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钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程条文说明


钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程 JGJ82-91 条文说明
中华人民共和国行业标准

钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程 JGJ 82-91 条 文 说 明





根据原国家建工总局(82)建工科字第 14 号文的要求,由湖北省建 筑工程总公司主编,包头钢铁设计研

究院、铁道部科学院、冶金部建筑 研究总院,北京钢铁设计研究总院等单位参加共同编制的《钢结构高强 度螺栓连接的设计、施工及验收规程》 (JGJ82-91) ,经建设部一九九二 年四月十六日以建标[1992]231 号文批准,业已发布。 为便于广大设计、施工、科研、学校等单位的有关人员在使用本规 程时能正确理解和执行条文规定,本规程编制组按章、节、条顺序编制 了本规程的条文说明,供国内使用者参考。在使用中如发现本条文说明 有欠妥之处,请将意见函寄湖北省建筑工程总公司。 本《条文说明》由建设部标准定额研究所组织出版发行,仅供国内 使用,不得外传和翻印。

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第一章 总 则 第 1.0.1 条 本条说明编制规程的宗旨和目的。 第 1.0.2 条 本条明确指出了本规程仅适用于工业与民用房屋 以及一般构筑物的钢结构的连接设计与施工。 第 1.0.3 条 本规程为现行钢结构设计规范在连接方面的延伸与 补充,故本条提出了设计、施工时必须同时遵循的国家钢结构设计与施 工的规范。应用本规程时,应注意用于普通钢结构构件的高强度螺栓连 接与用于冷弯薄壁型钢的高强度螺栓连接在条文内容上的差异。 第 1.0.4 条 连接副为一套高强度螺栓紧固件(包括栓杆、螺母、 垫圈)的总称。本条说明了本规程所适用的扭剪型及大六角型高强度螺 栓应符合的国家标准。 第 1.0.5 条 提出了在图纸中应注明的具体要求。使制作、安装 单位更好地按设计意图施工。 第二章 连 接 设 计 第一节 一 般 规 定 第 2.1.1 条 当前我国结构设计规范中采用了较为合理的、以概率 理论为基础的极限状态设计方法。结构的极限状态可理解为结构发挥其 最大承载力时 (承载极限状态) 或达到使用功能上允许的某极限值时 (使 用极限状态)的状态。 本条阐明了高强度螺栓连接接头(包括摩擦型与承压型)设计极限 状态的定义。对摩擦型只考虑使用极限状态(在荷载设计值下连接件之 间产生相对滑移) ,对承压型因使用经验还很少,故分别考虑承载极限状 态(荷载设计值下达到最大承载力)及使用极限状态(荷载标准值下连 接件之间产生相对滑移) 。 第 2.1.2 条 一般情况下,按实际内力设计连接接头已可满足使 用要求。但某些情况下,如构件拼接接头不能设在内力较小部位时,或因 使用要求连接接头承载力要有一定裕度时,则宜按与构件等强度设计高 强度螺栓接头。 第 2.1.3 条 本规程适用的高强度螺栓承压型连接为正常孔隙型, 其制孔、摩擦面处理及施拧等要求均与高强度螺栓摩擦型连接相同。但 因其为剪压传力,所连接组合的构件在承载时会比高强度螺栓摩擦型连 接组合的构件有较大的变形,同时由于栓孔采用正常孔隙而不是紧密孔 隙(国外有采用,装配时将栓杆打入孔内,其孔隙为 0.3mm) ,故其承压、 抗剪的工作条件较差,类似普通螺栓。由于这些因素加之国内尚无使用 经验,故对高强度螺栓承压型连接的使用范围先限制在只承受静载或间 接动载(并无反向受力)的构件的连接中。 薄壁型钢因壁很薄,承压抗力低,承压时易产生撕裂破坏,故不宜 采用承压型连接。
