多層舊廠房生產狀態下高強度螺栓更換方法研究

崔曉林

摘? 要：高強螺栓作為鋼結構中節點部位的重要組成部件，對整體結構的整體性和工作性能有著至關重要的影響。為避免安全生產事故的發生，在不影響正常生產的情況下，更換框架節點處高強度螺栓，對于保障設備正常運轉，提高經濟環保效益具有重要意義。

關鍵詞：高強螺栓;承載力;耐久性;工業廠房

中圖分類號：TU758.11 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）31-0112-02

Abstract： High-strength bolts， as an important component of the joints in the steel structure， have a crucial impact on the integrity and performance of the overall structure. In order to avoid the occurrence of safety production accidents， replacing high-strength bolts at the frame joints without affecting normal production is of great significance for ensuring the normal operation of the equipment and improving economic benefits.

Keywords： high strength bolt; bearing capacity; durability; industrial plant

引言

與混凝土結構相比，鋼結構因其具有自重輕、強度高、抗震性能優良、綠色節能環保、建筑空間利用率高、造型獨特，以及構件便于加工且施工速度快等優點，在工程建設中被大量使用。

然而，各類工業鋼結構廠房在正常生產過程中，由于長期經受沖洗水、降塵水等工業用水的侵蝕，往往容易造成鋼結構框架節點處高強度螺栓出現銹蝕現象。為避免安全生產事故的發生，在不影響正常生產的情況下，更換框架節點處高強度螺栓，成為近年來各廠礦企業及施工單位研究和攻克的重點及難題。

1 高強螺栓耐久性影響因素及受力分析

1.1 耐久性影響因素

長期以來，廣大學者大都致力于鋼結構設計理論和設計方法探索，而輕視了鋼結構長期服役過程中耐久性損傷引起的性能退化問題。近年來，隨著鋼結構大量修建和使用，其耐久性問題逐漸被人們認識。高強螺栓作為鋼結構中節點部位的重要組成部件，對整體結構的整體性和工作性能有著至關重要的影響。

高強螺栓通常會發生均勻銹蝕和局部銹蝕。其中，均勻腐蝕是指構件表面相對均勻的腐蝕現象，這種銹蝕一般會引起全截面銹蝕和銹層與母體分離的情況，均勻銹蝕不會產生明顯的銹坑;局部腐蝕則是指發生在母體局部區域內的銹蝕現象，這種局部銹蝕現象通常會比均勻銹蝕大幾個數量級，從而使母體產生較為明顯的銹坑。此外，由于局部銹蝕集中于微小區域內，難以被及時發覺，也更容易引起結構的災難性破壞。因此，在結構耐久性檢查過程中，除了需要對整體銹蝕病害檢查處理外，還需重點檢查局部銹蝕問題。

對于局部銹蝕問題，需要重點檢查以下幾種問題：（1）點蝕現象：發生在具有鈍性的或者有保護膜的金屬上，易形成孔眼且生長快速;（2）應力腐蝕現象：多發生在腐蝕環境中的受拉構件上，是危害最大的耐久性病害之一，但該腐蝕需要具備一定的腐蝕環境和拉力作用條件;（3）晶間腐蝕現象：是一種微觀腐蝕破壞，由于金屬晶粒間結合力衰減消退而引起的破壞現象;（4）疲勞腐蝕現象：往復荷載和腐蝕環境共同作用下的腐蝕破壞;（5）縫隙腐蝕現象：結構中接縫部位不同材料由于腐蝕物質滯留造成的局部腐蝕，高強螺栓就容易出現此類耐久性損傷問題。只有系統掌握以上高強螺栓常見的病害現象，才有可能做到細致入微徹底清除引起耐久性損傷的各種因素。

1.2 高強螺栓受力分析

高強螺栓是通過對構件施加預緊力使接觸面產生的摩擦力來承受外部荷載的，圖1所示為高強螺栓施工受力圖。

預緊力的大小直接決定著構件連接狀態，過大的預緊力容易引起螺栓斷裂或螺紋損壞，甚至是壓裂被緊固的桿件。而過小的預緊力又容易造成桿件橫向晃動及螺母松動，導致所連接桿件滑移破壞。因此，節點板及板間摩擦系數對預緊力的施加十分重要。

圖2 高強螺栓扭矩示意圖

螺栓附件的摩阻力矩T1及螺母和連接件力矩T2之和等于螺栓總扭矩T。

2 高強度螺栓更換方法及應用

2.1 工藝原理

螺栓更換的方式主要為有梁柱框架的牛腿支撐進行卸載的更換方式、主次梁結構的吊掛式桿件組合支撐進行卸載的更換方式及絲桿下部增加鋼梁支撐進行卸載的更換方式三種。梁柱牛腿支撐進行卸載的更換方式是在螺栓更換梁柱節點位置以下，鋼框柱適當位置上臨時設置鋼牛腿，利用千斤頂將上部鋼梁上的荷載傳遞到節點以下鋼柱上，以實現卸荷并更換螺栓的方法;當螺栓更換節點為無鋼柱的主次梁節點時，采用吊掛式桿件組合支撐進行卸載或絲桿下部增加鋼梁支撐進行卸載的更換方式。吊掛式桿件組合支撐進行卸載的更換方式，主要是采用吊掛式桿件組合將更換節點處鋼梁荷載，通過桿件產生向上的拉力，將荷載傳遞到上層鋼梁或其它構件的方法;絲桿下部增加鋼梁支撐進行卸載的更換方式是通過增設臨時鋼梁，將更換節點處荷載通過絲杠傳遞到臨時增設的鋼梁上，再由臨時鋼梁將荷載力分散傳遞到永久鋼柱、梁的卸荷方式。

因結構鋼梁間大多有設備，且結構層較高時，鋼柱無法支頂。采用鋼牛腿傳力法，把剪力傳至鋼柱上確保結構安全。鋼板焊接牛腿與鋼柱固定，千斤頂置于牛腿上進行支頂卸載更換螺栓。

對整體鋼結構廠房采用整體建模，采用計算軟件整體分析，加上鋼結構上原有設備的重量算出梁柱節點處的受力，再通過最大承載力公式計算出最大承載力，數據可根據建筑施工計算手冊得到。牛腿的承載力必須大于節點處的受力，再根據受力情況選取相應的千斤頂，安全系數取1.2。

2.2 工程應用

某選煤廠塊煤系統鋼構件高強螺栓、爬梯、平臺等附件更換工程，選煤廠主廠房建于2005年，主廠房為門式鋼架結構，共分A、B、C、D四個系統，有設備正常運轉生產。本工程共更換高強螺栓四萬余套。通過荷載狀態下高強螺栓的更換，保證了工廠設備的正常生產，具有良好的經濟環保效益。為類似工程施工積累經驗。

3 結束語

高強螺栓作為鋼結構中節點部位的重要組成部件，對整體結構的整體性和工作性能有著至關重要的影響。為避免安全生產事故的發生，在不影響正常生產的情況下，更換框架節點處高強度螺栓，對于保障設備正常運轉，提高經濟環保效益具有重要意義。

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