（武汉二航路桥特种工程有限责任公司 湖北 武汉 430071）
【摘 要】结合国内某特大跨径钢桥加固工程特点，从螺栓制孔、摩擦面处理、螺栓安装及施拧、终拧扭矩检查等方面探讨摩擦型高强螺栓施工工艺与质量控制要点，可为以后钢桥加固施工提供借鉴。
【关键词】钢桥；维修加固；摩擦型连接；大六角头高强螺栓；施工工艺；质量控制
【中图分类号】U445.7 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）06-0087-02
1.引言
摩擦型高强度螺栓连接是通过螺栓预拉力使板束之间产生摩擦力以承受和传递荷载，并以摩擦力刚好被克服、板束之间即将产生相对滑移作为承载能力的极限状态[1]，其具有可承受动力荷载、受力性能好、承载能力高、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高、施工简便等优点，被应用于钢桥维修加固施工中。
影响摩擦型高强度螺栓连接效果的主要因素为螺栓预拉力及摩擦面状况，而影响螺栓预拉力的主要因素有：螺栓孔质量、螺栓扭矩系数、施拧扭矩、施拧工艺、扳手精度、电源稳定性、工人的质量意识等。本文结合国内某特大跨径钢桥加固工程特点，从螺栓制孔、摩擦面处理、螺栓安装及施拧、终拧扭矩检验等方面探讨钢桥加固中摩擦型高强螺栓施工工艺与质量控制要点。
2.工程概述
某特大跨径钢桥为三跨连续中承式钢管混凝土拱桥（图1），跨径组合为76m+360m+76m，桥面系采用横向工字梁与混凝土桥面板结合形成（图2），横向工字梁采用16Mnq钢板焊接形成（简称钢横梁）。该桥于2000年6月建成通车，由于部分钢横梁产生了病害，2011年进行了维修加固。为增强钢横梁截面，降低横梁应力，保证横梁的结构安全，在钢横梁底板的上侧增设2块32mm厚HJ1钢板，在HJ1钢板上侧设L形HJ3钢构件与钢横梁腹板及底板连接，HJ3钢构件通过P1板与横梁竖肋连接（图3）。所有连接均采用摩擦型高强螺栓连接，一条钢横梁2206套高强螺栓，全桥65条钢横梁共计14.3万套高强螺栓。
图3 钢横梁新增钢构件示意图
该钢桥维修加固用14.3万套高强螺栓均采用大六角头M24高强度螺栓，主要技术参数如下：
（1）性能等级为10.9S。
（2）摩擦面抗滑移系数≥0.45。
（3）设计预拉力230kN。
（4）施工预拉力253kN。
（5）扭矩系数平均值为0.110～0.150。
2.1 施工特点及重难点分析
钢桥维修加固高强螺栓施工工艺与质量控制比新建工程更加复杂，主要体现在：
（1）钢桥加固螺栓孔涉及到既有构件和新增构件之间的连接，既有构件螺栓孔只能在现场完成，2206孔的孔群钻孔精度要求特别高，质量控制难度非常大，此为施工的重难点。
（2）为保证钻孔精度，新增构件必须多次与既有构件进行预安装及拆除，必须采取措施确保摩擦面的抗滑移系数能够满足设计要求。
（3）桥梁加固一般在通车状态下进行，在有活载的情况下对高强螺栓施拧非常不利。
（4）桥梁加固施工工期一般较短，施工安排非常紧张，如何有效控制高强螺栓施工质量显得尤为重要。
3.施工工艺与质量控制
针对该钢桥维修加固施工特点，为保证高强螺栓施工质量，经多次优化，施工工艺流程确定为：施工准备→新增构件摩擦面处理→HJ1板预安装→钻钢横梁下翼缘板螺栓孔→HJ3板预安装→钻钢横梁腹板螺栓孔→P1板预安装→钻钢横梁加劲肋螺栓孔→既有构件摩擦面处理及新增构件摩擦面修复→HJ1、HJ3、P1板安装→安装冲钉及临时螺栓→安装高强螺栓→初拧并做标记→复拧并做标记→终拧并做标记→将冲钉及临时螺栓用高强螺栓置换→终拧扭矩检查。
3.1 施工准备
3.1.1 高强螺栓进场及复验
该桥使用的高强螺栓，由生产厂家按批提供产品质量检验报告单及出厂合格证，运至工地后，按不同规格、批号进行复验，复验内容包括：扭矩系数、楔负载、螺母硬度、垫圈硬度、螺母保证荷载及螺栓几何尺寸等。该桥M24高强螺栓14.3万套，按长度分6种规格，共进场54批次，全部复验合格。
3.1.2 摩擦面抗滑移系数试验
摩擦型高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数大小直接决定了承载力大小，必须在工地对摩擦面的抗滑移系数进行检验。抗滑移系数试件与钢横梁及加固板应为同一材质、同批制造、同一摩擦面处理工艺，并在相同条件下运输、存放。该桥在场内制作HJ1板同时采用同批次钢板同一摩擦面处理工艺制作抗滑移系数试验芯板，在现场钢横梁摩擦面处理时采用原桥拆卸下来的小纵梁（与钢横梁材质一样）采用同一摩擦面处理工艺制作抗滑移系数盖板。通过工地试验检测，摩擦面抗滑移系数值均大于0.55，远高于设计及规范要求的0.45。
3.2 螺栓孔群制孔
