陳漢國 史曉貞
高強螺栓(以下簡稱高栓)現(xiàn)在已大量使用在橋梁鋼結構的連接施工中,普通螺栓可重復使用,但高栓不可重復使用,一般用于永久連接,對橋梁的安全運行起到了關鍵作用。盡管國內早已有相關技術標準對高栓的施工和檢測有所規(guī)定,但高栓在現(xiàn)場的檢測和使用過程中,仍經常發(fā)生問題,譬如高栓斷裂等,影響了施工質量和橋梁安全,在此,本文結合簡支鋼桁梁的工程實際案例,對高栓的檢測工作進行了檢測數(shù)據(jù)分析,并對其中發(fā)現(xiàn)的問題,提出了解決方法。
簡支鋼桁梁采用高栓連接,使用M24高栓70872套,M30高栓180960套。設計參數(shù)詳見下表:
規(guī)格項目M24 M30螺桿材質 35VB 35VB螺母材質 45鋼 45鋼墊圈材質 45鋼 45鋼性能等級 10.9s 10.9s設計預拉力 240kN 360kN施工預拉力 252 kN 378 kN扭矩系數(shù)平均值 0.110~0.150 0.110~0.150
高栓均采用熱鐓生產工藝和表面磷化處理。
高栓檢測內容主要包括:力學性能檢測、抗滑移系數(shù)檢測、終擰檢查扭矩檢測、涂裝厚度與附著力檢測。
高栓檢測依據(jù)主要包括:《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(Q/CR9211-2015)、《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》(GB 50205-2001)、《鐵路鋼橋高強度螺栓連接施工規(guī)定(TBJ 214-1992)、《金屬材料拉伸試驗第1部分:室溫試驗方法》(GB/T 228.1-2010)、《鐵路鋼橋栓接板面抗滑移系數(shù)試驗方法》(TB 2137-90)等。
抽檢了12批次,均合格。按批進行抽樣檢測,檢測項目包括連接副扭矩系數(shù)、螺栓楔負載、螺母保證荷載、螺母及墊圈的硬度,檢驗數(shù)量為同批號、同性能等級抽取8套(同批最大數(shù)量3000套),當螺栓長度小于等于三倍直徑時,如果無法做楔負載試驗,允許以拉力載荷試驗或芯部硬度試驗替代楔負載試驗;螺栓、螺母、墊圈的尺寸、外觀及表面缺陷檢驗應符合GB/T1231標準規(guī)定。
抽檢了2批次,均合格。每批試件的抗滑移系數(shù)的最下值不得小于0.45。抗滑移系數(shù)μ的計算結果應精確到小數(shù)點后2位。構件拼裝前應進行抗滑移系數(shù)檢驗,以2000t為一批,不足2000t視為一批,每批在出廠時和架設時各檢驗三組試件(二塊芯板、二塊蓋板為一組),抗滑移試件應與鋼梁同材質、同批制造、同一摩擦面處理工藝;試件出廠時抗滑移系數(shù)不小于0.55,安裝時不小于0.45;現(xiàn)場安裝前抗滑移試件,應隨構件同條件下運輸至現(xiàn)場、同條件下存放;如抗滑移系數(shù)不符合要求,應查明原因并采取相應措施直至重新處理構件,重新處理后,應再次進行抗滑移系數(shù)試驗,確認抗滑移系數(shù)符合要求后方許拼裝。
抽檢了1007套,合格率99.3%,其中:欠擰5套,超擰1套,轉擰1套。統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下表:
欠擰 合格 超擰 轉擰<0.9 0.9~0.94 0.94~0.98 0.98~1.02 1.02~1.05 1.05~1.1 >1.1 1007套 5套 112套 102套 566套 110套 110套 1套 1套抽檢數(shù)量
