探究10.9级大六角高强度螺栓在钢结构安装中的应用

探究10.9级大六角高强度螺栓在钢结构安装中的应用

齐德续

中国电建港航公司天津300467

摘要：本课题依托中国水电港航公司巴基斯坦卡西姆燃煤码头及航道工程项目，其中输煤栈桥安装过程中存在大量钢结构安装及高强度螺栓紧固工作。针对该工程高强螺栓施工经验不足，工期紧，现场施工条件困难的特点，研究出一套可以提高拧紧高强螺栓质量、效率的施工方案，并将该方案运用到实际生产中，以便类似工程中可以高效的完成高强螺栓紧固工作。

关键词：钢结构、高强度螺栓、施工应用

1、研究项目的科技依据

[项目背景]

卡西姆煤码头项目是中国水电港航公司优质的码头项目，整个卡西姆燃煤电站及卸煤码头工程更是“一带一路”“中巴经济走廊”的率先落地旗舰项目，得到电建集团、信德省（项目所在省份）、中巴两国政府的高度关注和广泛宣传。

在使用高强螺栓进行钢结构安装的时候，首先必须要明确到强度螺栓的特质，在充分掌握高强度螺栓的特性以后，再有针对性的开展使用高强度螺栓进行钢结构施工的工作，明确安装的各个要点，确保更好的利用高强螺栓，让钢结构连接更加的便利和坚牢。

普通螺栓一般由普通钢材（Q235）制成，仅需要拧紧就可以了。而高强度螺栓在工程的应用，主要由高强钢材制成，如45号钢（8.8s），20MnTiB（10.9s）。20MnTiB适用于工业和民用建筑、公路与铁路桥梁、塔架、管道支架、起重机械及其它钢结构摩擦型连接的扭剪型钢结构螺栓连接副。本工程大部分采用10.9级大六角高强度螺栓。

本工程高强螺栓施工特点、难点及现场施工工况，能代表钢结构拧紧大六角高强度螺栓连接副的难点，通过研究拧紧大六角高强度螺栓连接副快速施工技术，研究出一套安全可靠、工序合理、施工高效、适应性强、应用范围广的施工工艺及工法，以达到安全生产、提高工效、节约成本、缩短工期的目标。

本工程钢结构高强度螺栓连接副施工特点：

1、高强度螺栓的拧紧分为初拧、终拧，应在同一天完成，工作量大，工期紧；

2、现场缺少可调节扭矩值电动扳手，手动扭矩扳手施工繁琐且效率低下，不可调节扭矩值电动扳手存在不确定性。

前期投入2把手动扭矩扳手，一把用作检验扳手，一把作为施工扳手，受施工设备条件限制，以及人工手动操作施工效率低下，施工进度难以保证，且部分部位手动扳手难以施工。

项目现有两把固定扭矩值电动扳手，施工效率高，但扭矩值不可调控难以满足业主、监理要求。

[研究目标]

根据本工程高强螺栓施工特点、难点及施工工况，科学系统分析钢结构拧紧大六角高强度螺栓连接副的难点，投入充足的人力物力，研究拧紧大六角高强度螺栓连接副快速施工技术，力图研究出一套安全可靠、工序合理、施工高效、适应性强、应用范围广的施工工艺及工法，达到安全生产、提高工效、节约成本、缩短工期的目标。同时可为公司在此施工领域积累更多的经验，可在今后类似工程实践中得到大力推广，力争在缩短工期、降低成本、质量控制等方面取得良好效益。对公司今后承接类似工程，提供有效可靠的技术支持。

[国内外研究概况]

扭剪型高强度螺栓终拧时，以梅花头拧掉为拧紧标志。该类型高强度螺栓不用担心扭矩值不达标或超标，大六角高强度螺栓扭矩值把控相对来说比较繁琐。本工程采用10.9级大六角高强度螺栓，直径M16和M20，终拧扭矩值分别为193.6~264.0N*m和374.0~510.0N*m，初拧为终拧50%。

在国内外施工条件允许情况下，使用可调扭矩值电动扳手直接调节至规定扭矩值进行初拧终拧。该方法施工简单且非常高效，由于先进的施工工具，施工要求精度也在增加。

[国内外同类技术对比分析]