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第 2.1.4 条 冷弯薄壁型钢壁很薄时,喷砂等除去牢固附着于表 面的氧化皮可能引起板厚减薄,故摩擦面处理宜采用除去油垢或钢丝刷 除浮锈的处理方法。 第 2.1.5 条 对薄壁型钢连接,从强度协调考虑,不宜采用大直 径螺栓。当壁厚小于 4mm 时,一般选用 M12 螺栓即可。 第 2.1.6 条 试验表明,摩擦型连接处在较高温度环境中时,由 于预拉力产生应力松弛而降低的影响,会引起连接滑移荷载及抗滑移系 数的降低。试验研究资料表明,当温度在 100~150℃范围内时,此降低 幅度约为 10%。本条即按此提出,作为工程应用中的参考。当所处环境 温度高于 150℃时,按照现行钢结构规范要求,钢结构构件(包括相应的 连接)应采取隔热防护措施。 第二节 摩擦型连接的计算 第 2.2.1 条 本条完全引自现行钢结构设计规范(GBJI7—88)与 冷弯薄壁型钢结构技术规范(GBJ18—87) 。以钢结构设计规范为例,公 式(2.2.l)与原规范(TJ17-74)中高强度螺栓在摩擦型连接中抗剪 承载力公式(54)实质上完全相同,但(54)式为容许应力表达

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加预拉力的压紧影响,使承压孔壁形成了三维应力状态,从而使承压强 度有相当程度的提高。本条表 2.3.2 中承压设计强度即考虑了这一因 素。当剪切面在螺纹处时,抗剪及承压强度均将降低,故在实际工程中 不可避免这种情况时,应以螺纹有效直径 d, 来计算承载力。 第 2.3.4 条 与现行普钢结构设计规范相同。对受拉、剪联合作用 的连接验算,根据国内外试验研究情况,采用了拉剪椭圆相关公式,即 式(2.3.4-l)来计算。国外一些有关规范、规程也都采用此同类相 关式并已有较成熟的使用经验。 此外, 对承压强度还要求满足式 (2. 4-2) 3. 的要求。从机理上说,承压强度与抗拉强度亦有相关关系,因预拉力对 承压强度有提高影响,而外拉力又对预拉力有减小影响。但根据试验研 b 究,即使外拉力 N c 达最大,预拉力 P 接近于零时,承压强度的降低幅度 也是不大的(不至 20%) 。故为应用上的方便,即不再考虑相关关系的变 b 化,而对承压强度 N c 采用偏安全的定值折减系数 1.2,这样只需用单 项式(2.3.4-2)核算即可。 第 2. 3. 5 条 本条与现行钢结构规范有关条文相同,高强度螺栓 承压型连接除按前几条要求计算承载力外,还应考虑在标准荷载下不产 生滑动的使用极限状态要求。本条即按此控制要求提出的。因摩擦型连 接是以荷载设计值下不产生滑移为极限状态,而承压型连接是以荷载标 准值下不产生滑移为极限状态,故可以摩擦型连接的承载力为基准限值,
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再考虑荷载设计值与荷载标准值之差别,即平均荷载分项系数 1.3 来确 定此种状态下承压型连接的承载力。因而本条提出了承压型连接抗剪承 载力不得超过同类摩擦型连接抗剪承载力的 30%,作为使用极限状态的 控制条件。 第四节 接 头 设 计 第 2.4. 1 条 在同一接头同一受力部位上混用不同连接时,其各 自分担的力将主要按变形协调关系来分配,若将刚度相差过大的连接并 用在同一接头中,因其不能同时承载共同工作,接头总承载力仍只相当 于刚度较大连接的单一承载力,这在力学性能上是不合理的。故不允许 将摩擦型连接与承压型连接混用,或与普通螺栓混用。 关于高强度螺栓摩擦型连接与焊接或铆接并用,国外已进行了较多 的试验研究,其主要结论性意见是: 1.高强度螺栓摩擦型连接与侧角焊缝混用的性能优于与端角焊缝混 用的性能。