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高强度螺栓连接施工作业指导书


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金沙江白鹤滩水电站缆机安装 高强螺栓连接施工作业指导书

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中国水利水电第四工程局有限公司 白鹤滩施工局缆机安装项目部 二○一四年六月二

十日

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高强度螺栓连接施工作业指导书
一、概 述
高强度螺栓连接与焊接连接连接已并举成为钢结构的主要连接形式, 由于其具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高,施工简便等 优点,已被广泛地应用在建筑钢结构的工地连接中,成为钢结构安装的主 要手段之一。 高强度螺栓按其受力状况可分为摩擦型连接、承压型连接和张拉型连 接等,其中摩擦型连接是目前普遍采用的基本连接形式。 摩擦型连接:这种连接头处用高强度螺栓紧固,使连接板层夹紧,利 用由此产生于连接板层之间的摩擦力来传递外荷载。高强度螺栓在连接接 头中不受剪,只受拉并由此给连接之间施加了接触压力,这种连接应力传 递圆滑,接头刚性好,通常所指的高强度螺栓连接,就是这种摩擦型连接, 其极限破坏状态即为连接接头滑移。 承压型连接:对于高强度螺栓连接接头,当外力超过摩擦阻力后,接 头发生明显的滑移,高强度螺栓杆与连接板孔壁接触并受力,这时外力靠 连接接触面间的摩擦力、螺栓杆剪切及连接板孔壁承压三方共同传递,其 极限破坏状态为螺栓剪断或连接板承压破坏,该种连接承载力高,可以利 用螺栓和连接板的极限破坏强度,经济性能好,但连接变形大,可应用在 非重要的构件连接中。 张拉型连接:当外力与高强度螺栓轴向一致时,如法兰连接、T 型连 接等这类高强度螺栓连接称张拉型连接。该连接的特点是,作用的外力和 紧固螺栓时产生在连接件间的压力相平衡, 在外力作用下, 螺栓的轴力 (拉
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力)变化很小,仍能使连接件间保持较大的夹紧力,保证接头获得较大的 刚度。

二、施工准备
(一)、材料准备 高强度螺栓从外形上分为大六角头和扭剪型两种; 按其性能可分为 8.8 级、10.9 级、12.9 级等,目前白鹤滩缆机安装广泛使用的大六角头高强度螺 栓有 8.8 级和 10.9 级两种。 1、钢结构用高强度大六角头螺栓连接副包括一个螺栓、一个螺母和 两个垫圈(螺头和和螺母两侧各一个垫圈)(如图)。螺栓、螺母、垫圈 在组成一个连接副时其性能等级要匹配,见下“钢结构用大六角头高强度 螺栓连接副匹配表”

钢结构用大六角头高强度螺栓连接副匹配表 螺 栓 8.8 级 10.9 级 螺 母 8H 10H 垫 圈 HRC35~45 HRC35~45

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2、螺栓长度的选择计算 螺栓长度的选择对螺栓的紧固轴力有较大的影响,使用的螺栓长度比 标准螺栓长度长或短的螺栓,均会使紧固轴力降低。因此,要正确选择螺 栓长度。 高强度螺栓长度选择可按下式计算: L = L’ + ns + m + 3p 式中 L’——连续板厚度,mm; n——垫圈个数,扭剪型高强度螺栓为 1,大六角螺栓为 2; s——高强度螺栓垫圈厚度,mm; m——螺母厚度; p——螺栓螺纹的螺距,见下表: 高强度螺栓螺纹的螺距(mm) 螺栓公称直径 螺距 12 1.75 16 2 20 2.5 22 2.5 24 3 27 3 30 3.5

经计算求得的高强度螺栓的长度 L<100 mm 时,按 2 舍 3 入和 7 舍 8 入 原则取 5 的整数倍;L>100 mm 时,按 4 舍 5 入的原则取 10 的整数倍。 (二)、施工工具准备 高强度螺栓连接紧固用施工工具有手动板手和电动扳手两种。手动紧 固时都要使用有明示扭矩值的扳手实拧,使达到高强度螺栓连接副规定的 扭矩和轴力值。一般常用的手动扭矩扳手有:指针式、带音响式两种。 指针式手动扭矩扳手(如图),在头部设一个指示盘配合套筒头紧固 六角螺栓,当给扭矩扳手预加扭矩实拧时,指示盘即示出扭矩值。
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带音响式扭矩扳手(如图),是一种附有棘轮机构预调式的手动扭矩 扳手,配合套筒可紧固各种直径的螺栓 。在手柄的根部带有力矩调整的 主副两个刻度。实拧前操作者按需要调整预定的扭矩值。调好预定扭矩刻 度后,用手指轻轻地紧固摇杆控制调整片的旋转,可以防止在使用中刻度 发生失常。扳手的头部内装有一个 24 齿的棘轮,转动棘轮施拧到预调的 扭矩值时、便有明显的音响和手上的感触。

