钢结构热浸锌高强螺栓拧紧工艺
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【摘 要】 钢结构采用浸锌高强螺栓，提高防腐效果，但如何进行螺栓施工是个关键问题。通过试验探索，找出合理力矩，保证螺栓预拉力。
【关键词】 钢结构 热浸锌 高强螺栓 拧紧
1 高强螺栓连接工艺概况
钢结构节点采用高强螺栓连接，能避免采用焊接方式连接时因焊接收缩应力造成钢结构的尺寸超标，安装质量好控制，现在的火电厂钢结构安装都采用高强螺栓连接。
在我单位施工的某国外330MW热电工程中，锅炉钢结构采用10.9级热浸锌大六角头高强螺栓。该工程地理环境特殊，受海洋气候影响比较潮湿，对外露钢结构腐蚀性较大，业主要求将原设计的扭剪型高强螺栓改为热浸锌大六角头高强螺栓。高强螺栓进行热浸锌后，减少了在潮湿含盐空气中的锈蚀速度，相应延长螺栓的二次防腐周期。但高强螺栓热浸锌后，因锌膜的影响，会使螺栓直径变大，影响螺纹的配合，扭矩系数增大，相应的螺栓紧固力矩也会变大，对拧紧工艺要求特别严格。
该浸锌螺栓连接方式，国内电厂基本没有采用，只在风力发电塔、输电塔中有广泛的应用，我公司没有施工经验。由于高强螺栓热浸锌后丝扣面发生了变化，国内暂时没有能够检测其扭矩值的单位或机构，现行钢结构施工验收规范中对热浸锌高强螺栓也未有提及。
2 高强螺栓拧紧工艺探索
针对该新课题，项目部成立了QC攻关小组，对此种连接方式进行攻关，寻求最佳的施工工艺。刚好施工现场有拉力试验机，方便进行现场试验。QC小组对拧紧工艺进行多次试验，针对不同板厚、不同螺栓的使用都取得了相关试验数据，以此来指导螺栓的施工，取得了良好的效果。
按规范要求高强螺栓连接的钢结构安装前，要进行高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数检验。我们在做抗滑移系数试验前，使用经检测合格的扭矩测量扳手，按规范要求将螺栓进行初拧、终拧，但试验没有成功，试件的抗滑移系数与规范值偏差较多。经分析检查连接板摩擦面是没有问题的，而问题的关键在于浸锌螺栓紧固后的预拉力实际没有达到设计值，造成连接板本身并没有被完全压紧，板间摩擦力很小，得到的试验结果远小于规范要求。
以上问题的出现，与螺栓生产厂家联系后，厂家给出指导意见，需在螺纹处抹上脂，包括螺母螺纹，减少丝牙间的硬摩擦，再进行拧紧。但这样处理后，按设计扭矩进行紧固后，试验数据仅有点提高，也达不到规范要求。
我们小组将螺帽退出，对丝牙部分进行检查，发现螺纹处的锌膜有部分脱落，说明脱落的锌膜是造成预拉力不够的主要原因。螺帽在拧紧过程中，丝牙间由于力的作用，导致表层的锌膜脱离母材，造成牙间隙减小，反而增大了螺栓的扭矩，表面看来拧紧力矩达到要求了，实际上螺栓的预拉力还差的较多。
我们小组商量先做高强螺栓的扭矩系数试验，找出最合理的扭矩值后，再来做抗滑移系数试验，以此来检验试验数据的正确性和适用性。扭矩系数试验是将螺栓穿入轴力计，在测出螺栓预拉力P的同时，测出施加在螺母上的扭矩值T，按下式计算扭矩系数：
K=（平均值应为0.110-0.150，偏差≤0.010）
T=施拧扭矩N·m d=高强螺栓公称直径 mm
P=螺栓预拉力 M22螺栓预拉力范围：175KN～215KN
先按厂家提供的M22螺栓紧固扭矩750N.m进行，将试验数据计算后，扭矩系数比较大，K=750/161×22=0.212，远大于规范值范围，同样又做了2组试验，扭矩系数为0.261、0.257，都远大于规范值。通过对试验结果分析，扭矩系数偏大，这是热浸锌层引起的，而螺栓的预拉力值是不会因浸锌而变化，故对此种螺栓不能以扭矩系数大小来确认紧固扭矩，只能通过轴力计测得的预拉力值来计算扭矩系数。
试着将扭矩扳手的设定值调大，先加到780N.m，螺栓预拉力值有了提高，但还没有达到规范取值范围，已充分说明螺栓的预拉力就是受锌膜的影响。经过几次试验，到840N.m时数据达到规范允许下限，860N.m时数据达到规范允许上限。综合最后两次的结果，选用850N.m进行，连续试验三套，螺栓预拉力值结果为187、213、196KN，扭矩系数K分别为0.207、0.181、0.197。根据试验结果，再多做5组试验，也才具有实际意义，并再次检验试验的准确性。随机选5套螺栓，用850N.m扭矩试验，测得螺栓预拉力值分别为207、219、184、211、172KN，扭矩系数K分别为0.187、0.176、0.210、0.183、0.225。从中看出有的螺栓预拉力值没有达到下限，有的超过上限，但大部分是符合的，综合对比所有试验数据后分析，并考虑到预拉力偏小很多的那种螺栓，我们小组最终确定M22的螺栓以850N.m扭矩来进行施工，以确保达到规范要求的预拉力值。以同样试验方式，确定M24螺栓以1000N.m扭矩进行施工。QC小组以此扭矩再次做连接摩擦面抗滑移系数试验，试验结果非常满意，完全符合设计要求，这进一步验证了试验的正确性。
试验数据得出后，怎么对现场进行指导施工呢？施工中都采用电动扳手来提高施工功效，不可能用扭矩扳手一个个拧紧螺栓，所以使用的电动扳手要有档位可调的。在调好档位后用扭矩测量扳手反复校正电动扳手的扭矩力与试验数据是否一致，扭矩值过高，会使螺栓过拧，造成螺栓超负载运行，随着时间推移，会使螺栓产生裂纹等隐患。扭矩值过低，会使螺栓达不到紧固力，从而造成节点连接面摩擦系数降低，承载能力下降。为了保证螺栓紧固力满足设计要求，每天上班使用电动扳手前，QC小组成员亲自用扭矩测量扳手检查，若有偏差及时校正电动扳手的扭矩力，然后才用于现场施工。
3 结语
通过QC攻关项目的运用，我们成功解决了热浸锌高强螺栓不能达到紧固要求的问题。让我感觉到通过QC攻关方法是解决实际问题最快捷、简便的方法，将QC攻关的经验，更好地应用到施工中去解决更多实际问题。
此高强螺栓的拧紧工艺，在后续类似工程中必将有更多有研究价值的问题出现，为同类钢结构施工积累施工经验。
参考文献：
[1]GB.50017-2003.钢结构设计规范.
[2]GB.50205-2001.钢结构工程施工质量验收规范.
[3]GB/T 1228-2006.钢结构用高强度大六角头螺栓.