一个螺栓孔群共2206个孔，而且每个孔均需穿透3层钢板，3层钢板总厚度50mm～100mm不等，这对螺栓制孔的精度要求非常高，螺栓孔群制孔工艺是关键。该桥制孔工艺采用HJ1板、部分HJ3板在工厂内制孔，钢横梁底板、腹板及部分HJ3板在现场套钻孔，钻孔采取空心钻头。
为提高钻孔精度，先进行HJ1板预安装，并用冲钉及临时螺栓进行固定，确保HJ1板与钢横梁底板密贴，再进行底板墨孔。墨孔完成后，拆卸HJ1板，用电磁力钻钻横梁底板孔。待横梁底板孔全部钻好后，再将HJ1板与HJ3板一起进行预安装，从已钻孔HJ3板一侧套钻，穿透横梁腹板及未钻孔HJ3板。
通过以上措施，确保了螺栓孔群制孔达到了如下质量要求：孔壁表面粗糙度Ra≤25μm，孔缘无损伤不平，无刺屑，孔径误差0～+0.7mm，栓孔中心线倾斜度≤0.5mm，确保了每个螺栓孔群2206孔螺栓安装均非常顺利。
3.3 摩擦面处理
为保证钻孔精度，HJ1板、HJ3板均需多次进行预安装及拆卸，为减少摩擦面抗滑移系数的损失，采用特制构件对HJ1板、HJ3板进行安装及拆卸，减少了新增构件摩擦面损伤。同时，采用在既有构件螺栓孔群制孔完成后，再对既有构件摩擦面进行喷砂及摩擦面处理，避免了既有构件摩擦面在钻孔过程中的损伤。
3.4 高强螺栓安装
构件拼装时，每个节点均应穿入足够数量的冲钉和临时螺栓。高强螺栓的安装应在构件位置调整准确后进行，高强螺栓、螺母、垫圈必须按生产厂家提供的批号配套使用，并不得改变其出厂状态，不得碰伤螺纹和沾染脏物。
高强螺栓安装时，螺栓穿入方向以施工及维修方便为准，并力求一致。安装时严禁强行穿入螺栓，对于螺栓不能自由穿入的栓孔，用与栓孔直径相同的绞刀进行修孔，修孔数量及修整后孔的尺寸应符合相关技术要求。铰孔前应将四周螺栓全部拧紧，使板迭密贴后再进行，以防止铁屑落入板迭缝中，修孔后用砂轮机清除孔边毛刺，并将砂轮屑清扫干净。
由于一条钢横梁上有6种不同规格的高强螺栓，为便于后期施拧，螺栓安装时，应尽量将扭矩系数相近的不同规格高强螺栓搭配使用[2]。
3.5 扳手标定
每班操作前及操作后，在工地试验室采用扭轴仪对施拧扭矩扳手进行班前、班后标定，标定结果填入记录表中，并由标定负责人签字，标定扭矩误差不得大于使用扭矩值的±5％。如班后发现其误差超过允许范围，则对该工班用该扳手终拧的高强螺栓全部用检查扳手进行检查、处理。
扭矩扳手在标定时，必须配套使用施工时对应稳压电源进行标定。
3.6 高强螺栓施拧
该桥高强度螺栓的拧紧方法为扭矩法。由于一个螺栓孔群有2206孔，特将拧紧分为初拧、复拧和终拧，且均在同一工作日完成，初拧扭矩和复拧扭矩均为终拧扭矩的50％。
高强度螺栓的拧紧顺序：从钢横梁及加固板的中心部分向四周进行。初拧、复拧和终拧均使用电动定扭矩扳手，电动扳手与控制箱配套使用，并独立供电及配置稳压电源（与标定时使用同一稳压电源）。初拧、复拧、终拧分别用不同颜色的油漆在螺母同一部位涂上标记，以防漏拧。
鉴于钢桥维修加固施工特点，桥梁全封闭施工对社会影响巨大，但在有活载情况下对高强螺栓施拧非常不利。为尽量减少中断交通对社会产生影响的同时保证高强螺栓施拧质量，最终选择在夜晚10:00至次日凌晨6:00对桥梁进行全封闭施工，高强螺栓初拧、复拧、终拧均在夜晚全封闭时段内完成。
3.7 终拧扭矩检查
高强螺栓的终拧扭矩检查应在终拧4小时以后、24小时之内完成，检查扳手使用前应进行标定，其扭矩误差不大于使用扭矩的±3％[3]。
该桥采用松扣法检查：先在螺栓与螺母相对位置划一细直线作为标记，然后将螺母拧松30°，再用检查扭矩扳手把螺母重新拧紧至原来位置（使所划细直线重合），测量此时的扭矩应在0.9Tck～1.1Tck范围内。Tck按下式计算：
Tck＝K×P×d
式中Tck－检查扭矩（N.m）；
K–高强度螺栓连接副扭矩系数平均值，由复验报告得出；
P–高强度螺栓设计预拉力；
d–高强度螺栓公称直径（mm）。
经检查，全桥高强螺栓Tck值在0.92～1.06之间，均在合格范围内。
4.结论
该特大跨径钢桥维修加固后，检测单位对加固后的钢横梁进行了荷载试验，检验结果显示钢横梁应力较加固前显著降低，表明高强螺栓施工工艺及质量控制较好，可为以后钢桥维修加固中的高强螺栓施工提供借鉴。
参考文献
[1]张建平,贺淑龙,张念来等.矮寨大桥钢桁加劲梁高强度螺栓施工质量控制[J].桥梁建设,2012,第42卷第6期:103-109.
[2]许继新,刘永生,张世明.哈尔滨松花江斜拉桥高强螺栓施工技术[J].黑龙江交通科技,2004,第12期:56-57.
[3]中华人民共和国铁道部.TBJ214-1992铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定[S].北京:中国铁道出版社,1992.
论文作者:谢铧润,李凡生,高文波
论文发表刊物:《建筑知识》2017年6期
论文发表时间:2017/6/16
标签：螺栓论文; 横梁论文; 扭矩论文; 摩擦论文; 构件论文; 系数论文; 扳手论文; 《建筑知识》2017年6期论文;