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1 轉(zhuǎn)角法施工簡(jiǎn)介

常規(guī)施工中通常采用扭矩法對(duì)高強(qiáng)螺栓連接副施加扭矩力，依靠扭矩力帶動(dòng)螺桿螺紋旋入螺母中來(lái)增加螺桿軸拉力，壓緊連接部件。扭矩法簡(jiǎn)單易行，是常規(guī)高強(qiáng)螺栓常用施工方法。但高強(qiáng)螺栓熱浸鋅之后，扭矩系數(shù)離散性極大，嚴(yán)重超出規(guī)范要求，需要重新測(cè)定其扭矩系數(shù)，但施工中的扭矩系數(shù)的確定非常困難。為彌補(bǔ)扭矩法在熱浸鋅高強(qiáng)螺栓施工中存在的上述質(zhì)量缺陷，我們?cè)诠こ虒?shí)際中采用了轉(zhuǎn)角法進(jìn)行熱浸鍍鋅高強(qiáng)螺栓施工[1]。

轉(zhuǎn)角法是先用一個(gè)較小的初擰值進(jìn)行初擰，然后畫(huà)出起始線和終擰線，用扳手直接將螺母擰轉(zhuǎn)一個(gè)角度，利用轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)控制螺栓螺桿預(yù)拉力，使得起始線與終擰線重合，使螺桿預(yù)拉力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后壓緊連接部件，稱為扭矩-轉(zhuǎn)角法，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)角法[2]。

由于初擰值的存在，轉(zhuǎn)角法施工對(duì)熱浸鋅高強(qiáng)螺栓連接副預(yù)拉力的控制穩(wěn)定程度仍然受到扭矩系數(shù)的影響，但由于初擰力度很?。ㄋa(chǎn)生的預(yù)拉力值只相當(dāng)于設(shè)計(jì)值的10%），因此與扭矩法相比，初擰值的影響非常小。且轉(zhuǎn)角法施工簡(jiǎn)單、快速、易于保證施工質(zhì)量，因此，轉(zhuǎn)角法是熱浸鋅高強(qiáng)螺栓施工的首選方法[3]。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

常州現(xiàn)代傳媒中心工程主塔樓結(jié)構(gòu)高度245.05 m，上面聳立一座高88 m的鋼發(fā)射塔，塔頂標(biāo)高333.05 m，（圖1）。鋼塔塔柱采用箱型柱，最大箱型柱截面為500 mm×500 mm×30 mm×30 mm，最小箱型柱截面為250 mm×150 mm×22 mm×22 mm，桅桿采用φ299 mm×12 mm的圓管，避雷針截面為φ60 mm×3.5 mm，并在其頂上設(shè)一黃銅尖錐，鋼塔鋼構(gòu)件材質(zhì)為Q345C，總用鋼量約360 t。為確保外露鋼構(gòu)件防腐，所有鋼構(gòu)件采用熱浸鍍鋅長(zhǎng)效防腐技術(shù)。鋼構(gòu)件之間主要連接形式為螺栓連接，塔柱、斜桿、橫桿、桅桿、H型鋼梁等采用8.8級(jí)熱浸鋅高強(qiáng)螺栓。

圖1 鋼塔全景

2.2 鍍鋅高強(qiáng)螺栓概況

本工程鋼塔塔柱拼接、斜桿法蘭連接、橫桿法蘭連接、桅桿連接、H型鋼梁連接等均采用8.8級(jí)熱浸鋅高強(qiáng)螺栓，共12 000 套。螺栓連接面摩擦抗滑移系數(shù)在0.35以上，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、論證，最終確定采用轉(zhuǎn)角法施工熱浸鋅高強(qiáng)螺栓。螺栓標(biāo)準(zhǔn)采用美標(biāo)ASTM A325M 8.8，螺母標(biāo)準(zhǔn)采用美標(biāo)ASTM A563M 10級(jí)，墊片標(biāo)準(zhǔn)采用ASTM F436M HRC28-45，熱浸鋅標(biāo)準(zhǔn)采用美標(biāo)ASTM A153。

1）塔柱拼接節(jié)點(diǎn)。塔柱拼接節(jié)點(diǎn)采用φ30 mm的8.8級(jí)熱浸鋅高強(qiáng)螺栓，使用一個(gè)半螺母防松。每個(gè)塔柱拼接節(jié)點(diǎn)熱浸鋅高強(qiáng)螺栓數(shù)量為144 副（圖2）。

圖2 塔柱拼接典型節(jié)點(diǎn)

2）斜桿法蘭連接。斜桿法蘭連接采用φ20 mm、φ24 mm、φ30 mm的8.8級(jí)熱浸鍍鋅高強(qiáng)螺栓（圖3、圖4）。

圖3 法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)平面

圖4 斜桿法蘭連接三維示意

3）桅桿連接。桅桿連接采用φ16 mm、φ20 mm、φ24 mm的8.8級(jí)熱浸鍍鋅高強(qiáng)螺栓（圖5、圖6）。

圖5 桅桿連接剖面

圖6 桅桿連接平面

4）普通鋼梁連接。鋼塔平臺(tái)處的鋼梁連接采用φ16 mm、φ20 mm、φ24 mm的8.8級(jí)熱浸鍍鋅高強(qiáng)螺栓（圖7）。

圖7 普通鋼梁連接節(jié)點(diǎn)

