河南專業(yè)做鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接面抗滑移系數(shù)試驗的機構(gòu)/檢測站4006008589 
摘 要:探討了鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接面抗滑移系數(shù)試驗的過程質(zhì)量控制,并解決了試驗中的一些實際問題。 
關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu) 高強螺栓 摩擦面 抗滑移系數(shù) 
1 高強度螺栓連接面 
111 高強度螺栓 我國的普通螺栓有粗制螺栓(C級)和精制螺栓 (A級和B級)。 粗制螺栓的螺桿直徑公差較大,需要螺栓孔直徑大于桿徑1～2mm才易裝上。由于受剪連接可能產(chǎn)生滑移現(xiàn)象,所以標準規(guī)定用于非受力構(gòu)件和安裝螺栓。 精制螺栓的螺桿直徑公差較小,無正公差,與螺孔密切配合(螺孔直徑比螺桿直徑大013mm)可用于主要受力構(gòu)件。 在鋼結(jié)構(gòu)連接中極少采用普通螺栓。我國的高強度螺栓,精度高于粗制螺栓而低于精制螺栓,與螺孔不能密切配合,只能當粗制螺栓使用。由于其螺孔直徑較大,要保證使用中不產(chǎn)生滑移現(xiàn)象,就應保證預拉力和摩擦面。 我國現(xiàn)有兩種高強度螺栓連接副:扭剪型高強度螺栓連接副(GB3632-3633)和大六角頭高強度螺栓連接副(GB1228-1231)。 
112 高強度螺栓連接形式 從設計的角度,高強度螺栓的連接形式(按承載 方式劃分)分為兩種:摩擦型連接和承壓型連接。 高強度螺栓摩擦型連接:通過連接的板層間的抗滑力來傳遞剪力,按板層間出現(xiàn)滑動作為其承載能力的極限狀態(tài)。這種螺栓亦稱為摩擦型高強度螺 栓,適用于重要結(jié)構(gòu)和承受動力荷載的結(jié)構(gòu),或用于可能出現(xiàn)反向內(nèi)力的構(gòu)件的連接。其孔徑比公稱直徑大115～210mm。 高強度螺栓承壓型連接:以連接板層間出現(xiàn)滑動作為正常使用(即在荷載標準值作用下)的權(quán)限狀態(tài),而以連接的破壞(螺栓或板件的破壞)作為其承載能力的極限狀態(tài)。這種螺栓亦稱為承壓型高強度螺栓,其計算方法與構(gòu)造要求與普通螺栓相同,可用于允許產(chǎn)生少量滑移的靜載結(jié)構(gòu)或間接承受動力荷載的構(gòu)件。當某一方向產(chǎn)生較大滑移時,可采用長圓孔。采用圓孔時,其孔徑比螺栓公稱直徑大110～115mm 
。 兩種連接式比較:由于承壓型螺栓孔的孔徑比摩擦型的小015mm,連接的整體性和剛度也比摩擦型的差,且變形較大,強度儲備相對較低,因此在重要結(jié)構(gòu)以及承受動荷載的結(jié)構(gòu)中不許采用承壓型螺栓。而在材料、預拉力、接觸面的處理以及施工要求等方面,承壓型連接和摩擦型連接均無差異。 
113 高強度螺栓摩擦面的處理 按照美國規(guī)范,高強度螺栓連接的接觸面的涂裝應經(jīng)過試驗確定。因此,其摩擦系數(shù)的大小,應根據(jù)實際的表面處理情況進行試驗確定。 我國高強度螺栓摩擦面常用的處理方式有3種:噴丸或噴丸后生赤銹,保證0145的摩擦系數(shù);噴砂后熱噴鋁(或鋅),保證0140的摩擦系數(shù);噴砂后噴涂富鋅漆,保證0135的摩擦系數(shù)。 
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2 高強度螺栓連接面抗滑移系數(shù)試驗 
211 試驗要求 1)每種表面處理工藝需作3組試件; 2)抗滑移系數(shù)試驗應采用雙摩擦面的兩栓或三 栓拼接的拉力試件,試件根據(jù)設計圖紙制作; 3)抗滑移系數(shù)試驗采用的試件與所代表的構(gòu)件應為同一材質(zhì)、使用同一性能等級、同一直徑的高強度螺栓連接副; 4)試驗采用的試驗機誤差應在1%以內(nèi);5)試驗采用的貼有電阻片的高強度螺栓、壓力傳感器和電阻應變儀應在試驗前用試驗機進行標定,其誤差應在2%以內(nèi)。 
212 試驗步驟21211 試件的制備 試件表面應平整、干燥、無油污、孔和板的邊級無飛邊、無毛刺。 試件厚度差應小于1mm;接觸面間隙應小于1mm。 21212 試件摩擦面的表面預處理 按照設計要求控制試件摩擦面的預處理施工質(zhì)量,預處理完畢后,試件應進行表面清潔度、粗糙度評定。 