前者混用接头的最大强度可按(焊接接头的最大强度+O.62 高强度螺栓连接的最大强度)或 0.9 X(高强度螺栓的滑动强度+角焊 缝最大强度)来考虑。 2.高强度螺栓摩擦型连接与铆接混用时能够较好地协调工作,其接 头总承载力一般可按栓、铆连接各自的承载力相叠加考虑。 国外一些规范、规程(如美国、日本、挪威、澳大利亚、欧洲钢协 等)中都列入了可以考虑栓焊并用共同承载的条文,但实际应用在工程 设计中的情况也不多。 考虑到并用连接的计算方法尚不十分成熟,在我国使用经验还很少, 实际应用的必要性并不大等原因,故在新建工程中不推荐使用混用连接。 而只限于必要时在改、扩建工程中用于结构连接的补强。这种情况下, 可考虑原有的高强度螺栓或铆钉只承受原有结构的恒载,其它荷载则由 新补强的连接承受。 此外,关于新接头中检焊并用的施工顺序,美国、日本郑重考虑焊 接对板件变形不易夹紧的影响,因而推荐光拧后焊,而挪威、欧洲等则 郑重考虑焊接加热对高强度螺栓应力松弛的影响,而推荐先焊后拧,故 何种工序合理,宜根据板件厚度、反变形措施等条件具体分析考虑。 在同一接头中不同受力部位分别采用不同性质连接所组成的接头并 用连接,可形成共同的承载能力,在使用上也有成熟的经验。 第 2.4.2 条、第 2.4.3 条、第 2.4. 4 条 各条均参照铆接连 接的经验沿用其相应规定,并与现行钢结构设计规范条文相同。 第 2.4.5 条 国内外许多试验研究均表明,T 形(或法兰等)受拉 高强度螺栓连接在承载时,由于 T 形翼缘板翘曲变形影响,在此翼缘面 上会同时作用有附加杠杆力。当翼缘板刚度不大(即板厚不厚)时,此 杠杆力可使受拉高强度螺栓的附加拉力达 30%甚至更高,故不可忽视,
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但杠杆力的大小与翼缘板厚、螺栓排列及直径、接头形状等多种因素有 关,准确计算十分困难,虽经多年研究,至今仍未得出公认的较准确且 方便的计算公式,而大多是半经验半理论的。应用于工程时均带有相当 的近似性。对美国道蒂、美国规范及手册、荷兰施塔克、同济大学、欧 洲钢协及日本《高强度螺栓设计指南》等提出的各算式试算比较,对同 一算例算得的杠杆力附加系数各为 0.44、0.128、0.196、0.22、0.005 等值,对见其差异很大。不便推荐出合理通用的统一算式。故本规程中只 提出了当板件刚度不大时宜考虑杠杆力的不利影响,而未给出算式。当 在工程中有必要考虑此影响而又无试验依据与可靠资料时,可以参照日 本《高强度螺栓设计指南》 (80 版)或美国 AISC 手册中提的算式近似考 虑杠杆力的影响。 为了减少杠杆力的不利影响,本规程条文中提出了在 T 型连接中宜 采用较大刚度(厚度)的板件。至于板件达多厚时,可忽略不计杠杆力 的影响,在法国钢结构规范、日本《设计指南》及费希尔的著作等资料 中给出了算式,经试算此厚度限值约在 2.2~2.5d(d 为受拉连接高强度 螺栓的直径) ,此值若用于实际工程,似亦偏大。 第 2. 4.6 条 承受弯矩或弯剪联合作用的外伸式端板接头的工作 状态较复杂, 按现有资料其计算方法可有栓群法、 拟梁法及将受拉区按 T 形件计算等三类方法。经试算比较及分析后,本条文中仍推荐了国际上 较多采用的栓群法。在算式中只求解最外排螺栓所受的最大拉力,而不 包括端板厚度的验算,故设计者应自己考虑核算。同时,本算式未考虑 杠杆力的影响,在应用时需加以注意。 试验表明,这种接头处虽因有弯矩作用使部分螺栓受有外拉力而降 低了抗剪承载力,但因端板受压压紧作用又增加了压紧,进而使摩擦抗 剪力有所补偿,其接头总抗剪力一般并不降低。但在本规程中所提出的 计算式偏安全的不考虑这种压紧补偿作用,只考虑受拉区及受压区螺栓 抗剪承载力的总和。 第 2.4. 7 条、第 2. 4. 8 条 均沿用已有且较成熟的拼接计算 方法。 第 2.4.9 条 试验表明,当构件连接或拼接接头较长,所排螺栓 数量较多时,由于力作用在两端,使接头瑞部的螺栓与中部螺栓承受的 力呈马鞍形不均匀分布,前者受力大而较早达到最大承载力,因而使总 的承载力有所降低。故参照有关试验,对这种长接头的承载力乘以折减 系数门(1.1-l1/150d0) 。 第五节 连接构造要求 第 2. 5. 1 条、第 2. 5. 2 条 均参照现行钢结构设计规范相应 条文而提出。
