高强度螺栓断裂分析（精选七篇）
高强度螺栓断裂分析 篇1
(1) 高强度螺栓采用高强度材料制造。高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作, 常用 45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等。
(2) 高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。高强螺栓除了其材料强度很高之外, 还给螺栓施加很大预拉力, 使连接构件间产生挤压力, 从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力, 而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。
(3) 建筑结构的主构件的螺栓连接, 一般均采用高强螺栓连接。高强螺栓不可重复使用, 一般用于永久连接。
(4) 高强度螺栓连接中, 摩擦系数的大小对承载力的影响很大。试验表明, 摩擦系数主要受接触面的形式和构件的材质影响。
1 高强度螺栓的使用
高强度螺栓的紧固常用扭矩法, 利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法。该方法在拧紧时, 只对一个确定的紧固扭矩进行控制, 因此, 该方法操作简便, 是一种常规的拧紧方法。但是, 由于紧固扭矩的90%左右作用于螺纹摩擦和支承面摩擦的消耗, 真正作用在轴向预紧力方面仅10%左右, 初始预紧力的离散度是随着拧紧过程中摩擦等因素的控制程度而变化的, 因而该拧紧方法的离散度较大。
T=K*P*d, 式中:
T:施工扭矩 (N·m) ;
K:高强度螺栓连接副的扭矩系数平均值;
P:高强度螺栓施工预拉力 (KN) ;
d:高强度螺栓螺杆直径 (mm) 。
螺栓的扭矩系数K宏观上直接反映螺栓拧紧过程中的扭矩与轴力之间的系数, 它不仅取决于摩擦面的摩擦系数, 还取决于螺纹连接副的几何状况。对特定的理想的螺纹连接副而言, 当摩擦系数确定后, 扭矩系数也就确定了, 但实际的螺纹连接不可避免地存在制造误差, 有时甚至存在螺纹有碰伤、锈蚀等缺陷, 此时, 即使一批螺栓连接副的摩擦系数保持恒定, 其扭矩系数也将不可避免地存在一定的散差, 而并非与摩擦相对应的某一常数。在极端情况下, 当发生干涉时, 尽管拧紧扭矩足够大, 螺栓轴力可能很小。
由此可见, 在施工过程中保持摩擦系数和扭矩系数的稳定性, 准确控制螺栓的紧固程度是保证高强螺栓安装质量的关键。螺栓连接副应按保证扭矩系数供货, 每个连接副的螺栓、螺母、垫圈应属同批制造, 每批提供扭矩系数的测试报告, 根据扭矩系数确定施工扭矩。
2 高强度螺栓的存放
钢结构螺栓虽然是高强度螺栓, 但是也有质保期。在GB/T1231-91中提到连接副扭矩系数保证期为自出厂之日起六个月。
目前, 市场竞争越来越剧烈, 降低成本是每个单位都在考虑和采取不同方案与手段, 来适应市场竞争的需要。如盲目批量订货来降低成本.有些单位还没有接到工程先批量订购所谓的常用规格。而钢构螺栓的规格应用是按设计所示的要求。要是没有用到, 只有存放仓库, 什么时候能用呢?可能是下个工程, 或是再下个工程, 或是隔一年。这样GB1228的扭矩系数能否合格呢?肯定的讲, 扭矩系统不稳定。
其实, 螺栓的采购数量, 按工程图纸设计所示采购, 对承包商是有利而无害。一是减少资金积压;二是避免了应对货物存放而带来的管理工作;三是降低了承担检测费的风险。
3 高强度螺栓的安装
装卸也是影响螺栓扭矩系数的因素之一。虽说钢构螺栓是高强度螺栓, 硬度高;但是在装卸上马虎不得;若是螺纹严重伤损, 螺母锁不紧, 比不用扭力扳手还糟糕。螺纹损伤, 锁紧螺母扭力增大, 而扭力扳手的扭力值是根据检测部门检测结果所提供数据调设;当扭力达到时, 扭力扳手开始空转, 可螺母没锁紧, 为此, 装卸螺栓时务必要做到轻装、轻卸。
施工时应分别进行螺栓初拧和终拧。由于时效作用, 螺栓会松弛, 使预拉力降低。为了补偿这种损失, 可把初拧扭矩定为的终拧扭矩的60%。同一连接面上的螺栓, 应由接缝中部向两端顺序加固。当天安装的高强螺栓应当天初拧完毕并用油漆在螺尾做出初拧标志。初拧过的螺栓, 应在同一天及时完成终拧, 亦应用不同颜色的油漆在梅花形卡头上做出终拧标志, 以防漏拧。班前校正是为了保证施拧的扭距可靠;班后校正是确认该班使用此扳手在操作过程中扭矩未发生变化。如果班后校正时发现扭矩误差超过允许范围, 则该班用此扳手施拧的螺栓全部判为不合格, 应重新校正扳手并重新施拧。
4 高强度螺栓在工地的管理
并不是说钢结构螺栓, 在有关单位检测合格, 就什么事都没有了。螺栓在工地不能露天过夜, 地面要做好防潮措施;安装时按当天螺栓需要使用的数量领取;当天安装剩余的必须妥善保管, 不得乱扔、乱放;在安装过程中, 不得碰伤螺丝及沾染脏物, 以防扭矩系数发生变化。
5 结语
矿用高强度圆环链断裂质量分析 篇2
矿用高强度圆环链用钢及质量实验
