公安長江大橋斜拉橋鋼桁梁高強度螺栓施工

柳振興

摘 要：新建蒙西至華中鐵路為國家北煤南運戰略的重點工程，對促進國民經濟發展有著十分重要的意義。公安長江公鐵兩用特大橋為蒙華鐵路的標志性、重要節點工程。其主橋設計為（98+182+518+182+98）m雙塔鋼桁斜拉橋，上部結構為栓焊鋼桁梁，工地連接除橋面板接頭有焊接外，其余均為高強度螺栓連接，高強度螺栓的施擰直接影響全橋的質量和安全運營。此論文將對公安長江大橋主橋鋼桁梁高強螺栓施工過程和控制要點進行詳細的介紹。

關鍵詞：長江大橋；斜拉橋鋼；螺栓施工

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0106-03

1 概述

1.1 工程概況

公安長江公鐵兩用特大橋通航孔斜拉橋為（98+182+ 518+182+98）m雙塔鋼桁斜拉橋，全長1078m。主梁為“N”字形桁式，采用焊接的整體節點，工地架設時，在節點之外用高強度螺栓拼接。主桁桁高13m，節間距14m，主桁橫向中心距為14m，主桁節點處兩側設傾斜副桁，上端連接橫梁端部，下端連接下弦節點。橋面分兩層布置，上層橋面為4車道公路，橋面寬26m。下層橋面為雙線鐵路，線間距4.2m。主梁橫斷面布置見下圖1。

全橋采用M22、M24、M30共3種規格高強度螺栓，共計約67.5萬套。各種高強度螺栓規格參數見下表1。

1.2 高強螺栓的工作原理及影響因素

高強度螺栓連接形式分為摩擦型、張拉連接和承壓連接三種。本橋高栓屬于摩擦型，是通過緊固螺栓連接副，使被連接件間產生摩擦阻力以傳遞荷載的連接方式。是通過板件間的抗滑力來傳遞剪力，以連接件之間出現滑移為其承載能力的極限狀態。其連接的可靠性是由其預緊力來設計和判斷的。本橋采用扭矩法進行高拴施擰，影響其終擰預拉力的因素有一下幾個方面：①高栓的扭矩系數；②高栓的施工工藝；③施擰工具標定的方法及準確度；④電源電壓變化對變動扳手的影響。其中，扭矩系數的變化是主要因素。

2 高強度螺栓施工工藝流程

高強度螺栓的驗收→高強螺栓的保管→高強螺栓施擰工藝實驗→高強螺栓施擰扭矩值計算→高強螺栓連接副安裝→高強螺栓初擰→高強螺栓終擰→高強螺栓終擰檢查。

3 高強度螺栓的驗收與保管

3.1 高強度螺栓的驗收

高強度螺栓根據GB/T1228～1231-2006的規定，進行進場驗收，不合格產品不得使用。生產廠應以批為單位，提供產品質量檢驗報告（含扭矩系數）及出廠合格證，施工現場應對高強度螺栓連接副，進行外形尺寸、形位公差、表面缺陷、螺紋參數、機械性能、螺紋脫碳、扭矩系數、標記與包裝等檢查和復驗，并做好記錄，不合格產品不得使用。

同一性能等級、材料、爐號、螺紋規格、長度（當螺栓長度≤100mm時，長度相差≤15mm；螺栓長度>100mm時，長度相差≤20mm，可視為同一長度）、機械加工、墊處理工藝、表面處理工藝的螺栓為同批。同批高強度螺栓連接副最大數量為3000套。

3.2 高強度螺栓的使用及保管

（1）高拴庫房應能滿足現場施工用進場螺栓存放面積需要，庫房應防雨、防潮，下面以木板墊高，通風良好，防止銹蝕和表面狀態改變，影響螺栓的扭矩系數。庫房濕度符合規定并設置濕度計監測。

（2）螺栓、螺母及墊圈入庫時應核查數量，入庫后要建立明細庫存表、發放登記表，加強管理。

（3）高強度螺栓連接副應按包裝箱上注明的批號、規格、廠家分類保管，室內架空存放，堆放不宜超過5層。保管期內不得任意開箱，防止生銹和沾染臟物。

（4）領用高強度螺栓必須嚴格按節點圖上實際需用規格、數量領取，一般不得以短代長或以長代短。

（5）施工現場必須用規定的工具袋將螺栓運到現場，在搬運過程中要輕拿輕放，防止碰損絲扣及沾污泥砂。

（6）高強度螺栓箱外裸露，尤其施擰前散放在橋上長時間裸露，會導致扭矩系數發生變化，因此應根據當天施擰實際需用規格和數量領取高強度螺栓。在橋上使用前開箱，用多少開多少，先用先開。當天安裝剩余的高強度螺栓必須放入箱中封閉，不允許高強度螺栓在橋上裸露過夜。