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第 2. 5. 3 条 是沿用铆接结构有关规定,并根据首钢设计院及冶 金部建筑研究总院的试验研究结果确定的,表 2.5.3 的取值原则说明 如下: 一、紧固件最小中心距和边距; 1.在垂直于力作用方向; (l)应使钢材净截面的抗拉强度大于或等于钢材的承压强度; (2)毛截面屈服先于净截面破坏; (3)受力时避免在孔壁周围产生过度应力集中; (4)施工时影响。以往为了方便拧紧螺母,最小栓距习用 3.5d0, 在编制《钢结构设计规范》(TJ17-74)时经征求意见,认为 3d0 即可, 高强度螺栓用套筒搬手,采用 3d0 也是可以的,故统一采用 3d0 作为最 小检距; 2.顺内力方向,按母材抗挤压和抗剪切等强的原则而定。 (l)端距 2d0 是考虑钢板在端部不致被紧固件冲切破坏而定; (2) 紧固件的中心距, 理论值约为 2d0. 考虑前述其他因素取为 3d0; 二、紧固件的最大中心距和边距; 1.在垂直内力方向:取决于钢板间的紧密贴合条件; 2.在顺内方向:取决于钢板的紧密贴合以及紧固件间钢板的变形约 束条件; 第 2. 5. 4 条 翼缘角钢面积最小限值是为了保证整个翼缘与腹板 之间能有可靠的传力连接“翼缘板理论切断点处外伸长度内的连接件数 量是考虑翼缘板在刚进入理论切断点以内即能参加梁的工作而定。 第 2.5.5 条 因型钢的抗弯刚度较大,采用高强度螺栓不易使摩 擦面贴紧。 第 2. 5. 6 条 提出了注意保护摩擦面的要求。但一般不宜采用外 贴保护膜的作法,因除膜时费工费时。 第三章 施工及验收 第一节 高强度螺栓连接副的储运和保管 第 3.1.1 条 本条规定了大六角头高强度螺栓连接副的组成和组 合、扭剪型高强度螺栓连接副的组成。由于高强度螺栓连接副制造厂是 按批保证扭矩系数或紧固轴力,所以在使用时应在同批内配套使用。 第 3. 1. 2 条 高强度螺栓连接副的质量, 必须达到技术条件的要 求,不符合技术条件的产品,不得使用。因此,每一制造批必须由制造厂出 具质量保证书。 第 3. 1. 3 条 螺纹损伤后将会改变高强度螺栓连接副的扭矩系数 或紧固轴力, 因此在运输、保管过程中应轻装、轻卸, 防止损伤螺纹。 第 3. 1. 4 条 本条规定了高强度螺栓连接副在保管过程中应注意 事项, 其目的是为了确保高强度螺栓连接副使用时同批;
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尽可能保持出厂状态,以保证扭矩系数或紧固轴力不发生变化。 第 3. 1.5 条 本条是高强度螺栓连接副在现场安装过程应注意的事项, 其目的也是为了防止扭矩系数或紧固轴力发生变化。 第二节 高强度螺栓连接构件的制作 第 3.2.1 条 本条内容与《钢结构工程施工及验收规范》 (GBJ205 -83)中第 3.5.2 条相同。 第 3.2. 2 条 本条内容与《钢结构工程施工及验收规范》 (GBJ 205-83)中第 3.5.3 条相同。 第 3. 2. 3 条 冲孔工艺会使孔边产生微裂纹,降低钢结构疲劳强 度,还会使钢板表面局部不平整,所以必须采用钻孔工艺。因高强度螺 栓连接是靠板面摩擦传力,为使板层密贴,有良好的面接触,所以孔边 应无飞边、毛刺。 第 3. 