早期国外低级别的矿用高强度圆环链用钢多为碳锰钢, 其含碳量低、合金元素含量少、淬透性较低, 链条直径一般小于φ19 mm。20世纪70年代发展了锰镍铬钼系列的高级链条钢, 典型的钢种有23MnNiCrMo52、23MnNiCrMo64等, 这些钢具有较好的淬透性、可焊性和强韧性, 适合用于较大规格的C级链生产。20世纪80年代后期又发展了23MnNiMoCr54钢, 其是在23MnNiCrMo64钢的基础上将硅锰的含量降低而将铬钼的含量提高, 它的韧性比23MnNiCrMo64钢好。在2008年8月中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局与中国国家标准化管理委员会发布的国家标准GB/T 10560-2008《矿用高强度圆环链用钢》中, 将20MnV、25MnV、25MnSi MoVA、20NiCrMoA和23MnNiMoCrA钢等列为矿用高强度圆环链用钢, 而在我国用得较多的国产钢是25 MnV。
本文针对使用较多的材质为25 MnV的矿用高强度圆环链进行质量实验, 研究其质量、性能。质量实验项目及其所用主要仪器如表1所示。
实验结果与分析讨论
对具有代表性的型号为22×86-C、材质为25 MnV矿用高强度圆环链进行质量实验, 共进行4项实验, 分别为:静拉伸实验、弯曲挠度值实验、化学成分分析实验、金相分析实验。根据实验结果, 分析并讨论了矿用高强度圆环链断裂的原因。
1. 静拉伸实验
依据国家标准GB/T 12718-2009《矿用高强度圆环链》中第5.6.2条款:规格型号为22×86-C的矿用高强度圆环链试验负荷≥490 k N、破断负荷≥610 k N。依据标准进行实验, 截取5节完整矿用高强度圆环链进行静拉伸实验, 试样在406 k N时发生断裂, 断裂发生在焊口处 (见图1) 。显然此矿用高强度圆环链不符合标准要求, 焊口处的断裂直接影响了矿用高强度圆环链的整体质量, 往往焊接是链条的薄弱环节, 焊接工艺也是生产中的关键质量控制点。
2. 弯曲挠度值实验
依据国家标准GB/T 12718-2009《矿用高强度圆环链》中第5.6.4条款:规格型号为22×86-C的圆环链弯曲变形最小挠度值达到18 mm时, 试样不应有断裂、目视裂纹或其他缺陷。依据标准进行实验, 圆环链弯曲变形挠度值为12 mm时, 圆环链在焊口处出现裂缝 (见图2) 。
3. 化学成分分析实验
对此矿用高强度圆环链进行化学成分分析实验, 在标准GB/T 10560-2008《矿用高强度圆环链用钢》和GB/T 12718-2009《矿用高强度圆环链》中规定了化学成分含量的标准要求, 其化学成分的标准要求与实验数值如表2所示。
从表2中可以看出, 化学成分P的含量高于标准值。一般来说, 磷是有害的杂质元素, 它是由矿石和生铁等炼钢原料带入的。磷具有很强的固溶强化作用, 它使钢的强度、硬度显著提高, 但剧烈地降低钢的韧性, 尤其是低温韧性, 称为冷脆。实验结果中化学成分V的含量低于标准值, 钒的加入可以提高钢的硬度、抗拉强度和屈服强度, 起到强化作用, 并能细化晶粒, 所以钒的含量太低, 不利于提高机械性能。
4. 金相分析实验
矿用高强度圆环链心部金相组织为:珠光体+大量块状铁素体及网状铁素体+部分索氏体 (见图3) 。
矿用高强度圆环链焊口金相组织实际检测组织为:珠光体+大量块状铁素体+魏氏体组织 (见图4) , 焊口金相组织不均匀。
通过金相分析, 可以看出该矿用高强度圆环链的金相组织中存在大量块状铁素体及网状铁素体, 这些缺陷组织的存在使得圆环链的强度及疲劳寿命下降, 脆性增大, 机械性能降低, 导致该圆环链在连续运转的工况下发生断裂。合理应用并精确控制的热处理工艺是减少缺陷组织的关键。
提高矿用高强度圆环链质量和性能的探讨
从以上的实验结果与分析讨论可以看出矿用高强度圆环链的质量问题所在, 而如何解决这些问题, 如何提高矿用高强度圆环链的质量和性能呢?我们先来了解圆环链的生产工艺流程:下料→冷弯编结→合口→焊接→一次校正→热处理→二次校正 (预拉) →检查。在生产工艺流程中, 焊接和热处理是生产矿用高强度圆环链的关键工序, 直接影响产品质量。科学的焊接工艺, 可以提高成品率、降低生产成本;合适的热处理工艺, 可以充分发挥材料性能, 提高产品质量。
综上所述, 为提高矿用高强度圆环链的质量和性能, 防止非预期生产事故的发生, 在矿用高强度圆环链的生产中应关键控制好原料钢材的选用、焊接工艺的控制、热处理工艺的控制。
1.原料钢材的选用控制
这就需要从生产矿用高强度圆环链的源头进行严格把关, 选择符合标准要求的钢材, 严格控制钢材中碳元素的含量、合金元素的含量及非金属夹杂元素的含量。
2.焊接工艺的控制
为保证矿用高强度圆环链焊接质量, 手工电弧焊和电阻对焊已经淘汰, 闪光对焊由于自动化程度高、劳动强度低、产品质量稳定等突出优点, 被普遍采用。为防止焊口处发生断裂, 应当改进焊接工艺, 在闪光对焊时加入乙炔气体保护, 同时力求消除或减小焊接缺陷, 对焊接不同截面的圆环链要用合理的焊接功率, 选择合理的焊接参数。
3.采取有效合理的热处理
高强度螺栓的装配浅析 篇3
1 组件装配表面的状况要求