(三)、紧固扭矩的计算准备 由于在高强度螺栓的施工中对于大六角高强度螺栓通常采用扭矩法 紧固,即用能控制紧固扭矩的带音响式扳手、指针式扳手或电动扭矩扳手 施加扭矩,使螺栓产生预定的预拉力。因此在施工前必须先计算确定施工 终拧扭矩,以确保高强度螺栓紧固质量。可按下式计算确定: Tc = K·Pc·d 式中 Tc ——— 终拧扭矩值(N·m); Pc ——— 施工预拉力值标准值(kN),见下表;
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d ———螺栓公称直径(mm); K——— 扭矩系数, 根据生产厂提供的扭矩系数值或按规范规定 试验确定。 高强度螺栓连接副施工预拉力标准值(kN) 螺栓的 性能等级 8.8s 10.9s 螺栓公称直径(mm) M16 75 110 M20 120 170 M22 150 210 M24 170 223 M27 225 320 M30 275 390

三、高强度螺栓的储运与保管
在高强度螺栓连接副使用前须加强高强度螺栓的储运与保管。其目的 主要是防止螺栓、螺母、垫圈组成的连接副的扭矩系数发生变化,这是高 强度螺栓连接的一项重要标志。主要的储运与保管措施有: 1、高强度螺栓连接副应由制造厂按批配套供应,每个包装箱内都必 须配套装有螺栓、螺母及垫圈,包装箱应能满足储运的要求,并具备防水、 密封的功能。包装箱内应带有产品合格证和质量保证书;包装箱外表面应 注明批号、规格及数量。 2、在运输、保管及使用过程中应轻装轻卸,防止损伤螺纹,发现螺 纹损伤严重或雨淋过的螺栓不应使用。 3、螺栓连接副应成箱在室内仓库保管,地面应有防潮措施,并按批 号、规格分类堆放,保管使用中不得混批。高强度螺栓连接副包装箱码放 底层应架空,距地面高度大于 300mm,码高一般不大于 5~6 层。 4、使用前尽可能不要开箱,以免破坏包装的密封性。开箱取出部分 螺栓后也应原封包装好,以免沾染灰尘和锈蚀。
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5、高强度螺栓连接副在安装使用时,工地应按当天计划使用的规格 和数量领取, 当天安装剩余的也应妥善保管, 有条件的话应送回仓库保管。 6、在安装过程中,应注意保护螺栓,不得沾染沙等脏物和有碰伤螺 纹。使用过程中如发现异常情况,应立即停止施工,经检查确认无误后再 行施工。 7、高强度螺栓连接副的保管时间不应超过 6 个月。当由于停工、缓 建等原因,保管周期超过 6 个月时,若再次使用须按要求进行扭矩系数试 验或紧固轴力试验,检验合格后方可使用。

四、高强度螺栓连接施工
高强度螺栓的连接施工包括节点处理、螺栓安装、螺栓紧固、拧紧顺 序和紧固方法等五个主要控制环节与步骤: (一)、节点处理 高强度螺栓连接应在其结构架设调整完毕后,再对接合件进行矫正, 消除接合件的变形、错位和错孔,板束接合摩擦面贴紧后,进行安装高强 度螺栓。为了接合部板束间摩擦面贴紧、结合良好,先用临时普通螺栓和 手动扳手紧固,达到贴紧为止。在每个节点上穿入临时螺栓的数量应由计 算决定,一般不得少于高强度螺栓总数的 1/3。最少不得少于二个临时螺 栓。冲钉穿入螺栓的数量不宜多于临时螺栓总数的 30%。不允许用高强度 螺栓兼作临时螺栓,以防止损伤螺纹,引起扭矩系数的变化。 对于钢板厚公差、制造偏差或安装偏差产生的接合面间隙:a 。在接 合面间隙:a≤1.0 mm 时,可不作处理;1.0 mm<a≤3.0 mm 时将厚板的一 侧磨成 1:10 的缓坡,使间隙小于 1.00 mm;当 a>3.0 mm 时,加垫板, 垫板的材质和摩擦面处理与构件相同。 (二)、螺栓安装
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高强度螺栓安装在节点全部处理好后进行;高强度螺栓穿入方向要一 致。一般应以施工便利为宜,对于箱形截面部件的接合部,全部从内向外 插入螺栓,在外侧进行紧固。如操作不便,可将螺栓从反方向插入。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、螺 栓头下垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头。严禁强行穿入螺栓;如不能穿入 时,螺栓应用绞刀进行修整,用绞孔修整前应对其四周的螺栓全部拧紧, 使板叠密贴后再进行。修整时应防止铁屑落入板叠缝中。绞孔完成后用砂 轮除去螺栓孔周围的毛刺,同时扫清铁屑。 (三)、螺栓紧固 高强度螺栓紧固时,应分初拧、终拧。对于大型节点应分初拧、复拧 和终拧。 1、初拧:由于钢结构的制作、安装等原因发生翘曲、板层间不密贴 的现象。当连接点螺栓较多时,先紧固的螺栓就有一部分轴力消耗在克服 钢板的变形上、先紧固的螺栓则由于其周围螺栓紧固以后,其轴力分摊而 降低。所以,为了尽量缩小螺栓在紧固过程中由于钢板变形等影响,规定 高强度螺栓紧固时,至少分二次紧固。第一次紧固称之为初拧。初拧扭矩 为终拧扭矩的 30%~50%左右。 2、复拧:即对于大型节点高强度螺栓初拧完成后,在初拧的基础上, 再重复紧固一次,故称之为复拧,复拧扭矩值等于初拧扭矩值。 3、终拧:对安装的高强度螺栓作最后的紧固,称之为终拧。终拧的 轴力值以标准轴力为目标,并应符合设计要求。 (四)、拧紧顺序 每组高强度螺栓拧紧顺序应从节点中心向边缘依次施拧,使所有的螺 栓都能有效起作用,详见下表:
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高强度螺栓拧紧顺序
节点型式 板式节点 接合部
A

