正文 第五章 鋼結構工程(上)(3 / 3)

2.螺母

鋼結構常用的螺母,其公稱高度h大於或等於0.8D(D為與其相匹配的螺栓直徑),螺母強度設計應選用與之相匹配螺栓中最高性能等級的螺栓強度,當螺母擰緊到螺栓保證荷載時,必須不發生螺紋脫扣。

螺母的螺紋應和螺栓相一致,一般應為粗牙螺紋(除非特殊注明用絲牙螺紋),螺母的機械性能主要是螺母的保證應力和硬度,其值應符合規定。

3.墊圈

常用鋼結構螺栓連接的墊圈,按形狀及其使用功能可以分成以下幾類:

(1)圓平墊圈。一般放置於緊固螺栓頭及螺母的支承麵下麵,用以增加螺栓頭及螺母的支承麵,同時放上可避免連接件表麵損傷。

(2)方形墊圈。一般置於地腳螺栓頭及螺母支承麵下,有以增加支承麵及遮蓋較大螺栓孔眼。

(3)斜墊圈。主要用於工字鋼、槽鋼翼緣傾斜麵的墊平,使螺母支承麵垂直於螺杆,避免緊固時造成螺母支承麵和被連接的傾斜麵局部接觸。

(4)彈簧墊圈。防止螺栓擰緊後在動載作用下的振動和鬆動,依靠墊圈的彈性功能及斜口摩擦麵防止螺栓的鬆動,一般用於有動荷載(振動)或經常拆卸的結構連接處。

(二)普通螺栓施工

1.一般要求

普通螺栓作為永久性連接螺栓時,應符合下列要求:

(1)對一般的螺栓連接,螺栓頭和螺母下麵應放置平墊圈,以增大承壓麵積。

(2)螺栓頭下麵放置的墊圈一般不應多於2個,螺母頭下的墊圈一般不應多於1個。

(3)對於設計有要求防鬆動的螺栓、錨固螺栓應采用有防鬆裝置的螺母或彈簧墊圈,或用人工方法采取防鬆措施。

(4)對於承受動荷載或重要部位的螺栓連接,應按設計要求放置彈簧墊圈,彈簧墊圈必須設置在螺母一側。

(5)對於工字鋼、槽鋼類型應盡量使用斜墊圈,使螺母和螺栓頭部的支承麵垂直於螺杆。

2.螺栓直徑和長度的選擇

(1)螺栓直徑的確定原則上應由設計人員按等強度原則通過計算確定,但對某一個工程來講,螺栓直徑規格應盡可能少,有的還需要適當歸類,便於施工和管理;一般情況螺栓直徑應與被連接件的厚度相匹配。

(2)螺栓長度通常是指螺栓螺頭內側麵到螺杆端頭的長度,一般都是以5mm進製。從螺栓的標準規格上可以看出,螺紋的長度基本不變。顯而易見,影響螺栓長度的凶素主要有:被連接件厚度、螺母高度、墊圈的數量及厚度等。

3.螺栓連接形式

鋼板、槽鋼、工字鋼、角鋼等常用螺栓連接形式。

4.螺栓布置

螺栓連接接頭中螺栓的排列布置主要有並列和交錯排列兩種形式,螺栓間的間距確定既要考慮連接效果(連接強度和變形),又要考慮螺栓的施工。

5.螺栓緊固

普通螺栓連接對螺栓的緊固力沒有要求,因此普通螺栓的緊固施工是以操作工的手感及連接接頭的外形控製為準,即以一個操作工使用普通扳手靠自己的力量擰緊螺母,保證被連接接觸麵能密貼,無明顯間隙。這種緊固施工方式雖然有很大的隨意性,但能滿足連接要求。為使連接接頭中螺栓受力均勻,螺栓的緊固次序應從中間開始,對稱向兩頭進行。對大型接頭應采用複擰,即兩次緊固方法,保證接頭內各個螺栓能均勻受力。

一、高強度螺栓連接

高強度螺栓連接已成為與焊接並舉的鋼結構主要連接形式之一,按其受力狀況可分為摩擦型連接、摩擦一承壓型連接、承壓型連接和張拉型連接等幾種類型,其中摩擦型連接是目前建築鋼結構和橋梁鋼結構中廣泛采用的基本連接形式。

(一)高強度螺栓種類

高強度螺栓從外形上可分為大六角頭和扭剪型兩種:按性能等級可分為8.8級、10.9級、12.9級等,目前我國使用的大六角高強度螺栓有8.8級和10.9級兩種,扭剪型高強度螺栓隻有10.9級一種。

1.大六角頭高強度螺栓連接副

大六角頭高強度螺栓連接副含一個螺栓、一個螺母、兩個墊圈(螺頭和螺母兩側各一個墊圈)。螺栓、螺母、墊圈在組成一個連接副時,其性能等級要匹配。

2.扭剪型高強度螺栓連接副

扭剪型高強度螺栓連接副含一個螺栓、一個螺母、一個墊圈。

(二)高強度螺栓連接施工

1.一般規定

(1)施工前對高強螺栓連接副實物和摩擦麵進行檢驗和複驗,合格後方可進行施工。

(2)對每一個連接接頭,應先用臨時螺栓或衝釘定位。為防止損傷螺紋引起扭矩係數的變化,嚴禁將高強度螺栓作為臨時螺栓使用。對一個接頭來說,臨時螺栓和衝釘的數量原則上應根據該接頭可能承擔的荷載計算確定。