组件装配表面连接板和连接母体一般都经过喷砂或抛丸处理, 在运输过程中和施工前要保证结合面的粗糙度和清洁度。表面粗糙度达不到设计要求时要在现场重新进行喷砂或抛丸处理然后再进行施工。表面必须干燥清洁, 必要时要用焊炬将其烘干。如果脏物是油脂, 则事先必须脱脂清洗, 若有锈蚀, 用硬质毛刷﹑喷砂清理装配表面。
2 高强度螺栓的要求
高强度高强度螺栓需有出厂合格证或质量保证书;供货时具有指定拧紧扭矩螺栓的螺纹上都涂有润滑油;螺栓、螺母和垫圈只能以包装箱供货;包装必须有良好的防护以保证螺栓免受灰尘、潮湿和撞击的危害, 并且包装材料不得吸附涂在零件上的润滑油;运输与存取中应轻拿轻放, 防止损坏螺纹, 贮存时必须覆盖保护;螺栓不得有灰尘, 潮湿和撞伤痕迹。螺栓螺纹上必须涂有润滑油, 螺栓不得有任何锈蚀的痕迹且必须是新的, 否则螺栓即予以报废。
3 用于紧固高强度螺栓的力矩扳手的校定
用于紧固高强度螺栓的力矩扳手必须具备两个重要性能:可重复性和精度要求。
力矩扳手的可重复性, 力矩扳手的等级分为5级。1级的示值重复性和示值误差都在1%以内。相应的5级的示值重复性和示值误差都在5%以内。对应于显示力矩刻度的可重复性是指两个相差最大的力矩记录之差 (十次扭转操作以后) 。
力矩扳手的精度, 对应于显示力矩刻度的精度等级是按记录数值的算术平均值来确定。新购买的扳手, 在使用前必须进行标定;已标定过的扳手, 每隔12个月重新标定, 以便保证扳手在使用中精度要求。
4 高强度螺栓的安装、紧固顺序及力矩
4.1 零件的组对
零件组对需借助销钉来进行, 在此过程中须小心螺栓孔被销钉扭曲变形。待装螺栓的两螺孔必须同心, 以便于所有螺栓可以轻松自由的装入, 以免损坏螺纹。另外销钉应插在最后上紧的螺栓孔中。将螺栓装入其它的所有未装销钉的孔内, 然后预紧。用螺栓替换销钉并预紧, 最后拧紧所有螺栓到最终扭矩。
4.2 高强度螺栓安装
在螺母下放置一个垫圈;在螺栓头下面放置一个垫圈, 螺栓本身连有垫圈时除外;垫圈有倒角面放置于螺母侧或是螺钉头侧;螺母的级别标记要朝外放置;螺栓的装入必须很顺利, 且不得损坏螺纹, 在装螺栓时不得使用锤子;尽可能使螺栓从上向下装入;安装时应保持装配表面的干燥清洁, 不得在雨中进行。
4.3 高强度螺栓紧固
依顺序拧紧螺栓的目的是尽可能地均匀分配螺栓上的所有预应力。因此, 在拧紧过程中, 拧紧的次序不应引起滑扣或粘结卡死的现象。螺栓的拧紧按下面的顺序进行:
绕两轴线对称装配表面——按照两个坐标轴划分装配表面——紧固螺栓, 顺着平行于其中一条轴线的螺栓排列, 从内排开始紧固, 每一排中从靠近另一轴线的螺栓开始依次紧固。如表1所示:
具有两行螺栓的不对称或对称装配表面, 应从最中间开始拧紧, 按顺时针或逆时针方向依次进行如表2:
高强度螺栓拧紧时, 只准在螺母上施加扭矩。只有在空间受限制时, 才允许拧螺栓。高强度螺栓的拧紧应分为初拧和终拧。初拧扭矩为施工扭矩的50%左右。为防止遗漏, 对初拧的高强度螺栓, 应使用颜色在螺母上涂上标记。对终拧后的高强度螺栓, 再用另一种颜色在螺母上涂上标记。
高强度螺栓的初拧、终拧应在同一天完成。如果最终紧固未能在预紧24小时内完成, 则必须要在拐角处和接合面周围涂抹互为兼容的保护材料, 在空隙和沟槽容易积水的地方加密封剂, 防止潮湿水气的侵入。
4.4 高强度螺栓力矩检查
对高强度螺栓, 不允许螺栓松开后再拧紧, 因此, 扭矩检查应以对螺母超紧固的方式进行。在紧固过程中, 若发现已损坏的高强度螺栓则需用同型号、同等级、同强度的高强度螺栓更换。
按最终安装条件, 且与紧固扭矩相同方向上对螺栓施加一个平均检测扭矩。这一检查必须在螺栓拧紧后立即进行 (24小时以内) :
平均检测扭矩值Cc= (0.9~1.1) Cs
式中:Cc-平均检测扭矩值;Cs-紧固扭矩值
高强度螺栓验收标准:对于10.9级高强度螺栓不能有大于12%转的正向转动。如果高强度螺栓在检测中发现不符合要求, 则必须更换。
4.5 高强度螺栓力矩检查
在高强度螺栓拧紧检查验收合格后, 对连接处的主体结构缝隙和连接板缝及时使用硅酮胶密封, 防止水气进入连接副结合面和钢结构内部产生腐蚀。
经检查合格后的高强度螺栓连接处之母体、连接板、高强度螺栓要及时涂防锈漆以免出现腐蚀。
5 施工报告
施工报告是高强度螺栓连接安装的检验与竣工依据, 在施工过程中需要详细做好各参数的记录, 以便最终技术文件的归档和责任的落实。严格的施工报告应当包括以下几项内容:
a、高强度螺栓连接板结合面的抗滑移系数;b、不同批号的高强度螺栓的扭矩系数, 包括出厂检验质量报告参数等;c、进行过复验的高强度螺栓扭矩系数;d、不同部位不同批号的高强度螺栓的实际施工初拧、终拧和检查扭矩;e、日期, 时间, 天气, 施工技术负责人和检查人姓名等。
6 结束语
高强度螺栓连接副和连接板是钢结构的重要组成部分。在施工中特别容易出现不按照规范施工的现象使产品的安装质量达不到规定的要求。所以, 对高强度螺栓的安装要特别慎重, 避免因施工的失误而导致重大的经济损失。
摘要：高强度螺栓在起重设备安装中经常出现连接板和母体间滑移或螺栓拉断等问题, 本文结合生产实际提出施工方法和解决办法供施工者参考和借鉴。
关键词：高强度螺栓,连接,施工
参考文献
[1]JGJ82.钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程[S].
