杨忠兴

(葛洲坝集团第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 概 述

深圳港西部港区疏港道路工程的月亮湾立交N匝道桥第 4联主梁(钢箱梁)由底板、板腹、顶板组成单箱 6室截面,箱梁高 1.8 m,箱宽 7.5 m,外挑 1.5 m,此联在工厂加工后分 7段,同时纵向分成两半,共计 14片梁。片梁运到现场后,通过高强螺栓将各段栓连接成整体。高强螺栓的安装位置分布在开口箱梁分段位的底板、腹板和上翼板,分为 M 27、M24两种螺栓,共计 32 064套。高强螺栓为摩擦型大六角头螺栓,出厂时摩擦系数不小于 0.55。高强螺栓的紧固力、预拉力分别是 :M 27为 290 k N,M24为 240 k N。

2 高强螺栓检测及施工工具校验

高强螺栓及其施工工具在施工前必需进行检测与校验,检测、校验合格后方可施工。

(1)高强螺栓检测。

①高强螺栓连接副扭矩系数复检。施工前,高强螺栓连接需按出厂批号复检副扭矩系数。将不同批次的高强螺栓的出厂时间、批号、规格按规范要求抽样送检(每批号送检 8颗螺栓),并做好送检螺栓的登记,不同批号的螺栓严禁混放。未经检验和检验不合格的螺栓严禁混放。

②高强螺栓连接抗滑系数检验。在抗滑系数检验前,需对连接摩擦面的表面和节点连接板进行喷砂处理,喷砂等级需达到设计要求,同时清除摩擦面的飞边、毛刺、焊接飞溅物、氧化铁皮及污垢等,对摩擦面进行喷铝处理。抗滑系数检验用的节点板试件由制造厂加工,试件与所代表的构件应为同一材质、同一摩擦面处理工艺、同批制作,使用同一性能等级、同一直径的高强螺栓连接副,并在相同条件下同时发送。节点板抽样送检每批三组,每 2 000 t为一制造批,不足者视为一批。需满足摩擦系数要求后方可使用。

③高强螺栓楔负载试验及螺母、垫圈维氏硬度试验。按施工规范要求对高强螺栓的楔负载及螺母、垫圈维氏硬度进行检测。

(2)扭力扳手校验。

扭力扳手作为初拧和终拧扭矩的检测工具,使用前送市级计量检定站检测合格后方能使用。

3 钢箱梁构件的安装施工

钢箱梁构件紧固螺栓前,应复测钢箱梁的纵距、中线、标高,以保证几何尺寸符合设计及规范要求,钢构件的连接接头必须经检查合格后方可拧螺栓。

钢箱梁构件安装施工包括两个阶段:第一阶段钢箱梁构件初始就位时用临时冲钉固定,第二阶段钢箱梁构件校正后用高强螺栓栓接。

(1)冲钉的安装。冲钉对准连接板孔位,用榔头将冲钉穿过母板与对面连接板进行定位,冲钉的布置为连接板外侧和中部,成正反等腰三角形布置,冲钉数量约为螺栓数量的 10%。

(2)普通螺栓的临时栓接。冲钉定位后,用普通螺栓进行栓接,使连接板与母板紧贴,普通螺栓与冲钉位也成辐射型正反等腰三角形布置,普通螺栓数量约为螺栓数量的 20%。

(3)高强螺栓栓接。

①将高强螺栓穿入未装冲钉的孔中,安装时由中间向四周扩散,安装时注意垫圈有圆倒角的一面朝螺栓头方向,螺母带圆台一侧朝垫圈方向安装。穿入方向以施工便利为准,但力求一致。

②螺栓初拧后退出冲钉,补齐高强螺栓。当未安装冲钉和普通螺栓的栓接孔安装完高强螺栓后,用手动扳手将高强螺栓带紧,然后由连接节点的中部向四周逐步用高强螺栓替换冲钉和普通螺栓,并依次用手动扳手将高强螺栓带紧,进入下道初拧工序。

③钢箱梁构件校正后用高强螺栓栓接,先用普通扳手拧紧,然后用气动扳手紧固,气动扳手气压控制在 6～8 k g f/c m2。用气动扳手紧固时,先将整个节点连接板上的高强螺栓全部紧固一遍,气动次数约 6～8 s,达到初拧值,再进行终拧。终拧时气动次数约为 14～16 s,再用扭矩测力扳手进行检测。终拧值不足,再气动点动使紧固力达到规范要求;若终拧值过大,用气动扳手反转点动,将螺母稍微松动,使紧固力达到施工规范要求,终拧完毕。

4 高强螺栓施拧

高强螺栓分初拧、复拧和终拧。初拧、复拧和终拧在同一个工作日完成。第一次初拧达到终拧的 50%,第二次终拧达到计算值的 100%,控制误差在 ±5%以内。

4.1 高强螺栓的初拧和终拧扭矩计算。

(1)终拧值计算。

①设计施工预拉力:M 27为 290 k N;M24为240 k N;

②高强螺栓连接幅的扭矩系数平均值:M 27为0.123,M24为0.125;