(3)高強度螺栓的穿入,應在結構中心位置調整後進行,其穿入方向應以施工方便為準,力求一致;安裝時要注意墊圈的正反麵,即螺母帶圓台麵的一側應朝向墊圈有倒角的一側;對於大六角頭高強度螺栓連接副靠近螺頭一側的墊圈,其有倒角的一側朝向螺栓頭。

(4)高強度螺栓的安裝應能自由穿入孔,嚴禁強行穿入,如不能自由穿入時,該孔應用鉸刀進行修整,修整後孔的最大直徑應小於1.2倍螺栓直徑。修孔時,為了防止鐵屑落入板迭縫中,鉸孔前應將四周螺栓全部擰緊,使板迭密貼後再進行,嚴禁氣割擴孔。

(5)高強度螺栓連接中連接鋼板的孔徑略大於螺栓直徑,並必須采取鑽孔成型方法,鑽孔後的鋼板表麵應平整、孔邊無飛邊和毛刺,連接板表麵應無焊接飛濺物、油汙等。

(6)高強度螺栓連接板螺栓孔的孔距及邊距除應符合要求外,還應考慮專用施工機具的可操作空間,一般規格的螺栓可操作空間。

當表5-1中數值a不滿足要求時,且數值b有足夠大空間時,可考慮采用加長套筒施擰,此時套筒頭部直徑一般為螺母對角線尺寸加10mm。

(7)高強度螺栓在終擰以後,螺栓絲扣外露應為2~3扣,其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或4扣。

2.施工工具的標定

各種扳手在使用前、後,使用過程及保管、維修過程中,極容易產生輸出扭矩值的誤差,使用各類沒有質量控製的扳手,必會造成施擰螺栓預拉力的誤差。因此扳手的標定是施工質量控製的重點,我們要掌握以下幾點:

(1)沒有標定過的扳手,不準投人使用。

(2)施擰及檢查用的扭矩扳手,無論是電動定扭扳手,還是帶響或表盤扭矩扳手,班前必須校正標定,班後還須校驗,以確定此扳手在使用過程中,扭矩未發生變化。

(3)當班後校驗發現誤差超過允許範圍,則用此扳手施擰的螺栓應全部視為不合格。扳手重新校正後,欠擰的應實施重新施擰,超擰的應全部更換,重新按要求施擰。

(4)施工用扳手在使用前標定,誤差應控製在±3%內,使用後校驗,誤差不應超過±5%;檢查用扭矩扳手標定誤差不應超過±3%。

3.接觸麵的加工處理

采用摩擦型高強度螺栓連接的節點對接觸麵的要求如下:

(1)摩擦麵的處理。高強度螺栓連接的形式和尺寸與普通螺栓連接基本上一樣,所不同的是在安裝高強度螺栓時必須將螺帽擰得很緊,使螺栓中的預拉力達到屈服點的80%左右,從而對構件連接處產生很高的預緊力。為了安裝方便,孔徑比螺栓杆大1~2mm。螺栓杆與孔壁之間視為不接觸,這樣在外力作用下,高強度螺栓連接就會全靠構件連接處的接觸麵的摩擦來防止發生滑動並傳遞內力。

摩擦麵處理方法有:噴砂(拋丸)後生赤鏽;噴砂後塗無機富鋅漆;砂輪打磨;鋼絲刷消除浮鏽;酸洗等。其中以噴砂(拋丸)為最佳處理方法。

(2)注意摩擦麵的保護。應防止構件運輸、裝卸、堆放、二次搬運、翻吊時連接板的變形。安裝前應處理好被汙染的連接麵表麵。

(3)接觸麵的間隙與處理。由於摩擦型高強度螺栓連接方法是靠螺栓壓緊構件間連接處,用摩擦來阻止構件之間滑動達到內力傳遞。因此當構件與拚接板麵有間隙時,則固定後有間隙處的摩擦麵間壓力減小,影響承載能力。

4.選用合適的衝釘和臨時螺栓量

控製衝釘和臨時螺栓的最少用量是考慮安裝時它們應能承受構件的自重和連接校正時外力的作用,防止連接後構件位置偏移,以及為了鋼板間的有效夾緊,盡量消除間隙。因此,在安裝時,要控製以下幾點:

(1)每個節點所需用的臨時螺栓和衝釘數量,應按安裝時可能產生的荷載計算確定。

(2)臨時螺栓與衝釘之和不應少於該節點螺栓總數的1/3。

(3)臨時螺栓不應少於2顆。

(4)所用衝釘數不宜多於臨時螺栓的30%。

(5)連接用的高強度螺栓不得兼作臨時螺栓,以免螺紋損傷和連接副表麵狀態改變,引起扭矩係數的變化。

5.安裝替換高強度螺栓注意事項

(1)螺栓穿入方向應便於操作,並力求一致,目的使整體美觀。

(2)螺栓應自由穿入螺栓孔,對不能自由穿入的螺栓孔允許用鉸刀或銼刀進行修整,不得將螺栓強行敲入,並不得氣割擴孔。

(3)螺栓連接副安裝時,螺母凸台一側應與墊圈有倒角的一麵接觸,大六角頭螺栓的第二個墊圈有倒角的一麵應朝向螺栓頭。

(4)安裝高強度螺栓時構件的摩擦麵應保持幹燥,不得在雨中作業。