我项目研究的大六角高强度螺栓施工技术和国内外同类技术相比有自己的优点，但各项指标与更为先进施工条件支持相比，和国际水平有一定的差距，所以各个步骤为最大化利用现有资源，用现有施工技术以完善施工条件上的不足。

[应用前景]

近年来，随着国内国际经济实力的增长，不仅带动了世界港口建设的发展，同时促进了大量钢结构施工的应用，钢结构中高强度螺栓连接副的质量要求和扭矩精度亦越来越高，错误施工工具和施工工艺会导致效率低、工期长，对不同的现场条件适应性差等原因急需现有工具、新的施工工艺代替，在高强度螺栓连接副拧紧中，以不可调电动扳手代替手动扭矩扳手并弥补缺少可调扭矩电动扳手，必将在相似施工套件下得到推广和应用。

2、研究内容

[研究内容]

针对该工程高强螺栓施工经验不足，工期紧，现场施工条件困难的特点，研究出一套可以提高拧紧高强螺栓质量、效率的施工方案，并将该方案运用到实际生产中，高效的完成螺栓拧紧工作。

课题研究内容：

1、现场检测施工、校验扭矩扳手实际扭矩值；

2、电动扳手实测施工扭矩值；

3、快速有效施工实现高强度螺栓连接副拧紧；

4、检测高强度螺栓连接副扭矩值达标。

[技术经济指标]

1、降低施工工具投入，由不可调电动扳手代替可调扭矩值电动扳手，以减去国外引进设备的投入。

2、提高拧紧精度及效率，由目前的手动扭矩扳手300/天提高至电动扳手1000/天，极大调高效率，节省人力，缩短工期。

3、研究方法和技术路线

[研究方法]

根据现有的施工方案和现场实际情况，并通过调查调研相关的施工单位，自己查阅资料了解各类扳手以及高强度螺栓的性能，首先制定切实可行的施工工艺文件，通过现场高强度螺栓拧紧找出存在的不足与缺陷，然后对施工方案进行改进性研究，最后投入工程实际应用。

[技术路线]

首先掌握相关钢结构高强度螺栓的技术规范，结合工程的监理要求的扭矩值偏差，另外要考虑工程的工期和资源投入，最优的施工工艺建立在大量的实验性试拧和现场校核的基础上。具体路线如下：

1、研究工期和资源投入施工工况，分析工况特点与难点；

2、研究大六角高强度螺栓特性，研究可用施工技术设备，优化设备使用方案；

3、分析现场试验，咨询相关人员，学习相关经验及技术；

4、制定初步的施工方案；

5、试验性施工，查找缺陷，改进方案，积累经验；

6、制定完善的施工方案，并实际验证；

3、项目研究成果

[成果]

在经过现场实践后，大量实验数据证明了方案的可行性，并且业主、监理、施工见证的现场实验，能够充分提供科学依据，得到业主、监理的认可。工程后期高强度螺栓的紧固全部采用了本次研究方法，充分证明了其可靠性及实用性。

本工程现场10.9s级大六角高强度螺栓施工特点、难点及现场施工工况，能代表钢结构大六角高强度螺栓连接副紧固的难点，通过研究拧紧大六角高强度螺栓连接副快速施工技术，研究出了一套安全可靠、工序合理、施工高效、适应性强、应用范围广的施工工艺及工法，即由不可调电动扳手代替可调扭矩值电动扳手，以减去国外引进设备的投入，同时相较于手动扭矩扳手，大大提高了现场施工效率，达到安全生产、提高工效、节约成本、缩短工期的目标。同时可为公司在国外钢结构高强度螺栓紧固施工领域积累更多的经验，可在今后类似工程实践中得到大力推广，力争在缩短工期、降低成本、质量控制等方面取得良好效益。对公司今后承接类似工程，能够提供有效可靠的技术支持。

本次项目研究的为主要成果：

1、掌握了现场检测扭矩扳手实际扭矩值在施工中的应用；

2、掌握了电动扳手实测施工扭矩值检测方法；

3、掌握了快速有效施工实现高强度螺栓连接副拧紧；

4、掌握了检测高强度螺栓连接副扭矩值标准方法；

5、制定出了一套高强度螺栓连接副拧紧高效率、高质量的施工方案，确保扭矩值一次达标，形成系统施工工法。

[参考文献]

[1]JGJ82-91《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》

[2]GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》

[3]郭淑珍.钢结构的施工技术与应用[J].林业科技报，2004，01（01）：34-35.