4 施擰工藝試驗

本橋高強度螺栓采用扭矩法施擰。施工前應做好施擰工藝性試驗，內容如下：

（1）高強度螺栓的扭矩系數試驗。從某一生產批的產品中隨即抽取25組，每組5套共125套高強度螺栓進行扭矩系數試驗。檢驗工廠近期產品的整體質量狀況，并用數理統計原理推斷樣品扭矩系數平均值，反映整批扭矩系數平均值代表性的大小，作為施工過程中調整施擰扭矩和保證高栓施擰預拉力滿足設計要求的重要參考指標。

扭矩系數測定，采用扭矩系數試驗儀進行。該儀器能同時顯示施擰扭矩和螺栓軸力。根據扭矩系數計算公式：K=T/P·D[式中：K-扭矩系數；T-施擰扭矩（N·m）；P-螺栓軸力（kN）；D-螺栓公稱直徑（mm）]，即可得出螺栓的扭矩系數。

（2）高強度螺栓的扭矩系數復檢。高強度螺栓連接副應按出廠批號復驗扭矩系數，每批號抽驗不少于8套，其平均值和標準偏差應符合要求。不同批號高強度螺栓、螺母、墊圈分類造冊，同批號螺栓連接副進行扭矩系數復檢，施工時保持同一扭矩。

（3）高強度螺栓緊扣扭矩試驗。本橋高栓終擰檢查采用緊扣法檢查，用檢查扭矩扳手擰緊螺母，測得螺栓和螺母剛發生微小相對轉角時的扭矩，緊扣比應在0.9～1.1的緊扣檢查扭矩范圍內。從每供貨批高栓中分別抽取數個生產批，每批各抽取8套螺栓進行緊扣檢查扭矩試驗及緊扣扭矩實物對比試驗，求出各供貨批高栓的緊扣比（緊扣扭矩與終擰扭矩的比值）平均值從而制定緊扣檢查扭矩。

（4）溫度與濕度對扭矩系數的影響試驗。當工地的環境溫度和相對濕度發生大的變化時，及時抽取一定生產批的高栓進行扭矩系數復驗，根據復驗結果調整終擰扭矩。

（5）栓接板面滑動摩擦系數試驗。鋼梁出廠時，制造廠應每2000t鋼梁提供一組抗滑移系數試驗資料及工地復驗摩擦面抗滑試件，出廠時的抗滑系數值應不小于0.55，工地復驗不小于0.45。

5 高強度螺栓的安裝與施擰

5.1 施擰工具準備

5.1.1 施擰工具選擇

本橋高強度螺栓施擰采用扭矩法施工。M22、M24、M30高強度螺栓初擰及終擰分別采用200～1500（N·m）、200～1500（N·m）、400～2500（N·m）電動扳手。

5.1.2 施擰工具的校驗與保管

（1）電動扳手均需編號，建立履歷表，詳細登記。每把扳手建立一本標定記錄簿，詳細記錄標定情況，扳手由試驗室統一保管和發放。電扳控制儀要與電扳固定配套編號，不得混雜，使用時不得隨意調換控制儀或調節控制儀旋扭。

（2）電動扳手的正常使用期限規定為連續使用4小時，超過4小時后應重新標定，若其它原因影響不能連續施擰，則每臺扳手施擰400～600套螺栓后必須重新標定。

（3）每天班前班后必須采用不少于5套高拴對使用的扳手進行標定，以確定當天施擰扭矩平均值，并與扭矩規定值進行對比。上班前控制誤差不能超過3%，下班后誤差應在5%以內，標定時做好詳細記錄。

（4）本項目采用扭矩系數儀對電動扳手進行標定，標定須使用與當天所施擰螺栓為同一規格、批號的高強度螺栓，因此，每天的電動扳手標定，也是對當天使用螺栓進行扭矩系數的復驗。

（5）電扳使用過程中若發現異?，F象，或因保管不善被碰撞應停止使用，立即檢查校正，并做好詳細記錄。

5.2 高栓施擰扭矩值計算

（1）高強度螺栓初擰值取終擰值的50%。

（2）終擰采用扭矩法，用電動扳手將初擰后的螺栓擰緊到終擰值。考慮到螺栓預拉力損失及施工誤差，實際使用扭矩按設計預拉力提高10%確定。扭矩值按下式計算：T=K·P·D [T—扭矩值（N·m）；K—扭矩系數（按試驗的數理統計值）；P—螺栓的施工預拉力（KN）（設計預拉力的1.1倍）；D—螺栓的公稱直徑（mm）]

上式扭矩系數值，隨各種自然及人為因素的變化，跟蹤取得試驗資料作相應修改，做好各類螺栓在不同溫度、濕度情況下的扭矩系數試驗，施工過程中按工藝要求做好施工記錄。

5.3 高栓連接副的安裝

（1）桿件組拼前應清除栓合面油水污垢及毛刺，栓孔內的污銹應同時清理干凈。螺栓絲扣損壞、彎曲、銹蝕、污染塵土者不能使用。

（2）對高強度螺栓要加強管理，同一批號的高強度螺栓、螺母、墊圈使用于一個部位，不得混用。

（3）螺栓穿放時應自由通過栓孔，不得用錘敲打，以免損壞絲扣，如發現不能順利穿入應報告，不得擅自處理，更不得強行用錘敲打穿入。高強螺栓長度、直徑應按螺栓標注圖辦理。不得以短代長或以長代短，嚴格按照螺栓標注圖中的板束厚度與螺栓長度對照進行穿放。