图示

说明

从中部螺栓向两端螺栓紧固

箱形部件 节点接合部

B

D

A、B、C、D 螺栓群的紧固, 沿箭头方向进行

按下列顺序紧固: 1、柱侧连接板

H 型钢 紧固顺序

2、腹板连接板 3、上翼连接板 4、下翼连接板 各板按顺序号紧固

(五)、紧固方法 高强度螺栓的拧紧,根据螺栓的构造型式有两种不同的方法。对于大 六角高强度螺栓的拧紧,通常采用扭矩法和转角法: (1)、扭矩法:即用能控制紧固扭矩的带响扳手、指针式扳手或电 动扭矩扳手按照前页所叙而计算确定的施工紧固扭矩进行终拧。(白鹤滩 使用此方法) (2)、转角法:转角法按初拧和终拧两个步骤进行,第一次用示功 扳手和风动扳手拧紧到预定的初拧值;终拧用风动机或其它方法将初拧后 的螺栓再转一个角度,以达到螺栓预拉力的要求。其角度大小与螺栓性能 等级,螺栓类型、连接板层数及连接板厚度有关。其值可作试验确定。
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(六)、施工程序 a、大六角头高强度螺栓施工工艺流程
工具的准备 螺栓准备 摩擦面准备

六角头螺栓 工具准备

普通螺栓准备

六角头高强度 螺栓准备

准备紧固工具

领用螺栓

领取螺栓

摩擦面处理

工具调整

螺栓的管理

螺栓的管理

工具检查及管理 组合部件装配

部件组装

装配精度

紧固作业

六角头高强度 螺栓安装

紧固的轴力





紧固检查

过程检查

紧固完了检查

扭矩检查
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五、施工质量控制
高强度螺栓连接施工质量直接影响着整个结构的安全,是质量过程控 制的重要一环。主要可从下列几方面进行着手控制: (一)、进场质量控制 高强度螺栓连接副进场应配套成箱供货,且附有出厂合格证、质量证 明书及质量检验报告,质检员应逐项与设计要求及现行国家标准对照,对 不符合的连接副不得使用。 1、 进场的大六角头高强度螺栓连接副应进行扭矩系数复验。 在施工现 场待安装的螺栓批中每批随机抽取 8 套连接副进行复验。每套连接副只应 做一次试验, 不得重复使用。 连接副扭矩系数的复验应将螺栓穿入轴力计, 在测出螺栓预拉力 P 的同时,应测定施加于螺母上的施拧扭矩值 T,并应 按下式计算扭矩系数 K。

K ?
式中

T p?d

T ——施拧扭矩(N.m);
d
——高强度螺栓的公称直径(mm);

p ——螺栓预拉力(kN)。
每组 8 套连接副扭矩系数的平均值应为 0.110~0.150,标准偏差应小于 或等于 0.010。 变异系数按下式计算:

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δ?
式中

σΡ ? 100% Ρ

? ———紧固轴力的变异系数;

? ? ————紧固轴力的标准;