[2]GB50205.钢结构工程施工质量验收规范[S].
高强度螺栓的安装与质量控制 篇4
中油二建承建的广西石化含硫原油加工配套工程硫磺回收装置硫磺库棚工程采用单层门式钢架结构,建筑面积约7788m2,钢结构质量合计约510t,构件主要采用焊接H型钢通过大六角头高强度螺栓连接组成。由于工期紧,任务重,因此硫磺库棚90%以上的钢结构在预制厂完成预制组装,而后经分体运输将构件运至安装现场后进行预拼装。
2 高强度螺栓进场验收及保管
本装置采用的大六角头高强度螺栓连接副按包装箱配套供货,包装箱上标明了批号、规格及生产日期。入库时,对以下内容进行了检查:
1)材质证明书,连接副扭矩系数检测报告;
2)高强度螺栓外观无裂纹、伤痕、毛刺、弯曲、铁锈、螺纹磨损或其他缺陷;
3)室内存放时,螺栓、螺母、垫圈外表面应涂油保护,有防止生锈、潮湿及沾染脏物等措施。
硫磺库棚工程所用的高强度螺栓,在使用前,按规定对每个批号的螺栓重新检验了扭矩系数,如表1所示,所检试样扭矩系数的平均值符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)标准要求。
3 制孔及摩擦面处理
3.1 制孔
所有螺栓孔采用机械钻孔,螺栓孔径垂直度偏差不超过0.03t(t为板厚)且不大于2.0mm,孔径允许偏差为0～0.52mm,圆度偏差应不大于1.5mm。
为避免在安装过程中出现孔错位现象,人字梁及柱头连接板采用钻孔成型、组对配钻工艺。由于安装高强度螺栓时禁止强行穿入,当不能自由穿入时该孔用绞刀进行修整。修整后孔的最大直径不应大于1.2倍螺栓直径,且修孔数量不应超过该节点螺栓数量的20%。修孔前应将四周螺栓全部拧紧,使板迭密贴后再进行绞孔,严禁气割扩孔。
3.2 摩擦面的处理及抗滑移系数试验
高强度螺栓连接处的钢板表面处理方法及除锈等级应符合设计要求,连接处钢板表面应平整、无焊接飞溅、无毛刺、无油污。硫磺库棚工程摩擦面采取喷砂处理,还进行了防腐处理,刷涂无机富锌底漆一道。根据设计要求,经过处理的摩擦面,其抗滑移系数要达到μ≥0.35,如表2所示。
为此,高强度螺栓摩擦副在使用前进行了涂层摩擦面的抗滑移系数试验。抗滑移系数试验用的试件采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件,如图1所示形式(试件钢板厚度分别为25mm、20mm)。试件与所代表的钢结构构件应为同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态,并应用同批同一性能等级的高强度螺栓连接副,并在相同条件下存放。
抗滑移系数应在拉力试验机上进行并测出其滑移荷载,抗滑移系数μ应按下式计算
式中,N为滑移荷载;nf为传力摩擦面数目,nf=2;Pt为高强度螺栓预拉力实测值(误差小于或等于2%),试验时控制在0.95～1.05P范围内;∑Pt为与试件滑动荷载一侧对应的高强度螺栓预拉力之和。
摩擦面抗滑移系数试验结果见表3。
通过抗滑移系数试验结果看出,涂装后的摩擦面抗滑移系数满足设计要求,还可以美化结构外表,起到保护作用。
4 高强度螺栓安装
根据大六角头高强度螺栓紧固顺序规定,一般应从接头刚度大的地方向不受拘束的自由端顺序进行;或者从栓群向四周扩散方向进行。
高强度螺栓紧固分为初拧、终拧两次进行。第一次为初拧,初拧扭矩为螺栓终拧扭矩的50%左右,高强度螺栓的初拧、终拧应在同一天完成。大六角头高强度螺栓施拧的扭矩扳手在每班作业前后,均应进行校正,其扭矩误差分别为使用扭矩的±5%。
终拧扭矩按下列公式计算:
式中,Tc为终拧扭矩,N·m;K为扭矩系数;Pc为施工预拉力标准值,kN;d为高强度螺栓公称直径,mm。
6 影响因素及控制措施
6.1 摩擦面粗糙度影响