2.4 条 本条内容与《钢结构工程施工及验收规范》 (GBJ 205-83)中第 3.5.4 条相同。 第 3.2. 5 条 本条内容与《钢结构工程施工及验收规范》 (GBJ 205-83)中第 3.5.5 条相同。 第 3. 2.6 条 钢板表面不平整,有焊接飞溅、毛刺等将会使板面 不密贴,影响高强度螺栓连接的受力性能,另外,板面上的油污将会大 幅度降低摩擦面的抗滑移系数,因此表面不得有油污。表面处理方法的 不同,直接影响摩擦面的抗滑移系数的取值,设计图中要求的处理方法 决定了抗滑移系数值的大小,放加工中、必须与设计要求一致。 第 3. 2. 7 条 高强度螺栓连接处钢板表面上,如粘有赃物和油污, 将会大幅度降低板面的抗滑移系数,影响高强度螺栓连接的承载能力, 所以摩擦面上严禁作任何标记,还应加以保护。 第 3. 2.8 条 影响高强度螺栓连接承载能力的最重要因素是摩擦 面的抗滑移系数和高强度螺栓拧紧预拉力,为确保连接的可靠性,所以 摩擦面的抗滑移系数必须符合设计要求。 第三节 高强度螺栓连接副和摩擦面的抗滑移系数检验 第 3.3. 1 条 高强度螺栓连接副运到工地后必须进行有关的机械 性能检验,合格后方准使用,这是使用前把好质量关的工作。大六角头 高强度螺栓连接副的扭矩系数平均值和标准偏差,扭剪型高强度螺栓连 接副的紧固轴力平均值和变异系数是保证高强度螺栓施工时拧紧预拉力 准确性的重要指标项目,所以必须进行检测。 第 3. 3. 2 条 一、本条规定抗滑移系数应分别由制造厂和安装单位检验,即制造 厂必须保证所制作之钢结构构件的抗滑移系数符合设计规定,安装单位
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应检验运到现场的钢结构构件摩擦面的抗滑移系数是否符合设计要求。 考虑到每项钢结构工程的数量和制造周期差别较大,因此明确规定了检 验批量的划分原则及每一批应检验的组数。 二、抗滑移系数检验不能在钢结构构件上进行,只能通过试件进行 模拟测定。为使试件能真实地反映构件的实际情况,规定了试件与构件 应为六个相同条件,否则,试件代表性不强。 三、为了避免偏心引起测试误差,本条规定了试件的连接型式采用 双面对接拼接。考虑到三栓试件在拼装时可避免偏心影响,推荐采用三 栓试件。由于抗滑移系数的大小与测试试件的截面积大小有关,为使试 件能真实反映实际构件,因此试件的连接计算应符合有关规定。 四、用拉力试验测得的抗滑移系数值比用压力试验测得的小,为偏 于安全,本条规定了抗滑移系数检验采用拉力试验。为避免偏心对试验 值的影响,试验时要求试件的轴线与试验机夹具中心线严格对中。 五、在计算抗滑移系数值时,对于大六角头高强度螺栓 Pt 为拉力试 验前拧在试件上的高强度螺栓实测预拉力值。因为高强度螺栓预拉力值 的大小对测定抗滑移系数有一定的影响,所以本条规定了每个高强度螺 栓拧紧预拉力的范围;对于扭剪型高强度螺栓,用与试件上高强度螺栓 同批的其它五套高强度螺栓的紧固轴力的平均值作为试件上的高强度螺 栓的拧紧预拉力 Pt 与大六角头高强度螺栓相比,因 Pt 值不是直接从试件 上实测的,所以存在一定的风险性。 六、为确保高强度螺栓连接的可靠性,本条规定了抗滑移系数检验 的最小值必须等于或大于设计值, 否则就认为构件的摩擦面没有处理好, 不符合设计要求,钢结构不能出厂或者工地不能进行拼装,必须对摩擦 面作重新处理,重新检验,直到合格为止。 第四节 高强度螺栓连接副的安装 第 3.4.1 条 使用过长的螺栓将浪费钢材,增加不必要的费用, 并给高强度螺栓施拧时带来困难。螺栓太短的会使螺母受力不均匀,为 此本条提出了螺栓长度的计算公式。 第 3. 4.2 条 钢板表面上有浮锈会降低抗滑移系数,安装前必须 清除。 第 3.4.3 条 本条内容与《钢结构工程施工及验收规范》 (GBJ 205-83)中第 3.6.3 条相同。 第 3.4.4 条 本条内容与《钢结构工程施工及验收规范》 (GBJ 205-83)中第 4.5.2 条相同。 第 3.4.5 条 用高强度螺栓兼做临时螺栓,由于该螺栓从开始使 用到终拧完成相隔时间较长, 在这段时间内因环境等各种因素的影响 (例 如下雨) ,其扭矩系数将会发生变化,会严重影响高强度螺栓终拧预拉力 的准确性,因此,本条规定高强度螺栓不能兼做临时螺栓。
