高强度螺栓紧扣法检查在港珠澳大桥上的应用...

作者:段呈辉(中铁山桥集团有限公司,秦皇岛066205)

0 引言

港珠澳大桥是连接香港、珠海和澳门的跨海大桥,全桥总长55 公里,属箱型梁结构,每段钢箱梁连接,主桥面是焊接连接,桥面下面U 肋部分是螺栓连接。所用高强度螺栓80 多万套,主要由M22*70 和M22*95 两种规格螺栓构成,高强度螺栓检查分为松扣-回扣法检查和紧扣法检查,松扣-回扣法检查是指,用检查扳手使螺栓拧松约30°,再用检查扭矩扳手把螺母重新拧紧到原来的位置,测出此时的扭矩,而紧扣法检查是指,用检查扭矩扳手直接拧紧螺母,螺母出现微小转动时,测得的扭矩,由于该桥属箱型结构,U 肋螺栓连接处于箱型中,空间狭小,使用松扣-回扣法检查不方便操作,因此本桥经和监理沟通,采用紧扣法质量检查。

1 紧扣法和松扣-回扣法

目前我国钢结构用高强度大六角头螺栓施工后,一般情况下采用松扣-回扣法进行扭矩检查,本桥由于受空间限制的影响,故而采用紧扣法检查,TBJ214 中关于松口-回扣法检查的具体操作步骤给的很详细,但对于紧扣法描述相对简单笼统,导致对紧扣法的理解出现偏差,具体操作步骤存在差异,所以,如何规范紧扣法施工质量检查是一个重要研究课题。

2 紧扣检查扭矩确定方案

要使用紧扣法检查需要确定紧扣检查扭矩,引用TBJ214 中的规定“当有足够、准确的实测试验数据时,本规定也允许采用紧扣法进行检查,此时紧扣检查扭矩必须在现场确定,在测定紧扣检查扭矩时应确认此时高强度螺栓的预拉力误差在设计预拉力的+-2%范围内”。可以理解为紧扣检查扭矩需要在现场施工环境下确定,需要在螺栓上加装压力感应器,用来控制设计预拉力误差,再用检查扭矩扳手紧扣检查此时的扭矩,就是紧扣检查扭矩,此方法要求过于高,不易控制预拉力,而且每个批号的螺栓都需要测定,所需实测数据量太大,不易操作,因此可以考虑另一种方案。该方案是:在试验室里测定紧扣检查扭矩,把螺栓安装在扭矩系数试验仪上,用电动扳手把螺栓施拧到预拉力为设计预拉力误差+-2%以内,此时扭矩测量仪上显示的扭矩值,就是该螺栓的检查扭矩,从GB50205-2017中,我们得知高强度螺栓终拧1h 时,螺栓预拉力的损失已大部分完成,因此等待一个小时,螺栓预拉力的损失已大部分完成,此时采用紧扣拧紧,测得衰减后的扭矩,本文用紧扣比A 来表示衰减比值,根据TBJ214 条文规定“考虑到预拉力损失约为10%,所以高强度螺栓连接副的施工预拉力为设计预拉力的1.1 倍”,即螺栓的预拉力已经从施工预拉力衰减到了设计预拉力,也即终拧扭矩衰减后是检查扭矩,故用终拧扭矩乘以紧扣比A 就是紧扣检查扭矩。

3 紧扣比试验

以该桥G1 梁段U 肋连接所用1405-62 M22*70 螺栓为例,详述试验过程。1)抽取8 套螺栓连接副样品进行试验,首先正确安装在扭矩系数试验仪上,然后使用电动扳手进行初拧、终拧,使螺栓预拉力达到设计预拉力误差+-2%以内,记录此时的预拉力P1 和扭矩T1,并且在螺栓和螺母相对位置画一条细直线,如图1 所示。2)静止1 个小时,再用检查扭矩扳手拧紧螺母,使螺母发生微小转动,旋转角度大约2-3°,记录此时的预拉力P2 和扭矩T2,如图2 所示。3)依次做完剩余的螺栓,记录相应的数据,根据国家标准GB/T1231-2006 中的公式计算出扭矩系数和标准偏差,根据TBJ 214-1992 中的公式Tc=K·Pc·d(该桥施工预拉力Pc=220kN)计算出终拧扭矩,紧扣比A 等于紧扣扭矩T2 除以扭矩T1,终拧扭矩Tc 乘以紧扣比A 即是紧扣检查扭矩,见表1。

高强度螺栓紧扣法检查在港珠澳大桥上的应用...

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4 紧扣法检查和松扣-回扣检查对比试验

紧扣法检查:根据表1,Tjch=594Nm,合格范围(535-653)Nm,松扣-回扣法检查:根据公式Tch=K*P*d(设计预拉力P=200kN)计算出Tch=572Nm,合格范围(515-629)Nm,紧扣检查扭矩和松扣-回扣检查扭矩差值Tjch-Tch=20Nm。我们通过螺栓现场检查,分别用两种不同的检查方法对同一位置的螺栓进行检查,然后又分别在不同位置进行检查,测得8 组对比检查值如表2。

通过实测数据分析得知,紧扣法检查扭矩值比松扣-回扣法检查扭矩值大20Nm 左右,紧扣比试验结果与现场实测数据相符,因此,通过紧扣比试验确定紧扣检查扭矩的方案,具有准确性、可行性。

5 紧扣法质量检查

G1 梁段U 肋螺栓连接部分,经过扳手标定、螺栓初拧和终拧后,在4 到24 小时内,由专职质量检查员用紧扣法对螺栓质量进行检查,检查方法是在螺母与螺栓相对位置画一条细直线,用检查扭矩扳手拧紧螺母,使螺母发生微小转动,读出此时扭矩值,记录此时的检查扭矩值,做好终拧检查记录,其合格范围为0.9Tjch-1.1Tjch,该环口总共1200 套螺栓抽查数量为14 个,全部合格如图4,如果有不合格的,不合格数量不得超过抽查总数的20%,如超过此值,则继续抽查至累计总数的80%合格为止,然后对欠拧者补拧,超拧者更换螺栓重新拧紧。

高强度螺栓紧扣法检查在港珠澳大桥上的应用...

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6 结语

目前,高强度螺栓检查有松扣-回扣法和紧扣法检查两种,一般情况下,选择松扣-回扣法检查,如果遇到操作空间窄小,或者高空作业,不易使用松扣-回扣法检查,可以考虑采用紧扣法检查,要使用紧扣法检查,应该测定紧扣检查扭矩,应当编制紧扣法检查工艺,使紧扣法检查规范化。

参考文献

[1]GB/T1231-2006,钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件[S].

[2]TBJ 214-1992,铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定[S].

[3]GB50205-2017,钢结构结构施工质量验收规范[S].

[4]JBJ82-2011,钢结构高强度螺栓连接技术结规范[S].

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