摩擦面的粗糙度直接影响其抗滑移系数。由于摩擦面间产生的摩擦力是静摩擦力,如果粗糙度低,它所能产生的最大静摩擦力就小;如果粗糙度高,摩擦面间的实际接触面积就小,接触面间的空隙就大,这样水分和其他腐蚀性物质就容易侵入,对节点产生破坏作用。
实践表明,摩擦面的粗糙度在50～75μm最为理想,因此清除浮锈时要严格掌握赤锈程度,不能过度擦刷摩擦面影响其粗糙度,并且应加强对喷砂防腐过的摩擦面保护,在运输、安装过程中避免与其他钢构件撞击、刮擦。
6.2 摩擦面的间隙影响
高强度螺栓连接的预紧力影响区域主要为螺孔周围。如果在此区域接触面间隙过大,相当一部分甚至全部预紧力将被用来消除构件的间隙,这就意味着螺孔周围的实际预紧力低于标准值,节点所能提供的最大静摩擦力也就相应地减小了。
当接触有间隙时,根据规范要求及时进行处理。小于1.0mm的间隙可不处理;1.0～3.0mm的间隙,应将高出的部分磨成1:10的斜面,打磨方向应与受力方向垂直;大于3.0mm的间隙应加垫板,垫板两面处理方法与构件相同。
6.3 拓孔影响
现场施工发现,施工过程中累积的误差比较大,拓孔现象较为普遍,拓孔的程度也较大。螺栓孔的加大并不会对螺栓的抗剪强度及孔壁承压强度有任何不利的影响,但由于接触面积的减小螺栓孔周边的材料会比较容易在压应力作用下进入到屈服状态,这会使拧紧后的螺栓发生较为明显的松弛现象,螺栓将因此不能获得规定的预拉力,这对摩擦型连接的抗剪强度有着较大的影响。因此,加大对组对配钻工艺的检查力度,尽可能保证在预拼装时可以自由穿入。此外,在修孔时将周围螺栓全部拧紧,使板迭密贴,防止切屑落入板迭间。铰孔后要用砂轮机清除孔边毛刺,并清除铁屑。
6.4 施拧方法的影响
在拧紧螺栓过程中,要避免冲击拧紧与间断拧紧的施工方法。因为当冲击拧紧螺栓时,由于惯性关系,定扭扳手实际产生的扭矩要减少;另一方面,在螺栓拧紧过程中,钢板表面要产生塑性变形,此过程需要一定的时间,若拧紧螺栓速度太快,塑性变形来不及充分发展,螺栓虽瞬时达到预定的预拉力,但随着塑性变形的增加,预拉力就会迅速减少,因而实际扭矩就降低了。而若间断扭紧螺栓,在临近终拧扭矩时,螺栓由静止到转动,除需施加停止转动前的扭矩值外,还需一附加扭矩来克服静摩擦,此时如仍采用原来规定的施工扭矩,将不能到达到设计的预拉力。
另外,在现场安装过程中,也出现了未按照要求顺序施拧,如从两端向中间紧固,致使拼接板中间鼓起而不能密贴,从而失去了部分摩擦传力作用。所以,在实际操作中,要求严格按照一定顺序施拧,由螺栓群中央按顺序向外拧紧。
6.5 其他影响因素
用高强度螺栓兼作临时螺栓,由于通常无法在当天完成螺栓的初紧,有时拖延很多天,造成螺栓连接副表面状态干燥甚至生锈,使螺栓的扭矩系数变大,从而降低了高强度螺栓的预拉力。
有些施工人员为了贪图施工方便,不经过初拧这道紧固程序,一次完成终拧。从表面上看,一次完成终拧也可达到相同的扭矩值,但是,由于缺少了初拧这道工序,钢板间的密贴程度降低,磨擦系数相应减小,大大地影响了节点的承载能力。
7 结语
广西石化含硫原油加工配套工程硫磺回收装置(二)硫磺库棚工程共安装大六角高强度螺栓3281副,通过严格控制高强度螺栓安装的工艺流程,成立QC小组对质量影响因素进行分析论证,使一次安装合格率达到了98%,很好地保证了硫磺库棚门式钢架的安装。
参考文献
[1]GB 50205—2001钢结构工程施工质量验收规范[S].
[2]JGJ82—2011钢结构高强度螺栓连接技术规程[S]..
[3]GB/T 1228—2006钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫片与技术条件[S].
[4]张文,何建业.钢结构中高强度螺栓连接的施工与质量控制[J].施工技术,2006,35(7):183-184.
[5]郭涛.大六角头摩擦型高强度螺栓施工质量控制[J].中小企业管理与科技,2009(28):134-134.
