高强度螺栓连接施工作业指导书要点.doc

中国水利水电第四工程局有限公司
金沙江白鹤滩水电站 1#~2#缆机安装工程

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

批准：

审查：

复核：

编写：

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

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
螺 母
垫 圈
8.8级
8H
HRC35~45
10.9级
10H
HRC35~45

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
12
16
20
22
24
27
30
螺距
1.75
2
2.5
2.5
3
3
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。

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；
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
螺栓公称直径（mm）
M16
M20
M22
M24
M27
M30
8.8s
75
120
150
170
225
275
10.9s
110
170
210
223
320
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。
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
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：

高强度螺栓拧紧顺序
节点型式
图示
说明
板式节点
接合部

从中部螺栓向两端螺栓紧固
箱形部件
节点接合部

A、B、C、D螺栓群的紧固，沿箭头方向进行
H型钢
紧固顺序

按下列顺序紧固：
1、柱侧连接板
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。
（六）、施工程序
a、大六角头高强度螺栓施工工艺流程
领用螺栓
工具的准备
螺栓准备
摩擦面准备
六角头螺栓
工具准备
准备紧固工具
工具调整
工具检查及管理
普通螺栓准备
六角头高强度
螺栓准备
领取螺栓
螺栓的管理
螺栓的管理
摩擦面处理
组合部件装配
部件组装
紧固作业
装配精度
紧固的轴力
初 拧
六角头高强度
螺栓安装
紧固检查
紧固完了检查
过程检查
扭矩检查

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。

式中 ——施拧扭矩（N.m）；
——高强度螺栓的公称直径（mm）；
——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：

式中 ———紧固轴力的变异系数；
————紧固轴力的标准；
————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。
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；
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
桅杆吊桁架-A
螺栓批号、规格
拧扭系数平均值K
螺栓总套数
抽检螺栓套数
终拧扭矩
检查扭矩
M24*75-10.9
0.125
1616

670
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
合格
终拧时间

检查时间

终拧环境温度

检查环境温度

建设单位
监理单位
施工负责人
施工员
质检员

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
桅杆吊桁架-B
螺栓批号、规格
拧扭系数平均值K
螺栓总套数
抽检螺栓套数
终拧扭矩
检查扭矩
M24*75-10.9
0.125
1616

670
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
合格
终拧时间

检查时间

终拧环境温度

检查环境温度

建设单位
监理单位
施工负责人
施工员
质检员

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