王 宇 楊 鋒 楊 杰 徐海峰 楊 敖

上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司 江蘇 海門 226116

高強(qiáng)螺栓即高強(qiáng)度螺栓，是指應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)（包括海洋工程鋼結(jié)構(gòu)和建筑鋼結(jié)構(gòu)）上的一類螺栓，由低合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼材制作而成。高強(qiáng)螺栓分為2種：扭剪型高強(qiáng)螺栓和大六角高強(qiáng)螺栓。作為一種新型連接方式，高強(qiáng)螺栓連接繼承了鉚接連接的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，具有施工簡單、受力性能較好、連接剛度較高、可拆換、耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)中[1-3]。高強(qiáng)螺栓的連接方式主要有3種：摩擦型、承壓型以及兩者兼具的摩擦-承壓型。目前，鋼結(jié)構(gòu)使用最廣泛的是摩擦型連接。

高強(qiáng)螺栓在運(yùn)輸和存放過程中要做到輕拿輕放，防止高強(qiáng)螺栓變形，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞，尤其注意不要破壞高強(qiáng)螺栓的螺紋。若高強(qiáng)螺栓在運(yùn)輸和存放過程中發(fā)生損壞，為安全起見，該高強(qiáng)螺栓不再使用。高強(qiáng)螺栓的適用范圍很廣泛，如大跨度房屋、小高層房屋鋼結(jié)構(gòu)、廠房鋼結(jié)構(gòu)、起重機(jī)等。

目前，部分項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)同一部位往往采用高強(qiáng)螺栓和焊接同時(shí)進(jìn)行連接，但很多海外鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，則采用全螺栓連接的方式，這就對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的加工制作提出了更高的精度要求。

本文以實(shí)際項(xiàng)目為例，闡述了全螺栓連接的鋼結(jié)構(gòu)加工制作的精度控制。

1 工程概況

巴基斯坦lucky電廠項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)采用全螺栓連接，我公司制作范圍包括1個(gè)7層的主結(jié)構(gòu)（MSS）和1個(gè)3層的輔助結(jié)構(gòu)（APH），均采用高強(qiáng)度螺栓連接方式，鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約5 300 t，高強(qiáng)度螺栓多達(dá)6 000多套。項(xiàng)目的3D模型如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目3D模型示意

項(xiàng)目位于巴基斯坦，我公司地處中國東部的海門，路途遙遠(yuǎn)。為保證現(xiàn)場安裝的順利進(jìn)行，必須保證高強(qiáng)度螺栓的穿孔率。這也就意味著對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接收縮、制作加工精度及高強(qiáng)度螺栓制孔提出了更高的要求。

2 工程難特點(diǎn)

該工程的難點(diǎn)主要有以下3個(gè)方面。

1）鋼柱、鋼梁及斜撐均采用高強(qiáng)度螺栓群連接，如何保證柱、梁、撐單節(jié)點(diǎn)區(qū)域高強(qiáng)度螺栓孔群的穿孔率是一大難點(diǎn)。

2）圓管撐采用十字插板的連接形式，圓管撐兩端十字形插板水平度的控制是另一難點(diǎn)。

3）鋼梁采用端板形式，與柱子螺栓連接，且梁本體與端板的焊縫大部分為半熔透焊縫，焊接收縮量大，收縮量大會(huì)導(dǎo)致變形，導(dǎo)致孔距改變，如何保證鋼梁端板上的螺栓孔群在焊接后的孔距是又一難點(diǎn)。

3個(gè)難點(diǎn)的具體問題如下：

1）鋼柱、鋼梁以及斜撐全部采用高強(qiáng)度螺栓群連接，單節(jié)點(diǎn)區(qū)域螺栓數(shù)量較多，如圖2所示，連接的高強(qiáng)度螺栓越多，就越容易產(chǎn)生累積誤差。

圖2 柱、梁、撐節(jié)點(diǎn)區(qū)域

2）圓管撐采用十字插板的連接形式。交叉鋼管連接常用相貫焊接，需要相貫切割，焊接量和難度大，加工工期長，施工難度大[4]。采用焊接量較小的管板結(jié)構(gòu)可減少以上問題，而管板連接結(jié)構(gòu)的十字形插板節(jié)點(diǎn)承載力最強(qiáng)，具有優(yōu)越的抗疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力分布，在絕大部位可代替相貫連接。該插板通過8個(gè)條形連接板連接[5]。

3）鋼梁采用端板形式與柱子螺栓連接，且梁本體與端板的焊縫大部分為半熔透焊縫，焊接收縮量大，如圖3所示。鋼結(jié)構(gòu)制作精度控制非常重要，若焊縫收縮量大，勢(shì)必會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的精度[6]。

圖3 梁端板節(jié)點(diǎn)形式

3 針對(duì)難特點(diǎn)采取的技術(shù)措施

針對(duì)本工程難特點(diǎn)，采取了一系列的技術(shù)措施，總體思路主要如下：柱、梁、撐均單件分開制作，其中柱子上的孔全部采用模板套鉆；梁端板上的螺栓孔在提料時(shí)，就對(duì)孔距加設(shè)焊接收縮余量；圓管撐兩端十字插板全部固定在磨具上后再焊接；在第1層中，選擇一個(gè)相對(duì)較復(fù)雜的區(qū)域，進(jìn)行平面預(yù)拼裝，以驗(yàn)證高強(qiáng)度螺栓的穿孔率。