高强度螺栓断裂分析 篇5
一、高强度螺栓的存放
高强度螺栓每一连接副包括一个螺栓、一个螺母、两个垫圈。高强度螺栓连接副应有制造质量保证书, 并有扭矩系数的保证值, 扭矩系数保证值期限为半年。
高强度螺栓存放时应防雨、防潮不能与其它零件堆放, 其连接部位的构件结合面不得有铁锈、氧化皮、油污、油漆等附着物, 不得有水迹、潮湿。安装连接前结合面防锈油应擦拭干净。清除结合面时, 应采用喷丸, 砂轮打磨、火焰除油污、钢丝刷清理浮锈等方法。采用砂轮打磨时, 需注意打磨范围不得小于螺栓直径的4倍, 打磨方向应与构件受力方向垂直。打磨后的表面应无明显不平, 不允许有残留氧化皮。钢丝刷除锈的方法只允许在不重要的连接处使用, 但采用喷丸或者砂轮打磨后表面再次出现较严重的浮锈时, 也可以用钢丝刷除锈。
二、高强螺栓的拼装
高强螺栓连接处的钢板、型钢应平直, 连接前应清除板边、孔口毛刺, 以保证连接结合面的紧密贴合。连接施工时, 结构件结合面应保持干燥, 不得在雨水中作业。
连接施工时, 螺母应能自由旋入螺栓, 遇有螺栓、螺母不配套或螺纹损伤等现象应废弃不用。施工时, 遇有高强度螺栓不能自由旋入螺栓孔时, 不得强行打入, 而应扩孔修整, 修整后孔的最大直径应不大于1.2倍螺栓直径。
高强度螺栓连接部位开始拼装时, 用两端带锥度的圆冲销对准螺栓孔插入孔内, 然后先使用普通螺栓、螺母进行临时性拼装紧固, 临时使用的普通螺栓、螺母数量不少于该连接部位高强度螺栓、螺母数量的1/3, 且不少于2个。高强度螺栓不得作临时拼装螺栓使用。高强度螺栓连接副组装时, 螺母带圆台的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧, 螺栓头下有倒角的一侧应朝向螺栓头。
三、高强度螺栓的施工扭矩
高强度螺栓在拧紧时扭距过小, 发挥不了螺栓的“高强度”作用, 过大, 又可能失效损坏, 因此需要规定一个合理数据, 规定的扭矩反映在螺栓上的预紧力约为螺栓按抗拉强度δb计算的拉力载荷的50%~70%。
高强度螺栓的施工扭矩应按照设计规定, 设计文件未作规定时, 施工扭矩按下式计算:
M=K×P×d
M:施工扭矩 (N.m) 见表1
P:高强度螺栓施工预紧力 (kN)
d:高强度螺栓公称直径 (mm)
K:扭矩系数, 由螺栓制造厂提供, 未提供时按0.13。
大六角头高强度螺栓施工预紧力 (kN)
扭矩系数K=0.13时, 高强度螺栓施工扭矩见表2
大六角头高强度螺栓施工扭矩 (N·m)
四、高强度螺栓的紧固
高强度螺栓紧固时, 只准在螺母上施加扭矩。高强度螺栓的紧固分为初拧、复拧和终拧:初拧扭矩为施工扭矩的50%左右;复拧扭矩等于初拧扭矩。初拧和复拧后的螺栓应用颜色在螺母上涂上标记, 然后按规定的施工扭矩进行终拧, 终拧后的高强度螺栓应使用另外一种颜色在螺母上涂标记。初拧、复拧、终拧应在同一天完成。高强度螺栓的拧紧顺序一般应由螺栓组中央顺序向外拧紧。
五、高强度螺栓连接副施工质量的检查
高强度螺栓连接副施工质量的检查, 用0.3~0.5kg的小锤敲击法, 对逐个螺栓进行扭矩检查, 防止漏拧。
对每个螺栓组抽取10% (不少于1个) 进行扭矩检查。检查时, 先在终拧过的螺栓端面和螺母上划一直线, 然后将螺母拧松约60度, 再用扭矩扳手重新拧紧, 使两线重合, 此时测得的扭矩应在 (0.9~1.1) 倍规定的施工扭矩范围内。
六、结论
高强度螺栓通常用在重要构件的重要连接部位, 使用人员在安装过程中必须做到特殊的注意, 以免影响高强度螺栓的连接效果, 造成不必要的经济损失。
参考文献
[1]GB/T1228-91.钢结构用高强度大六角头螺栓
[2]GB/T1229-91.钢结构用高强度大六角头螺母
高强度螺栓断裂分析 篇6
1.1 施拧扳手领用和标定管理
对施拧扳手使用上，要指定专人进行施拧扳手发放，作业班组也应指定专人负责领取，同一个施拧班组尽量发放初拧扳手或终拧扳手，检查过程中发现个别工人在同时领用两把扳手情况下只打终拧而未进行初拧，造成一部分高强度螺栓漏拧;同时在扳手使用和返还过程中要建立明细登记台帐。施工过程中对于不按规定返还施拧扳手的作业班组要采取一定处罚措施，确保施拧设备按工艺要求进行标定和使用。
1.2 高强度螺栓标记
高强度螺栓标记一般分为初拧标记、终拧标记、终拧检查标记，施拧过程尤其要对初拧和终拧螺栓进行逐个施拧逐个标记，严禁整体初拧，整体再标记，此种情况很容易导致因标记不清而出现漏拧的情况，同时要督促技术人员要做好现场检查和抽查。
1.3 高强度螺栓安装原则及施拧顺序
高强度螺栓连接副组装时，螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧。对于大六角头高强度螺栓连接副组装时，螺栓头下垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头，安装前应对施拧人员进行详细交底。
1.4 检查要求
