中交路桥华东工程有限公司 上海 201203
摘要：扭矩系数是高强螺栓连接副施拧过程质量控制的重要参数。对高强螺栓的施拧质量有重要影响。本文结合莫桑比克马普托大桥的实际施工，重点研究南部非洲海洋环境下温度和湿度因素对高强螺栓扭矩系数的影响，并利用扭矩系数的变化规律对实际施工过程质量控制提出合理化建议。
关键词：扭矩系数；南部非洲；海洋环境；检查扭矩
1 绪论
马普托大桥是莫桑比克首都马普托市跨越马普托湾的第一座跨海大桥，主桥采用主跨680m重力式锚悬索桥方案。锚碇型钢锚固系统锚杆与锚杆连接、锚杆与后锚梁连接均采用高强螺栓，共计约21300套。
马普托湾属热带季风气候区。每年5 月~9 月为旱季（凉干季）气温9~26℃，此季节的温度比较温和；10 月~次年4 月为雨季（暖湿季），气温28~40℃。常年平均气温为22.72℃，极端最高气温可达44.1℃，极端最低气温可达8.6℃。马普托雨季时湿度一般保持在70%~90%，旱季湿度相对较低。
项目处于马普托湾及其南北近岸地段，属潮水位涨落波动带，早晚温差及湿度变化较大。利用扭矩系数测量仪测定不同温湿度环境下扭矩系数的变化，并对测定结果进行分析，总结其变化规律；结合扭矩系数变化规律，给出对质量控制要点有针对性的合理化意见。
2 试验过程
试验器材：扭矩系数测量仪（轴力仪、轴力显示器，扭矩显示器）、电动定扭矩扳手、手动检查扳手（表盘式）、稳压电源、温湿度计、砂纸、10.9S级M22型高强螺栓（螺母和垫圈表面经磷皂化处理、螺杆表面发黑处理）等。
试验方案：试验前对施工现场从上午7：00到晚上22：00的温湿度进行为期两周的统计。根据统计结果制定了29种不同温湿度情况下测定扭矩系数的方案，见表1。
表1 扭矩系数测定方案
扭矩系数测定：每组试验采用高强螺栓连接副8套，放置于特定温湿度环境下30min。在扭矩系数试验仪上测定扭矩系数平均值，接好扭矩测试和轴力测试仪表的电源，按置零按钮，使仪表在0位状态。扭矩测试仪表使用峰值保持模式，轴力测试仪表不需要使用峰值保持模式。把螺栓及适配器放入轴力传感器，在垫圈与扭矩系数试验仪之间加垫砂纸防止垫圈转动，选择合适的定扭矩扳手控制仪的档位按下扳手开关开始拧紧，当扳手停止拧紧，扭矩仪表显示的数值，就是扭矩值，轴力仪表显示的数值就是轴力值，可根据此两值，加上螺栓的公称直径，计算出螺栓的扭矩系数。扭矩系数控制在0.110~0.150，标准偏差小于0.010。在扭矩系数测定时，螺栓预拉力值 P 应控制在表190KN~230KN范围内，超出该范围者，测得的扭矩系数无效。
图1 用扭矩系数测试仪测定扭矩系数
扭矩系数计算公式①如下：
K=
式中：
K—— 扭矩系数；
T—— 测定扭矩值，单位为N•m
P——测定轴力，单位为KN；
d——螺栓的螺纹公称直径22mm。
3 试验结果及分析
在不同温湿度环境下测定的扭矩系数，扭矩系数随温湿度变化曲线见图2、图3所示。
由图2可知，相对湿度一定时，扭矩系数K随温度的升高而逐减小，20℃~35℃时变化平缓，温度每升高10℃扭矩系数减小约6.96%，20℃以下及35℃以上时变化幅度较大变化。
图2 温度对高强螺栓扭矩系数的影响曲线
图3 湿度对高强螺栓扭矩系数的影响曲线
由图3可知，温度一定，相对湿度为20%~60%时，扭矩系数随相对湿度变化波动不大，当相对湿度为60%~90%时，扭矩系数随相对湿度的增大而逐渐减小，当相对湿度大于80%时扭矩系数急剧下降，减小幅度达4%~6%。
根据以上分析得出：
（1）相对湿度一定时，扭矩系数随温度的升高，逐渐减小；随温度的降低，逐渐增大；
（2）温度一定时，扭矩系数在一定范围内随相对湿度的升高而减小；
（3）温、湿度升高均会导致扭矩系数降低，相对湿度小于60%时，扭矩系数受温度影响较大；相对湿度大于80%时，扭矩系数受相对湿度影响较大。
4 施工质量控制及合理化建议
南部非洲滨海坏境早晚温差较大，随天气及潮汐变化相对湿度随温度变化也比较大。因此，要根据扭矩系数的变化及时调整电动扳手档位，以保证扭矩系数的稳定性。由T=P×K×d可知，扭矩系数K降低，轴力P将增大，超出其设定值；扭矩系数K升高，轴力P将减小，轴力低于设定值。早上标定扳手时温度较低，现场使用时温度逐渐升高，扭矩系数会逐渐减小，在试验室标定时扭矩标定为负误差，标定扭矩为-3.5%；下午温度逐渐降低的过程标定扭矩为正误差+3.5%，从而确保施拧质量合格。我们对一批终拧扭矩为595.98N•m，检查扭矩范围为485.30~593.14N•m的M22高强螺栓对进行跟踪试验，检查扭矩均合格。
在领取高强螺栓时应提前1小时领取，标定电动扭矩扳手试验室应与现场尽量保持相同温度，以确保扭矩系数试验数据和指导实际施工数据相一致。
南部非洲地区湿度随温度变化不规律，当温度高于45℃时，高螺栓扭矩系数变化受温度影响比较大，不利于施拧质量控制，所以要尽可能避开高温时间段进行高强螺栓施拧；在雨天或相对湿度超过70以上时，高强螺栓扭矩系数受相对湿度影响较大，应停止高强螺栓施拧。
5 结束语
由于高强螺栓表面处理方式不同，对温湿度的敏感程度不同，高强螺栓扭矩系数直接影响螺栓的施拧质量。在螺栓进场、储存、安装及施拧整个过程中注意环境因素对扭矩系数稳定性的影响，确保螺栓轴力满足设计要求。本文针对高强螺栓螺母和垫片磷皂化处理、螺杆发黑处理的连接幅，环境因素对高强螺栓扭矩系数的影响进行了研究，为以后南部非洲海洋坏境下更多工程质量控制提供借鉴。
参考文献：
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[3]江华生，吴金才.螺栓扭矩系数影响因素的研究及应用[[J]. 2012.10.
[4]马永兴.钢析梁拼装高强度螺栓冬期施拧扭矩系数调整[J]. 2008.
作者简介
张学斌：男、1991.12、本科，助理工程师、中交路桥华东工程有限公司
黄晓星：男、1989.02、本科，助理工程师、中交路桥华东工程有限公司
论文作者:张学斌,黄晓星
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：扭矩论文; 系数论文; 螺栓论文; 相对湿度论文; 温度论文; 马普托论文; 温湿度论文; 《基层建设》2018年第23期论文;