高强螺栓拼接节点施工技术

高强螺栓拼接节点施工技术

张岚顾国忠

（常州第一建筑集团有限公司213046）

[摘要]：高强度螺栓连接节点处的摩擦面质量控制与高强度螺栓的预紧力是影响到结构受力的主要因素，施工质量的好坏更是直接影响拼接节点的承载力的关键因素。

[关键词]：高强度螺栓、摩擦面抗滑移系数、扭矩系数、紧固轴力

1.工程概况

《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》中，指出发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进建筑业供给侧结构性改革的重要举措。随着新型建筑工业化的发展，装配式结构的大力推广，钢结构作为一种装配化程度极高的建筑，在装配式建筑中占有重要席位。

其中，高强度螺栓连接相对于传统的焊接，避免了焊接易受到风力、温差的气候影响和焊工操作水平高低的影响，且强度高、施工便捷，操作规范、结构可靠性强、方便装配，而更加具有优势，在现场施工中被大量应用。

钢结构中的高强度螺栓，无论从设计上还是施工上，都占有举足轻重的位置。高强螺栓的施工质量是影响整个结构的安全的关键因素，也是钢结构施工质量的主要控制环节。

2.高强度螺栓分类：

2.1按照受力状况分类——摩擦型（主要依靠螺栓端板之间的摩擦力来承受荷载。螺栓孔壁不承压，螺杆不受剪）、承压型（螺栓孔壁承压、螺杆受剪）、张拉型（外力与高强螺栓轴向一致时，如法兰盘连接、螺栓球节点等）；本文重点研究摩擦型高强螺栓的拼接节点。

2.2从外形上区分——大六角头高强螺栓、扭剪型高强螺栓；

2.3按照性能等级分类——8.8级、10.9级。扭剪型高强螺栓只有10.9级一种。

3.摩擦面质量控制：

设计说明中一般都对摩擦面的摩擦系数有明确的规定，大部分都参照钢结构设计手册中的数值：对于抛丸处理的表面Q235材质为0.45，Q345材质为0.55.但是，根据我们及许多钢结构厂家的测试经验，能达到这一数值少之又少。主要原因有以下几点：

（1）螺栓端板变形：一是钢板切割变形后，表面平整度不够；二是组装焊接后，变形过大，造成端板贴合不严密；

（2）摩擦面的打磨后粗糙度不够，其原因有两点：一是打磨时间不够，二是抛丸用的钢丸成分比例不合适；

（3）螺栓的预紧力达不到要求，其原因也有两点：一是螺母与垫圈之间的摩擦力，二是螺纹与螺母之间的摩擦力。因为如果高强螺栓副表面有污物、生锈，或者螺纹及螺母有损伤，就会使实施预紧力时的扭矩所做的无用功大大增加，这样就会造成螺栓的紧固轴力达不到要求。

为了保证摩擦面的质量，在端板的加工中，应注意以下几点：

（1）端板尽量采用等离子切割，根据板厚选择合适参数，减少变形；

（2）抛丸除锈应根据抛丸效果选择钢丸和钢柱的比例，保证抛丸面的粗糙度；

（3）经处理后的摩擦面应采取保护措施，不得在摩擦面上做标记；

（4）钻孔前检查钢板的平整度，不和要求的要先进行整平处理；

（5）连接摩擦面应保持干燥、清洁，不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢等；

（6）摩擦面采用生锈处理方法时，安装前应以细钢丝刷垂直于构件受力方向去除摩擦面上的浮锈。

4.螺栓孔的质量控制：

4.1孔的加工：

高强度螺栓的孔的成型，必须是钻成孔。钻孔的加工原理是切削，对孔壁的损伤较小，孔的精度高。

为了提高生产效率，减少相邻端板之间的钻孔误差，相同的螺栓端板可以重叠加工，但是要注意叠接的层数不能过多，且板边缘必须用夹具加紧或者点焊固定。钻孔前还要检查操作平台的水平度和钻头的垂直度，以防孔在竖向倾斜。

当叠板加工的数量较多时，为了更好地控制孔的加工精度，可以采用钻模制孔，或者预钻小孔径，组装时再扩孔的办法。当叠板的数量在五层以下时，预钻的小孔直径小于公称直径一级（-3.0mm）；当叠板的数量超过五层时，预钻孔的直径小于工程直径两级（-6.0mm）。

钻孔后的钢板表面应平整，不能有飞溅物和油污。孔边不能有毛刺和飞边。

4.2孔距控制：

除了设计计算上必须满足的要求以外，还应注意复核现场施工器具的可操作性。这是很多没有施工经验的设计和施工单位经常忽略的问题。尤其是靠近上下翼缘处的高强度螺栓，过于靠近翼缘及腹板，使很多扭矩扳手没有操作空间，无法达到预紧力的要求。

零部件上任意两个孔距的位置偏差应符合表1的要求：

孔距允许偏差（mm）表1

螺栓孔孔距范围≤500501~12001201~3000＞3000同一组内任意两孔间距离±1.0±1.5——

相邻两组的端孔间距离±1.5±2.0±2.5±3.0

注：

（1）在节点中连接板与一根杆件相连的所有螺栓孔为一组；

（2）对接接头在拼板一侧的螺栓孔为一组；

（3）在相邻节点或接头间的螺栓孔为一组，但不包括上述两款所规定的螺栓孔；

（4）受弯构件翼缘上的连接螺栓孔，每米长度范围内的螺栓孔为一组。

4.3孔径：

孔径一般由设计确定，一般比高强度螺栓大1.5~2.0mm。

高强螺栓的孔应符合C级孔的制孔精度要求，详见表2：

C级螺栓孔的允许偏差（mm）表2

项目允许偏差

直径+1.0

圆度 2.0

垂直度0.03t，且不应大于2.0

5.高强度螺栓质量控制：

5.1资料检验：

高强螺栓连接副包括螺栓、螺母和垫圈，应配套检验及使用。其中大六角头高强度螺栓连接副，应提供扭矩系数检验报告；扭剪型高强螺栓连接副，应提供紧固轴力检验报告。

5.2螺栓工地复验：

高强螺栓在储运和使用过程中，扭矩系数k经常发生变化，而扭矩系数k是衡量高强度螺栓质量的重要指标，是一个具有一定离散性的综合折减系数，GB/T1231中明确规定10.9s大六角头高强螺栓连接副必须按批保证扭矩系数供货，其标准偏差应≤0.010。

当螺栓轴力值达到表规定的范围后，读出仪器上的扭矩值，根据公式1计算得出大六角高强度螺栓连接副的扭矩系数K

K=T/（P*d）………公式1

K——扭矩系数；

T——施拧的扭矩；

P——螺栓紧固轴力（预拉力）kN

d——高强螺栓的公称直径

因此，在正式使用之前，应进行按照供应批进行扭矩系数复验。螺栓试样应从同批螺栓副中选取，且试样不能重复使用。

螺栓同批是指：同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、长度（当螺栓长度≤100mm时，长度相差≤15mm；当螺栓长度＞100mm时，长度相差≤20mm；可以视为同一长度）、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺栓。

螺母（垫圈）同批是指：同一性能等级、材料、炉号、规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺母（垫圈）。

同批连接副是指：分别由同批螺栓、螺母、垫圈组成的连接副。

对于扭剪型高强螺栓，扭剪型高强度螺栓的紧固原理是：扭矩值达到梅花头切口的的扭断力矩