（4）墊圈穿放時將有倒角的一面分別貼向螺桿根部及螺母支承面，螺母有數字標志或開設有倒角的一面應朝外，不得裝反。

（5）弦桿對接完成并上足50%的沖釘后吊機方能松鉤，松鉤后立即安裝50%的螺栓，并按規定將安裝好的50%的螺栓初擰，然后再將50%的沖釘分批更換為螺栓并初擰，一次更換的沖釘數量不應超過沖釘總數的20%。螺栓施擰前須用套筒扳手進行一般擰緊，防止電動扳手施擰時墊圈轉動影響扭矩系數。

5.4 高拴施擰

5.4.1 施擰條件要求

電扳所用電源電壓要求穩定。施擰時應鋪設專用高拴施擰電源線路，使其與大型機具電源分開，避免起動時電壓波動影響電扳輸出扭矩，導致螺栓預緊力誤差增大。電扳使用配置穩壓器，使電壓控制在200-220V之間。穩壓器輸出電源線長度一般不超過15m，防止太長的線路引起電扳電壓的降低。

雨天或螺栓表面霧氣未干不得進行施擰。夏季高溫時應避開中午高溫時段施擰?，F場空氣濕度大于85%時，不得進行高拴施工。

5.4.2 施擰方法

對不同扭矩系數的高栓使用不同扭矩值的扳手進行施擰。同一批號的高強度螺栓、螺母、墊圈使用于一個部位，不要混用。施擰須從螺栓群中心向外擴展逐一擰緊，否則影響螺栓群的合格率。螺栓施擰過程中應用扳手卡死螺栓頭部，防止螺桿隨扳手一齊轉動。初終擰完畢即用不同顏色記號筆在螺栓端頭逐個作出標志，防止重擰和漏擰。具體方法如下：

（1）初擰。弦桿對接完成并上足50%的沖釘后吊機方能松鉤，松鉤后立即安裝50%的螺栓，并按規定將安裝好的50%的螺栓初擰，然后再將50%的沖釘分批更換為螺栓并初擰。節點螺栓全部更換完成并初擰后再一起進行終擰，嚴禁一次將螺栓終擰到位。螺栓施擰時按照從栓群中心向四周、由夾緊端向自由端的方向進行，以利板束壓平及減少螺栓之間的相互影響，嚴禁隨意進行施擰。高強度螺栓初擰的目的是為了既可把板縫夾緊，又在終擰時無需松扣，同時使電動扳手不帶過大負荷啟動。初擰值取終擰值的50%，每個螺栓初擰后須及時在螺桿頭部做點標記，之后對已初擰完螺栓做點并劃線標記（做點或劃線均用白色油漆，劃線方法為沿螺桿、螺母棱角、墊圈劃一直線，便于終擰后檢查螺母，墊圈轉動情況）。

（2）終擰。終擰采用扭矩法，使用設定好扭矩值的終擰電動扳手完成。按照從栓群中心向四周、由夾緊端向自由端的方向，將初擰后的螺栓擰至終擰值。終擰并檢查合格的螺栓群，在螺桿頭部劃線做出標記（紅色油漆），以便檢查有無漏擰情況。

6 施擰質量檢查

6.1 螺栓的檢查數目及時間

主桁節點栓群螺栓的抽查數量為其總數的5%，但不少于5套；橋面板縱橫肋的抽查數量為其總數的5%，但不少于2套。每個栓群不合格數量不超過抽查總數的20%，如超過此值，則繼續抽查至累計總數的80%合格為止，然后對欠擰者補擰，超擰者更換螺栓重新擰緊，欠擰螺栓在補擰后應用紅色油漆再在該螺栓絲扣端頭部劃線標識。

檢查需在該節點螺栓全部終擰完4h以后、24h之內完成。

6.2 檢查方法及控制標準

（1）本橋高拴終擰檢查采用緊扣法，檢查工具為便攜式自控數顯手動扭矩檢查扳手。檢查扳手使用前必須標定，其扭矩誤差不得大于使用扭矩值的±3%。

（2）初擰檢查：采用0.3kg小錘敲擊螺母一側，手按住相對的另一側，如顫動較大者為不合格，應再補擰，合格后劃線。

（3）終擰檢查：首先檢查初擰劃線，再看終擰后螺母的轉動角度，即可判斷是否漏擰，同時也可發現墊圈、螺桿是否轉動。然后用標定好的檢查扳手擰緊螺母，讀取螺母剛發生微小轉動時的扭矩值。欠擰或超擰值均不大于檢查扭矩值的10%判為合格，緊扣檢查扭矩值由試驗確定。