Ρ

————紧固轴力的平均值。

(二)、紧固质量控制 1、在高强度螺栓紧固前,高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁, 不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢和不应有的涂料等。 2、在高强度螺栓紧固过程中,高强度螺栓连接副应自由穿入螺栓孔、 不应气割扩孔,遇到必须扩孔时,最大扩孔量不应超过 1.2 倍螺栓公称直径。 3、 高强度螺栓紧固完毕后, 质检人员首先应检查螺栓丝扣外露长度, 要求螺栓丝扣外露 2~3 扣为宜,其中允许有 10%的螺栓丝扣外露 1 扣或 4 扣,对同一个节点,螺栓丝扣外露应力求一致,便于检查。其次还应对高 强度螺栓终拧质量进行检查。终拧质量检查对于不同的螺栓型式可按照不 同的检验方法进行检验。 1) 大六角高强度螺栓连接副终拧检查。 检查人员先用 0.3kg 小锤敲击螺 母的一侧,同时用手指按住相对的另一侧,以检查高强度螺栓有无漏拧。终 拧扭矩值的检查应根据不同的施工方法采用不同的检查方法。 2)扭矩法检查:在螺尾端头和螺母相对位置划线,将螺母退回 60°左右,用扭矩扳手测定拧回至原来位置时的扭矩值,如测定的扭矩值 与施工扭矩值的偏差在 10%以内即为合格。如发现有不符合规定的,应再 扩大检查 10%。如仍有不合格者,则整个节点的高强度螺栓应重新拧紧。
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3)转角法检查:用扭矩扳手继续拧被检查的螺栓,测定螺母开始转动 时的扭矩值,如测定的扭矩值与施工扭矩值的偏差在 10%以内即为合格。 4)高强度大六角头螺栓连接副终拧 1 小时后、48 小时内应进行终拧扭 矩检查。 5)检查数量:按节点数抽查 10%,且不应少于 10 个;每个被抽查节点 按螺栓数抽查 10%,且不应少于 2 个。

六、注意事项
1.在高强度螺栓施工中,对每一个连接接头,应选用临时螺栓或冲钉 定位,为防止操作螺纹引起扭矩系数的变化,严禁把高强度螺栓作为临时 螺栓用; 2.在构件连接接头上安装高强度螺栓时, 要按设计规定选用同一批量 的高强度螺栓、螺母和垫圈的连接副,一种批量的螺栓、螺母和垫圈不能 同其他批量的螺栓混同使用; 3.在高强度螺栓孔绞孔修整时,为防止修整时铁屑落入板叠缝中,绞 孔修整前应对其周围的螺栓全部拧紧; 4.高强领用数量根据实际使用数量领用, 严禁随意将高强螺栓暴露在 空气中,严禁将高强螺栓直接堆放于地面,严防泥沙黏附污染高强螺栓。 5.严格控制高强螺栓的紧固力矩, 高强螺栓终紧力矩不能超过额定的 紧固力矩,一旦紧固力矩超标,该高强螺栓报废需更换。 6.高强螺栓初拧后,24 小时内进行终拧。 7.高强度螺栓连接副终拧扭矩检查应在终拧完成 1h 后 48h 内完成; 8.强度螺栓紧固过程中做好高空防坠落措施;
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高强度螺栓矩检查记录表
工程项目:白鹤滩缆机安装 施工单位: 中国水利水电第四工程局有限公司白鹤滩施工局缆机安装项目部 监理单位: 四 川 二 滩 国 际 工 程 咨 询 有 限 责 任 公 司 工程部位 螺栓批号、 规格 M24*75-10.9 拧扭系数平均 值K 0.125 螺栓总套数 1616 桅杆吊桁架-A 抽检螺栓套数

施记表

终拧扭矩 670

检查扭矩 670

螺栓批号、 规格

抽检螺栓编号

检查扭矩

判定

合格率

备注

结论 终拧时间 终拧环境温度 建设单位 监理单位

合格 检查时间 检查环境温度 施工负责人 施工员 质检员

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高强度螺栓矩检查记录表

施记表

工程项目:白鹤滩缆机安装 施工单位: 中国水利水电第四工程局有限公司白鹤滩施工局缆机安装项目部 监理单位: 四 川 二 滩 国 际 工 程 咨 询 有 限 责 任 公 司 工程部位 螺栓批号、 规格 M24*75-10.9 拧扭系数平均 值K 0.125 螺栓总套数 1616 桅杆吊桁架-B 抽检螺栓套数 终拧扭矩 670 检查扭矩 670

螺栓批号、 规格

抽检螺栓编号

检查扭矩

判定

合格率

备注

结论 终拧时间 终拧环境温度 建设单位 监理单位

合格 检查时间 检查环境温度 施工负责人 施工员 质检员

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