2.3 轉(zhuǎn)角法施工工藝流程

試驗(yàn)確定初擰扭矩值、終擰轉(zhuǎn)角角度→高強(qiáng)螺栓性能檢測(cè)（扭矩扳手調(diào)試）→安裝高強(qiáng)螺栓、設(shè)定初擰值進(jìn)行初擰→用油漆筆做好初擰后的位置記號(hào)和終擰角度記號(hào)→終擰、將螺母擰到規(guī)定的角度值→移除設(shè)備→完成高強(qiáng)螺栓施工

2.4 轉(zhuǎn)角法施工關(guān)鍵技術(shù)

1）試驗(yàn)確定初擰扭矩值、終擰轉(zhuǎn)角角度。將螺栓螺桿靠近螺帽處用砂紙磨光，貼上應(yīng)變片，將其連接到應(yīng)變測(cè)試儀上，用扭矩扳手初擰螺栓到10%的設(shè)計(jì)預(yù)拉力值，記錄下此時(shí)的扭矩值。對(duì)初擰完成后的螺栓連接副畫(huà)線（鋼板、墊圈及螺母三者一線），用扳手施擰到所需的施工預(yù)拉力，記錄下線與線的錯(cuò)位角度。根據(jù)以上步驟，測(cè)出抽取的8 套螺栓連接副的初擰扭矩值及終擰轉(zhuǎn)角角度，計(jì)算出這8 套螺栓的平均初擰扭矩值及平均終擰轉(zhuǎn)角角度，作為施工的依據(jù)。

2）初擰。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及第三方檢測(cè)結(jié)果設(shè)定螺栓的初擰值，將扭矩扳手套筒與螺母套好進(jìn)行初擰，當(dāng)扭矩扳手響動(dòng)時(shí)就達(dá)到設(shè)定的初擰值，停止作業(yè)，完成初擰，并畫(huà)出初始線。根據(jù)試驗(yàn)確定的終擰轉(zhuǎn)角角度畫(huà)出終止線，初始線與終止線的夾角與試驗(yàn)確定的轉(zhuǎn)角角度相同。

3）畫(huà)線標(biāo)記。初擰完成后，取下套筒，用油漆筆在螺栓上做好初擰完成后的記號(hào)（記為A，鋼板、墊圈、螺母三者一線）作為終擰起始線，在此記號(hào)往螺母旋緊方向再做一記號(hào)（記為B）作為終擰終止線的參考線（圖8）。

圖8 初擰后做標(biāo)記

4）終擰。繼續(xù)擰緊螺栓，使得螺母上的記號(hào)A與鋼板上終止線記號(hào)B基本重合，確保記號(hào)A在螺桿上的畫(huà)線與在螺母上的畫(huà)線的相對(duì)角度達(dá)到要求，完成終擰（圖9）。

5）終擰后檢查：螺母旋轉(zhuǎn)量、有無(wú)共轉(zhuǎn)、對(duì)旋轉(zhuǎn)不足的螺栓補(bǔ)擰到規(guī)定旋轉(zhuǎn)量，對(duì)發(fā)生共轉(zhuǎn)、余長(zhǎng)不足、超擰的螺栓重新更換。

6）移除設(shè)備，完成高強(qiáng)螺栓轉(zhuǎn)角法施工，戴上半個(gè)螺母，使用短柄扳手將其擰緊即可，繼續(xù)進(jìn)行下一熱浸鋅高強(qiáng)螺栓施工。

圖9 終擰螺栓

3 施工注意事項(xiàng)

1）熱浸鋅高強(qiáng)螺栓與普通高強(qiáng)螺栓施擰方法不同，采用轉(zhuǎn)角法施工時(shí)，同樣分初擰和終擰，初擰由初擰扭矩值控制，終擰由終擰轉(zhuǎn)角角度控制。

2）轉(zhuǎn)角法施工熱浸鋅高強(qiáng)螺栓應(yīng)重點(diǎn)控制的要素：初擰扭矩值及終擰轉(zhuǎn)角角度的確定；初擰及畫(huà)線的控制；扳手的選用；關(guān)鍵控制工序?yàn)槌鯏Q、畫(huà)線、終擰。

3）初擰扭矩值和終擰轉(zhuǎn)角角度應(yīng)結(jié)合高強(qiáng)螺栓廠家提供的質(zhì)保書(shū)數(shù)據(jù)并經(jīng)試驗(yàn)確定。

4）高強(qiáng)螺栓的初擰和終擰應(yīng)按照緊固順序進(jìn)行：從螺栓群中央開(kāi)始，依次向外側(cè)進(jìn)行緊固。

5）進(jìn)行螺栓的復(fù)檢時(shí)，檢查初擰后在螺母與相對(duì)位置所畫(huà)的終擰起始線和終止線所夾的角度是否達(dá)到規(guī)定值。如果檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)螺栓緊固強(qiáng)度未達(dá)到要求，則需要檢查擰固該螺栓所使用的扳手的擰固力矩[4,5]。

4 結(jié)語(yǔ)

熱浸鋅高強(qiáng)螺栓轉(zhuǎn)角法施工技術(shù)的成功應(yīng)用確保了常州現(xiàn)代傳媒中心屋頂鋼塔安全、順利地安裝完成，目前，發(fā)射天線已安裝調(diào)試完成，投入正式運(yùn)營(yíng)。