③终拧扭矩计算(施工预拉力按设计施工预拉力 1.1计)。

(2)初拧扭矩计算。

根据施工规范要求,施工初拧扭矩一般为终拧扭矩值的 50%,其初拧扭矩值如下:

4.2 高强螺栓施拧

(1)初 拧。当钢箱梁调整到位后,将螺栓穿入孔中(注意不要使杂物进入连接面)。为确保对初拧值的控制,先对气动扳手气压进行调整,使得在初拧过程中当扭矩达到初拧设计值时气压不再上升,然后再用气动扳手进行试拧紧螺栓,并用标定后的手动扳手去检验其是否达到设计的初拧值,若不满足,应更新调整气后再进行紧固,使连接面接合紧密。为防止漏拧,对初拧的螺栓加以标识。初拧值:M 27高强螺栓为 529.7(N◦m);M24高强螺栓为 392(N◦m)。

(2)复 拧。初拧完后,对节点螺栓全部进行复拧,复拧值同初拧值。在复拧之前,应用标记笔作好标示,然后用检测力矩扳手进行紧固,使其达到初拧值。复拧和初拧一样,应从节点连接处中间成辐射型向四周进行。

(3)终 拧。螺栓终拧气动扳手调试的过程同初拧,其终拧强度由力矩控制设备控制,确保其达到要求的最小力矩。当预先设置的力达到后,其力矩控制开关即自动关闭,剪力扳手的力矩设置好后只能用于指定的地方。为防止漏拧,对终拧的螺栓用与初拧时颜色不同的油漆加以标识。终拧值:M 27高强螺栓为 1 059.4(N◦m);M 24高强螺栓为 796(N◦m)。

(4)高强螺栓的施拧需按一定顺序进行,同一连接面上的螺栓应由接缝中部向两端或由刚度大的部位向刚度小的部位进行加固。工字形构件的紧固顺序:底板→腹板→底板加劲肋板。同一段梁上各梁节点的紧固顺序:先紧梁底板节点,再紧固腹板节点,最后紧固梁底板加劲肋节点图 1。

图 1 螺栓紧固顺序图

5 高强螺栓的检查

高强螺栓紧固后采用松扣、回扣法检查,先在螺栓与螺母上做标记,然后将螺母退回 30°,再用检查扭矩扳手把螺母重新拧至原来位置测定扭矩,该值不小于规定值的 10%时为合格。

专业质检人员按照规范要求对整个高强螺栓安装工作的完成情况进行认真检查。如果检验时发现螺栓紧固强度未达到要求,则需要检查拧固该螺栓所使用的扳手的拧固力矩(力矩的变化幅度在 0.9～1.1 Tch以内视为合格)。

对节点连接栓群以高强螺栓连接副总数的10%进行终拧扭矩抽检,每个栓群或节点检查的螺栓其不合格数不得超过抽验总数的 20%,如超过此值,则应继续抽验,直至达到累计总数 80%的合格率为止,然后对欠拧者补拧,超过者更换后重新补拧。

高强螺栓的复测应在终拧后 1～24 h之间完成,以免扭矩系数发生变化而影响检查的准确性,否则需有节点封闭措施。节点封闭可采用厚漆或防锈漆。

6 高强螺栓连接施工的注意事项

(1)高强螺栓应按包装箱上注明的批号、规格分类保管,在室内存放,且堆放不宜过高。安装前严禁随意开包,使用时应防止生锈和污染脏物。高强螺栓在安装使用前严禁任意开箱。

(2)领取高强螺栓时,要按使用部位领取相应规格、数量、批号的连接副。当天用多少领多少,严禁在现场随意堆放。当天安装剩余的连接副应将同一规格、批号配套后放入相应的包装箱内,妥善保管。高强螺栓在使用时应轻装、轻卸,防止损坏螺纹。

(3)高强螺栓连接的板叠接触面应平整。当接触有间隙时,对于小于 1 m m的间隙可不处理;1～3 m m的间隙应将高出的一侧磨成 1∶10的斜面,打磨方向与受力方向垂直;对于大于 3 m m的间隙应加垫板,垫板两面需做喷砂处理,以满足摩擦系数要求。

(4)安装高强螺栓时,构件要干燥,连接副不得在雨中安装,并要注意气候变化对高强螺栓的影响。对于摩擦面表面的浮锈,吊装前应用钢丝刷手工除锈,再用漆刷将锈尘扫净。

(5)高强螺栓应顺畅穿入孔内,当高强螺栓不能自由穿入孔时不得强迫敲入,应用冲杆或铰刀修正扩孔后再装入,修扩后的螺栓孔最大直径应小于 1.2倍螺栓公称直径,高强螺栓穿入方向按照工程施工图纸的规定执行。

(6)装配和紧固接头时,应从安装好的一端或刚性端向自由端进行;高强螺栓的初拧和终拧均要按照紧固顺序进行,从螺栓群中央开始,依次由中间向两边对称进行。当天安装的高强螺栓应当天完成初柠、终拧。

7 结 语

由于在整个钢箱梁的高强螺栓连接施工中加强了控制,施工质量较好,缩短了施工工期,取得了较好的经济效益和社会效益,同时也为类似工程提供了可借鉴的经验。