兰刚
度大。
缺点： 造价太高，制造耗能大，端面要铣平，
0.84
WA-J
3.60
WA-T
1.82
WB-J
2.49
WB-F
1.58
疲劳设计强度 D (MPa)
52.6
螺栓防松措施及分析 5.6 鉴衡认证
螺栓防松措施及分析 5.7 国家重点新产品
螺栓防松措施及分析 5.8 配套施工工具研发——高强螺栓双缸液压张拉器
螺栓防松措施及Fra Baidu bibliotek析
5.9 2007年试制，2008年初调兵山风场两台风机共计4个法兰试装。
➢高耸结构中承受振动的高强度普通螺栓
防松措施：螺栓施工中需拧紧， 电力系统和塔桅钢结构工程施 工质量验收规程中已对“拧紧” 给出了相对准确的扭矩值要求
防松措施：螺栓不施加预拉力，但需拧紧， 并且采用双螺母防松
螺栓防松措施及分析
➢高强螺栓
防松措施：先对其施加预拉力， 然后在被连接件之间的接触面上 产生摩擦阻力来承受剪力或减少 其预压力来受拉力
螺栓防松措施及分析 5.13 反向平衡法兰在其他工程中的应用：
临沂电视塔
大庆观光塔
淮安电视塔
谢 谢！
螺栓松动后，在风荷载作用下，螺栓的疲劳应力幅显著提高。这是因为:
P
螺栓防松措施及分析
（1）高强螺栓受拉计算公式：
Pf
P P P Nt 1 Ac
Ad
外力 钢板挤压面积 螺杆截面积
（2）由此可见，当面积Ac很小时，螺杆的拉力Pf就会增大。传统的厚型法兰板 表面并非全接触，在最初安装时保证边缘接触（图2a）。当塔筒受弯时，受拉
（1）超高钢结构电视塔设计
黑龙江电视塔
郑州电视塔
临沂电视塔
螺栓防松措施及分析
（2）高耸结构试验研究
黑龙江塔振动控制实测
螺栓防松措施及分析
郑州塔“X”形节点试验
螺栓防松措施及分析
郑州塔风洞试验（测力试验）
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（3）编制国家标准
螺栓防松措施及分析
2.常用螺栓分类及防松措施
➢一般普通螺栓