1）對(duì)于鋼柱的裝配和焊接，采取以下工藝流程制作：裝配柱子本體，并用埋弧焊焊接柱子的本體焊縫；按照要求矯正柱子的焊接變形；將柱子吊運(yùn)至銑床胎架，如圖4所示；以柱頂銑削面為基準(zhǔn)線，用鋼針畫出柱子的中心線，螺栓孔的橫、縱定位線，其中橫向定位線每組孔至少3根；將對(duì)應(yīng)的模板固定在柱子上，配鉆打孔，同時(shí)為保證螺栓孔徑的大小，每塊模板最多使用3次，如圖5所示；對(duì)柱子進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)裝配和焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)，確認(rèn)精度等是否達(dá)到要求，若達(dá)到要求，則進(jìn)入涂裝工序，若未達(dá)到要求，則進(jìn)行返修，直至合格。

圖4 柱頂端銑

圖5 模板配鉆

2）對(duì)于鋼梁的裝配和焊接，采取以下工藝流程進(jìn)行制作：裝配、組焊鋼梁本體；梁端板提料時(shí)，對(duì)于縱向的螺栓孔，每5排加設(shè)0.5 mm的余量，如圖6所示；根據(jù)加設(shè)余量后的螺栓孔位進(jìn)行鉆孔；裝配定位梁的端板，并與梁進(jìn)行焊接；對(duì)鋼梁進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)裝配和焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)，確認(rèn)精度等是否達(dá)到要求，若達(dá)到要求，則進(jìn)入涂裝工序，若未達(dá)到要求，則進(jìn)行返修，直至合格（圖7）。

圖6 梁端板余量加設(shè)

圖7 梁端板檢驗(yàn)

3）對(duì)于圓管撐的裝配和焊接，采取以下工藝流程進(jìn)行制作：在圓管撐本體上開槽口，槽口一圈比插板均大2 mm；焊接十字插板組合件；將焊接后的十字插板組合件插入開好槽口的圓管撐中，并固定在模具上，以保證兩端十字插板的水平度，然后焊接；檢驗(yàn)圓管撐裝配質(zhì)量。

4 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝

鋼結(jié)構(gòu)制造完成后將運(yùn)往巴基斯坦，如果在鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)抵后才發(fā)現(xiàn)存在精度上的問題，返修將非常困難。為檢驗(yàn)此加工方案對(duì)螺栓孔精度控制的效果，選擇其中較復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行預(yù)拼裝。參與預(yù)拼裝的構(gòu)件，應(yīng)經(jīng)車間檢驗(yàn)員檢驗(yàn)合格并標(biāo)識(shí)，未檢驗(yàn)或不合格的部件不允許參與預(yù)拼裝。

選擇2根柱子、2根梁和3根圓管撐進(jìn)行平面預(yù)拼裝，如圖8所示。預(yù)拼裝場地應(yīng)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)，拼裝后地基不允許發(fā)生下陷。

圖8 平面預(yù)裝示意

為保證場地基礎(chǔ)符合預(yù)拼裝的要求，組裝用工藝胎架或平臺(tái)應(yīng)先用水平儀找平，平面度允許公差為±1 mm。水平胎架必須與地面牢固連接，胎架上各點(diǎn)的水平標(biāo)高每月復(fù)核1次，發(fā)現(xiàn)超差的及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。按照預(yù)拼裝布置圖的要求，繪制地樣，地樣需報(bào)驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行胎架布置。地樣線長度、寬度公差為±2 mm，對(duì)角線公差為±3 mm。

檢查連接螺栓的正確性：兩對(duì)角的孔必須用工藝銷定位（工藝銷的直徑尺寸比孔的理論尺寸小0.5 mm），然后用普通螺栓（預(yù)裝所用普通螺栓與實(shí)際所用螺栓直徑需一致）連接，螺栓數(shù)量應(yīng)大于等于每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需數(shù)量的30%，且應(yīng)大于等于2個(gè)，再將螺栓擰緊。拼裝過程中不允許強(qiáng)制連接。車間實(shí)際預(yù)拼裝現(xiàn)場如圖9所示。

圖9 車間預(yù)拼裝現(xiàn)場

通過實(shí)際預(yù)拼裝證明，高強(qiáng)度螺栓孔的穿孔率達(dá)到100%，且直線度、尺寸及螺栓孔的精度，都完全符合相關(guān)規(guī)范的要求。通過業(yè)主在巴基斯坦現(xiàn)場實(shí)際安裝后反饋，我公司負(fù)責(zé)加工制作的構(gòu)件，在現(xiàn)場安裝過程中沒有出現(xiàn)錯(cuò)孔現(xiàn)象，所有構(gòu)件均順利安裝到位，如圖10所示。

圖10 現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)總裝照片

5 結(jié)語

海外鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目因其特殊性，鋼結(jié)構(gòu)制作時(shí)每個(gè)階段的尺寸控制都很重要。通過前期技術(shù)策劃，分析工程的特點(diǎn)及難點(diǎn)，采取對(duì)應(yīng)的技術(shù)方案，并全面控制焊接、制孔及預(yù)拼裝等工序，保證構(gòu)件的制作精度。車間預(yù)拼裝及現(xiàn)場實(shí)際安裝表明，本工程高強(qiáng)螺栓孔的穿孔率為100%，得到了業(yè)主的認(rèn)可與好評(píng)，同時(shí)也為同類型高強(qiáng)螺栓孔群的結(jié)構(gòu)制造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。