初拧完毕的高强度螺栓要逐个用敲击法检查。初拧检查合格后，用油漆笔在螺栓、螺母、垫圈及构件上作划线标记，以便于终拧后检查有无漏拧以及垫圈或螺栓是否随螺母转动。对于不能用电动扳手施拧部位要做好标记和登记，以便用定扭矩带响扳手进行施拧，防止漏拧情况发生。终拧检查，先按前述检查划线错开情况的办法，确定终拧时有无漏拧以及垫圈或螺栓是否转动，之后用表盘扳手进行紧扣检查(螺栓转动者，应卡死螺栓头)。紧扣检查扭矩超拧值或欠拧值均不得大于规定值的10%。“规定值”通过试验确定。
1.5 施拧时间控制
由于本桥使用的是“磷化”螺栓，温度、湿度变化对扭矩系数影响很大，且不同表面处理的高强度螺栓受温度、湿度影响的差异也很大，扭矩系数的变化是影响终拧预拉力的主要原因。因此施工中应依据实际工况对施拧时间做严格要求。主要做法有：
一是依据施工实际情况在高强度螺栓储存区及施拧作业区配备温度、湿度仪，便于管理人员和作业人员及时了解气候特点，以便施拧掌握当天施拧环境，同时通过实验及时调整紧扣比，避免预应力损失，造成高强度螺栓欠拧或超拧。
二是要合理进行施工组织安排，特别是夏季和冬季，要根据气候特点，合理安排作息时间，同时配专职人员指导施工。比如依据高强度螺栓施拧在夏季，要尽可能避免避开高温时间段进行高强度螺栓施拧。
三是当天领用安装高强度螺栓要保证初拧、终拧当天完成，检查时间应严格控制在终拧完4小时之后，24小时之内。
1.6 施拧人员管理
由于钢梁高强度螺栓对施拧质量要求比较严，工艺要求高，施拧人员综合素质直接影响到施拧质量的好坏，需要通过实施有效管理、培训和监督检查来规范作业行为，提高施拧人员质量意识。
2 高强度螺栓、摩擦面检验及施拧扳手标定
2.1 扳手标定
每班要按工艺要求进行标定试验，施拧扳手标定次数为每班上班前和下班后各一次。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;若下班后标定误差大于±5%，应立即检查并有校正记录，同时对该扳手当班施拧的全部螺栓进行紧扣检查。使用完的带响扳手，标定后应放松弹簧。同时使用扭、轴仪用当天上桥螺栓标定施拧扳手，可同时测出当天上桥高强度螺栓的扭矩系数。
2.2 高强度螺栓及摩擦面检验
高强度螺栓的规格尺寸、技术条件，除应符合国标GB/T1228～1231-2006的规定外，还应满足供货协议书关于扭矩系数平均值为0.120～0.140的要求。验收时应要求制造厂以批为单位供货，并提供产品质量检验报告书及出厂合格证，施工前要对产品进行抽查验收，并作好检验记录，不合格者不得使用。
总之，做好高强度螺栓施拧质量控制一是需要在施工中不断提高全员质量意识、加强质量管理、落实质量保证措施，二是要积极开展日常监督检查、平行检查验收，通过实施一定的奖惩制度和措施，提高施拧人员质量意识，只有这样才能使高强度螺栓连接工程的施工质量处于严格的控制之下。本文对高强度螺栓施拧过程中存在的质量控制管理提出了一些观点，希望对高强度螺栓施拧质量的控制提供一些借鉴。
摘要：高强度螺栓连接是继铆接、焊接之后发展起来的一种现代钢结构的典型连接方式, 现已广泛地被用于大跨度结构、厂房结构、桥梁、高层建筑框架等相关钢结构的连接, 但由于高强螺栓施工与环境、温度、扳手、人员等都有影响, 因此结合本桥怎样加强高强度螺栓施拧质量控制及管理。
高强度螺栓断裂分析 篇7
关键词：高强度螺栓,扭矩系数,紧固轴力 (预拉力) ,抗滑移系数,影响因素
1 概述
近年来, 钢结构高强度螺栓连接已经发展为与焊接并举的钢结构主要连接形式之一, 它具有结构受力性能简单明确 (耐疲劳、抗震性能好, 连接刚度高) 、施工 (制作、运输、安装、维修) 方便、施工周期短等优点, 被广泛应用在建筑钢结构和设备基础、构架、管廊等钢结构的工程连接中。
钢结构高强度螺栓连接按其受力状况, 可分为摩擦型、摩擦-承压型、承压型和张拉型连接等几种类型。其中的摩擦型连接是目前广泛被采用的基本连接形式, 其主要连接件———钢结构高强度螺栓, 从外形上可分为大六角头螺栓和扭剪型螺栓两种;按性能等级可分为8.8级、10.9级等。目前我国使用的大六角头螺栓有8.8级和10.9级两种。
钢结构高强度螺栓连接一般用于直接承受动力荷载的重要结构, 主要特点是通过接触摩擦面来传递剪力, 其连接强度、防松性能直接关系工程质量。
2 影响钢结构高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的因素
高强度大六角头螺栓连接副的扭矩系数和扭剪型高强度螺栓连接副的紧固轴力 (预拉力) 是影响高强度螺栓连接质量最主要的因素, 也是施工的重要依据。抗滑移系数是高强度螺栓连接的主要设计参数之一, 直接影响构件的承载力。构件摩擦面无论是由制造厂处理还是由现场处理, 均应对抗滑移系数进行测试, 测得的抗滑移系数最小值应符合设计要求。扭矩系数、紧固轴力 (预拉力) 、抗滑移系数是高强度螺栓施工中应重点控制的指标。需对其影响因素加以分析、预控。
2.1 高强度螺栓连接副的影响
