铜陵长江大桥公铁两用桥空间受限时高强螺栓施拧质量控制

[摘 要]介绍京福客运专线铜陵长江大桥钢梁架设过程中部分高强螺栓（以下简称高栓）由于空间受限带来的施拧困难的问题，阐述空间受限情况下如何保证施拧质量。

[关键词]高强螺栓；螺杆施拧；质量控制

中图分类号：TV523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0369-01

1、概述

铜陵桥为公铁两用双塔斜拉桥，钢桁梁斜拉桥跨度布置为：90+240+630+240+90米，主桁为N型桁架，桥面板为正交异性钢桥面板，斜拉桥主梁为板桁结构钢桁梁，主梁为N型桁架。斜边桁部分位置由于空间有限给高栓施拧带来一定难度，其螺母侧没有可供施拧的空间使得无法按正常施拧工艺进行施拧 ，只能于螺杆侧进行施拧，而如何保证施拧质量是这一施拧工艺的技术难点。

2、测量系统

螺栓拧紧力矩与预紧力关系理论表达式：

T=P*d*K？，其中T-拧紧力矩，P-螺栓预紧力，K-螺栓扭矩系数

由上式可知只要测得T和P，就可以计算出扭矩系数K。

3、螺杆侧施拧影响因素分析

根据规范要求，对于高栓的施拧应规范安装与施拧。正常施拧工艺是安装高栓连接副后，施拧应于螺母侧施拧。由于现场施拧条件限制，个别工作板面会出现螺母侧没有空间容纳电动扳手而至使施拧无法进行。为此只能在对侧施拧螺杆，螺母侧以工具卡住螺母，防止螺母与其侧垫圈随转而产生相对于施拧效果的无效摩擦以达到施拧效果。由于施拧工艺的差别，不能套用正常施拧扭矩进行现场施拧。因此对于螺杆进行施拧如何保证施拧轴力和检查是必须解决的问题。

通常情况下，即在施拧螺母过程中，约10%的施拧力矩用于产生螺栓轴向力，约40%的施拧力矩用于克服螺旋副间摩擦力矩，约50%的施拧力矩用于克服螺母与垫圈支承面间的摩擦力矩。由于施拧时螺杆与螺母的相对旋进，故对同批同试验条件下克服螺旋副间的力矩可视为相同。施拧螺杆时螺杆与垫圈摩擦面大于施拧螺母与垫圈摩擦面，按照摩擦力学的粘着理论，摩擦力与实际接触面积成正比，则施拧螺杆时用于克服与垫圈支承面的力矩比例同比大于螺母端施拧，即按正常扭矩施拧由于力矩的分配致使产生轴力的比例小于施拧螺母时的比例 ；另一影响这一施拧工艺的因素是螺杆与螺母的生产和处理工艺的差异。无论是摩擦面大小或是工艺的差异其扭矩系数K是各种因素影响的综合反映，因而对施拧螺杆侧高栓的扭矩系数和紧扣比试验是控制这一施拧工艺的关键。

4、试验设计

现对施拧所需的高栓同批号同规格抽取16套做扭矩系数和紧扣比对比试验，以晋亿M30×140螺栓（批号1A201290561，设计预拉力360kN，7℃，湿度为57%条件下）8套螺母施拧扭矩（T（N.m））和轴力（P（kN））数据分别为：1522、1556、1439、1369、1539、1490、1499、1428；365、369、364、358、367、367、367、362，扭矩和轴力均值为别为1480 N.m和365 kN，扭矩系数K分别为：0.139、0.141、0.132、0.127、0.140、0.135、0.136、1.131，均值为0.135，标准偏差σn-1为0.0049，紧扣比平均值为0.922。8套螺杆施拧扭矩（T（N.m））和轴力（P（kN））数据分别为：1739、1712、1772、1665、1642、1706、1686、1613；362、355、376、359、363、375、367、356，扭矩和轴力均值为别为1692 N.m和364 kN，扭矩系数K分别为：0.160、0.161、0.157、0.155、0.151、0.152、0.153、0.151，均值为0.155，标准偏差σn-1为0.004，紧扣比平均值为0.983。

5、数据分析

通过试验数据比对，在产生同等轴力的前提下，施拧螺杆与施拧螺母主要有以下区别：

（1）扭矩约增大14%。

（2）扭矩系数约增大1.5%。

（3）紧扣比较螺母施拧紧扣比大。

（4）施拧螺杆的扭矩系数的标准差为0.0040

事实上螺栓规格和强度一定，扭矩一定，扭矩系数越小，则产生的预紧力越大；反之则越小。分析以上试验数据可以看出施拧螺杆时其扭矩系数明显大于正常施拧的扭矩系数，因而按正常施拧扭矩控制施拧螺杆的高栓连接副就达不到设计预拉力的后果。

6、施拧应用

6.1根据测得施拧螺杆的扭矩系数和紧扣比计算现场M30×140（1A201290561）施拧扭矩和检查扭矩分别为：

现场施拧扭矩Tc=K×d×Pc=K×d×1.1×P=0.155×30×1.1×360=1841N.m

通过计算值定现场施拧扭矩Tc=1840N.m

检查扭矩Tch=K×Tc=0.983×1840=1809N.m

则终拧扭矩检查合格范围应为0.9Tch～1.1 Tch即1628N.m～1990N.m

6.2 标定电动扳手

根据规范要求：施拧电扳的标定为每班上班前和上班后各抽取5套高栓进行标定。标定误差规定为上班前标定不得大于规定值的± 3%；下班后标定不得大于规定值的± 5%.若上班前标定误差大于±3%，应调整至± 3%以内；若下班标定误差大于± 5%，则对该扳手当班施拧的全部螺栓进行紧扣检查。本桥执行《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10752-2010，根据12.2.4条实行全桥高栓进行100%检查。

通过标定数据分析其班前没有超出规定值的± 3%误差范围，可以发放扳手进行现场施拧；班后误差也在± 5%范围内，扳手较为稳定。

6.3通过对该套电扳施拧的A′0-A′1节点的8套高栓进行检查（螺杆侧检查），8组结果实测检查扭矩值N.m分别为：1844、1802、1851、1799、1812、1776、1825、1774，通过实际检查扭矩数据可以看出其范围满足1628N.m～1990N.m的扭矩检查合格范围，可已达到现场施工预拉力控制要求。

7、结论

7.1扭矩系数是各种因素影响的综合反映，所以控制这一施拧工艺扭矩系数试验是关键。

7.2螺杆的扭矩系数标准差较小是这一施拧工艺得以实施的前提。故须对施拧螺杆的高栓长度与批号进行分类统计，对使用该工艺的规格批次螺栓抽取8套螺栓进行施拧螺杆的扭矩系数和紧扣比试验。

7.3施拧时根据测定的施拧螺杆的扭矩系数选择施拧扭矩，通过紧扣比计算出检查扭矩，紧扣法进行检查， 同时必须保证现场施拧和检查程序与试验程序一致，通过试验与现场应用施拧可以达到施工预拉力的效果和控制这一施拧质量的目的。

7.4施拧螺杆只为控制无法施拧螺母而不得已施拧个别高栓连接副情况，在具备条件施拧螺母的情况下严禁使用。

参考文献

[1]贾贤安.李昊.袁皖安.高强螺栓扭矩系数影响因素的实验研究.2004

作者简介

唐俊茹，出生于1988年12月，2013年毕业与长安大学，专业为道路桥梁与渡河工程，学历本科。