通過檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計,可知高栓的終擰檢查扭矩主要集中在0.95~1.05Tch之間,標準要求為0.9~1.1Tch,是符合要求的。但在檢測中,還是發(fā)現(xiàn)有欠擰、超擰和轉擰的高栓,其中超擰的雖然只有1個,占檢測比例的0.1%,但超擰容易引起高栓斷裂,欠擰的需補擰,并應及時進行復檢,而轉擰的需更換高栓,并應及時進行復檢,因此在施擰的過程中,一定要嚴格控制初擰、終擰的扭矩,對電動扳手要按規(guī)范進行及時校準。
由于高栓施工經驗的不足,導致相關施擰人員對高栓施擰的操作方法和質量管理認識的欠缺。
解決方法:集中由專業(yè)人員指導、培訓。
高栓施擰工具的配置如不能完全滿足要求,將直接導致:
(1)施擰質量不易達標、合格率低。
(2)影響工程進度。
解決方法:應參照施擰工具的性能要求和鋼梁架設施組配置施擰工具。高強螺栓的初擰、終擰均使用定扭矩電動扳手,為便于現(xiàn)場操作管理和施工質量控制,應使用同一生產廠家、同一型號規(guī)格的終擰質量檢查扳手。初擰、終擰扳手嚴格分開,不能使用電動扳手的部位采用數(shù)顯扳手或表盤扳手施擰。施擰扳手的標定次數(shù)為每班上班前和下班后各一次。標定誤差規(guī)定為上班前標定不得大于規(guī)定值的±3%;下班后標定不得大于規(guī)定值的±5%。對每臺電動扳手和控制器,應固定配套編號,不得混雜,使用過程中不得隨意調節(jié)控制器的旋紐,并指定專人使用。使用扭矩系數(shù)試驗儀用當天上橋螺栓標定施擰扳手,可同時測出當天上橋高強度螺栓的扭矩系數(shù),堅持對每天測出的扭矩系數(shù)進行統(tǒng)計,即使溫度、濕度發(fā)生較大變化,也可正確選用施擰扭矩,消除因扭矩系數(shù)發(fā)生變化而對高強度螺栓終擰預拉力的影響。
由于部分施擰人員的文化素質偏低、責任意識較差,導致其工作的隨意性,最終使高栓的施擰工作質量無法保證。
解決方法:應加強培訓,嚴格采取考核制度,直至所有參與施擰人員能認識施擰的重要性,并熟悉和掌握施擰全過程,方能掛牌上崗施工。
(1)高栓扭矩系數(shù)偏高或偏低
如果高栓進場和使用時間間隔過長,隨著季節(jié)的變化,其溫度將相差過大,最終致使扭矩系數(shù)偏高或偏低,一般溫度每上升或降低10℃,扭矩系數(shù)減少或增加6.7%。
解決方法:最好的解決方法當然是退回廠家重新表面處理,使其扭矩系數(shù)在合格范圍。另外在高栓供貨前,應充分考慮溫度濕度因素對高栓扭矩系數(shù)的影響,給予其提前量,以免再出現(xiàn)該問題。
(2)高栓的樣品標準差偏大
高栓其標準偏差應小于或等于0.010。但現(xiàn)場有時可能會超過。
解決方法:當排除人為或儀器因素后,應返回廠家重新表面處理,使其扭矩系數(shù)在合格范圍,同時其標準偏差合格。
高栓數(shù)量多,其終擰檢查又有時效性,《高速鐵路橋涵工程施工技術指南》(鐵建設【2010】241號)中第15章節(jié)15.2.7要求終擰檢查應在終擰4h以后開始,24h之內對全部高強度螺栓完成檢查。
解決方法:現(xiàn)場要調控終擰的時間,以便為終擰檢查提供足夠的時間。
通過對高栓檢測數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)高栓施工和檢測工作中,容易出現(xiàn)問題的是高栓現(xiàn)場施擰扭矩值的控制和管理,因此高栓檢測的重點內容是對高栓扭矩系數(shù)和扭矩值的測定,只有加強高栓施擰時人員、設備、溫度、濕度、保存的質量管控和施擰扭矩值的檢測,才能真正保證現(xiàn)場高栓施擰的施工質量,極大減少高栓斷裂等問題的發(fā)生。