(1) 扭矩系数 (或紧固轴力) 的因素:扭矩系数 (或紧固轴力) 是钢结构高强度螺栓连接副检测的主要参数之一, 它的数值大小也一直影响着钢结构高强度螺栓抗滑移系数实测值, 是影响抗滑移系数的主要因素, 只有在扭矩系数合格的基础上, 才能做抗滑移系数。在检测抗滑移系数之前, 大六角头钢结构高强度螺栓连接件组装时需要测定施加于螺母上的施拧扭矩值T, K值反映螺栓连接副的扭矩与轴力的关系。如果螺栓强度一定, 扭矩一定, 则扭矩系数K与紧固轴力 (预拉力) P成反比, 即扭矩系数越小, 则产生的紧固轴力越大;如果扭矩系数越大, 则产生的紧固轴力越小。当扭矩系数小到一定的程度, 在一定的扭矩作用下预紧力超过了螺栓的强度极限, 高强度螺栓就会产生断头的现象;反之, 扭矩系数过大, 则产生的紧固轴力就会过小, 螺栓连接副就达不到锁紧的功能, 连接副就会产生松动。扭矩系数属于摩擦系数的范畴, 是指在扭转状况下的摩擦系数。通过螺纹间以及支撑面与加紧面的摩擦力的大小来决定扭矩系数的大小。摩擦分有效摩擦和无效摩擦两种。螺栓与螺母之间的摩擦是有效摩擦, 通过施加扭矩, 有效摩擦会使螺栓螺母逐渐锁紧, 对安装起积极的作用, 而垫圈与夹紧面的摩擦是无效摩擦, 因此在安装时应尽量减少和避免。
(2) 螺栓预拉力的因素:从扭矩系数的计算公式K=T/P·d中可以看出螺栓预拉力P在公式中直接影响到扭矩系数, P (k N) 应控制在规定的范围内。
(3) 螺栓存放、运输、装卸的因素。《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ 82-2011第6.1.5条规定:钢结构高强度螺栓连接副的保管时间不应超过6个月, 当保管时间超过6个月后使用时, 必须按要求重新进行扭矩系数或紧固轴力试验。因此除要具备一般的高强度螺栓的机械性能外, 在连接过程中更强调扭矩系数的稳定性, 只有扭矩系数稳定了, 抗滑移系数才能得到保证。钢结构高强度螺栓在生产工艺中进行了表面磷化处理, 主要是为了增加扭矩系数的稳定性。
2.2 钢结构高强度螺栓连接件板材的影响。
(1) 连接件板材材质的因素:钢结构高强度螺栓连接件板材通常采用Q235和Q345两种普通钢材。在做抗滑移系数检验时, 试件钢板的厚度应根据钢结构工程中有代表性的板材厚度来确定, 同时考虑在摩擦面滑移之前, 连接件所用的钢板的净截面始终处于弹性状态, 也就是说在拉伸连接件时所测得的滑移荷载值是在钢板没有变形之前 (屈服之前) 所得的力值, 这样最终利用滑移荷载值计算出来的抗滑移系数才是有效的。
(2) 连接件板材摩擦面处理因素:钢结构高强度螺栓连接件板材中, 其不同的表面处理方式对抗滑移系数的影响是不同的:当设计摩擦面抗滑移系数值大 (如0.45、0.55) 时, 连接件宜采用喷砂、抛丸、喷砂 (丸) 后生赤锈的表面处理方法完成;当抗滑移系数值小 (如0.30、0.35) 时, 宜采用人工除锈、喷砂 (丸) 后涂无机富锌漆、镀锌表面的表面处理方法。
(3) 连接件板材摩擦面的重复使用因素:抗滑移系数试验用的板材试件应是没有经过拉伸用过的材料, 拉伸用过的试件由于板材的内部结构发生了质的变化, 屈服强度也提高了许多, 摩擦面也有了变化, 有的甚至发生了变形, 这样再用的话, 势必影响抗滑移系数的大小。
(4) 连接件板材组装因素。连接件板材上的高强度螺栓孔径应略大于螺栓直径, 不应采用气割扩孔, 应用钻孔成型方法;螺栓孔应能保证高强度螺栓自由穿入, 严禁强行穿入, 否则容易损伤螺丝, 进而影响扭矩系数和施拧扭矩, 造成抗滑移系数不准。
(5) 试验仪器精度的影响。施拧用的扭矩扳手在用前必须进行标定, 其扭矩误差不得超过2%。螺栓预拉力用轴力计, 其误差不得大于测定螺栓预拉力的2%, 轴力计的最小示值应在1k N以下。测抗滑移系数用的拉力试验机误差应在1%以内。
(6) 试验过程的影响。抗滑移系数试验应采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件, 连接件板材在紧固高强度螺栓时应分初拧、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右;终拧扭矩由公式T=K·P·d求得。加载时, 应先加10%的抗滑移设计荷载值, 停1min后, 再平稳加载, 加载速度为3~5k N/s, 直拉至滑动破坏, 测得滑移荷载NV在试验中当发生以下情况之一时, 所对应的荷载可定为试件的滑移荷载:试验机发生回针现象;试件侧面画线发生错动;X-Y记录仪上变形曲线发生突变;试件突然发生“嘣”的响声。最后根据试验所测得的滑移荷载Nv和螺栓预拉力P的实测值, 按公式:μ=Nv/nf·ΣPi计算出抗滑移系数。
3 结束语
现如今, 钢结构高强度螺栓连接工程普遍存在, 其中暴露出的问题也越来越多, 因素也是错综复杂, 除施工过程质量控制不力的原因外, 高强度螺栓质量差, 连接件抗滑移系数不好也时有发生。为保证钢结构高强度螺栓连接工程的质量, 需要我们在平时的工作中不断总结, 找出更多的影响因素, 分析原因, 使钢结构高强度螺栓连接工程处于受控的境地。
参考文献
[1]GB50205-2001.钢结构工程施工质量验收规范[S].