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第 3.4.6 条 对于大六角头高强度螺栓连接副,垫圈设置内倒角 是为了与螺栓头下的过渡圆弧相配合,因此在安装时垫圈带倒角的一侧 必须朝向螺栓头,否则螺栓头就不能很好与垫圈密贴,影响螺栓的受力 性能。对于螺母一侧的垫圈,因倒角侧的表面较为平整、光滑,拧紧时 扭矩系数较小,且离散率也较小,所以垫圈有倒角一侧应朝向螺母。 第 3. 4.7 条 强行穿入螺栓时,必然使螺纹受损伤,严重影响拧 紧预拉力。 第 3. 4. 8 条 潮湿板面会引起钢板、螺栓的锈蚀,这将影响高强 度螺栓连接长期使用的安全。 第 3. 4.9 条 大六角头高强度螺栓连接副的扭矩系数与标准偏差 是保证拧紧预拉力准确性的关键参数,为此对大六角头高强度螺栓在施 工前必须进行连接副扭矩系数复验。 第 3. 4.10 条 和其它材料一样,高强度螺栓连接副在拧紧后也会 产生预拉力的损失,为保证连接副在使用阶段达到设计预拉力,因此在 施拧时应考虑预拉力损失值,即施工预拉力比设计预拉力增加 10%。 第 3.4.11 条 在用扭矩法拧紧高强度螺栓时,影响预拉力精度的因 素除扭矩系数外,就是拧紧扭矩,所以规定了施拧用的扭矩板手和校正 扳手的扭矩误差。 第 3.4.12 条 由于连接处钢板不平整,致使先拧与后拧的高强度 螺栓预拉力有很大的差别,为克服这一现象,提高拧紧预拉力的精度, 使各螺栓受力均匀,因此高强度螺栓的拧紧应分为初拧和终拧。 第 3.4.13 条 制造厂在测定高强度螺栓连接副扭矩系数时,是在 拧紧螺母时测得的,因此安装施拧时也只准在螺母上施加扭矩。 第 3. 4.14 条 扭剪型高强度螺栓连接副其拧紧预拉力的精度是靠 连接副紧固轴力保证的,为此在施工前必须进行紧固轴力检验,合格后 方准使用。 第 3.4. 15 条 与第 3.4. 12 条相同。 第 3.4. 16 条 螺栓群由中央顺序向外拧紧,为使高强度螺栓连接 处板层能更好密贴。 第 3. 4. 17 条 高强度螺栓连接副安装在构件上如不及时拧紧,其扭 矩系数会有较大的改变,所以本条规定了拧紧工作应在同一天内完成。 第五节 高强度螺栓连接副施工质合检查和验收 第 3. 5.1 条 考虑到在进行施工质量检查时,高强度螺栓的预拉 力损失大部分已经完成,故在检查扭矩计算公式中,高强度螺栓的预拉 力采用设计值。 第 3. 5. 2 条、第 3. 5. 4 条 高强度螺栓施工质量的原始检查验 收记录是工程竣工验收的重要技术资料,应做为评定工程质量的依据并
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应纳入工程技术档案。 第 3. 5. 3 条 不能用专用扳手拧紧的扭剪型高强度螺栓,施拧是 按大六角头高强度螺栓拧紧工艺,因此检查方法也应按大六角头高强度 螺栓检查方法办理。 第六节 油 漆 第 3.6.1 条 为了避免腐蚀气体的侵蚀,防止高强度螺栓的延迟 断裂,所以板缝应用腻子进行封闭。腻子配方由安装单位选配。 第 3. 6.2 条 高强度螺栓连接副在工厂制造时,虽经表面防锈处 理,有一定的防锈能力,但远不能满足长期使用的防锈要求,故在高强 度螺栓连接处,不仅对钢板进行涂漆防锈,对高强度螺栓连接副也应进 行涂漆防锈。

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