21213 試件摩擦面的涂層施工 涂層施工完畢后,應進行涂層外觀、厚度、粗糙 度等項目的檢測。 
21214 高強度螺栓初擰、終擰 先將沖釘打入試件孔定位,然后逐個換成裝有壓力傳感器或貼有電阻片的高強度螺栓。高強度螺栓的初擰扭矩為終擰扭矩的50%左右。高強度螺栓連接副的初擰、終擰應在同一工作日內(nèi)完成。 高強螺栓的擰緊順序,應從試件中間到兩邊依次進行。 終擰時,施工扭矩應連續(xù)、平穩(wěn)、螺栓、墊圈不得與螺母一起轉(zhuǎn)動,如有轉(zhuǎn)動應更換高強度螺栓。 對裝有壓力傳感器或貼有電阻片的高強度螺栓,采用電阻應變儀實測控制試件每個螺栓的預拉力值應在0195P～1105P(P為高強度螺栓設計預拉力值)之間。 當高強度螺栓終擰后,用013mm厚的塞尺插入 板縫深度不超過20mm。 
21215 試件的拉力試驗 試驗時,要求試件的軸線與試驗機夾具中心嚴格對中。 在試件側(cè)向畫上刻度,以測量試件的滑移和變形情況。在試驗機的上下夾具上安裝位移計,以測量試件的整體變形情況。 加載時,應先加10%的抗滑移設計荷載值,停1min后,再平穩(wěn)加載,加載速度為3～5kN/s。拉伸至滑動破壞,測得滑移荷載NV。 試驗過程中,當發(fā)生下述情況之一,其對應的荷載可定為試件的滑移荷載: 1)試驗機發(fā)生回針現(xiàn)象;2)試件側(cè)面畫線發(fā)生錯動; 3)X2Y記錄儀上變形曲線發(fā)生突變;4)試件突然發(fā)生“嘣”的響聲。 抗滑移系數(shù),可根據(jù)滑移荷載NV和螺栓預拉力P的實測值,按下式計算(取兩位有效數(shù)字): μ=Nv/(nf ∑m i=1 Pi ) 式中 Nv———由試驗測得的滑移荷載,kN; nf———摩擦面面數(shù),雙摩擦面取nf=2; ∑m i=1 P i ———試件滑移一側(cè)高強度螺栓預拉 力實測值之和(或同批螺栓連接 副的預拉力平均值)(取3位有效數(shù)字),kN; m———試件一側(cè)螺栓數(shù)量,雙栓時m=2, 三栓時m=3。 試驗過程中,若一側(cè)摩擦面發(fā)生滑移(滑動失效),拉力機出現(xiàn)回針,應繼續(xù)加載,待到另一側(cè)摩擦面也發(fā)生滑移時(此過程滑動失效側(cè)的螺栓承受剪力),試驗結(jié)束。應分別按上式計算出摩擦面的抗滑移系數(shù)μ值。 
21216 摩擦面抗滑移系數(shù)試驗的試驗報告內(nèi)容 試件的制作質(zhì)量、試件摩擦面的表面預處理施工質(zhì)量、試件摩擦面的涂層施工質(zhì)量、高強螺栓初擰、終擰施工質(zhì)量和試件的拉力試驗。 
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3 高強度螺栓連接面抗滑移系數(shù)試驗時應注意的 問題 
311 試件摩擦極限拉力值F的選取 試件的摩擦極限拉力值F為:F=μnfPm式中 μ———為摩擦面設計抗滑移系數(shù); nf———摩擦面面數(shù),雙摩擦面取nf=2;P———螺栓設計預緊力,kN; 
m———試件一側(cè)螺栓數(shù)量,雙栓時m=2; 三栓時m=3。 其中應選取略大的摩擦面設計抗滑移系數(shù)μ值。例如,生赤銹摩擦面μ選為0150;熱噴鋁(或鋅)摩擦面μ選為0145;噴涂富鋅漆摩擦面μ選為0150。 國內(nèi)省級試驗單位的拉力機多為100t級,因此一般情況設計拉力值F應低于800kN(100t拉力機極限荷載的80%),否則會增加試驗費用和時間。 100t級拉力機鉗口極限距離為900mm,故試件 的總長應低于850mm; 
且試件兩端夾持長度應不小 于 
150mm 
;夾具夾持長度100mm,過渡區(qū)50mm。 
312 試件有效截面積的選取 試件的設計有效截面積應保證在達到設計抗滑移系數(shù)前試件不發(fā)生塑性變形,即T>F。其中F為試件的摩擦極限拉力值,T為試件的抗拉極限拉力值。 試件的抗拉極限拉力值T=σsA,其中,A為試件有效截面積。 實例:三栓試件(見圖1) 
,采用<30mm螺栓,螺栓預緊力355kN,孔徑<33mm,試件抗拉極限σs為345MPa,設計μ值為0145。 圖1 三栓摩擦面抗滑移試件  試件的抗拉極限拉力值T為:T=σsA= 900145kN 試件的摩擦極限拉力值F為:F=μnfPm=958150kNT<F,即設計有效截面積未達到設計抗滑移 系數(shù)前試件已發(fā)生塑性變形,故該試件設計不合理(有效截面積偏低),得不到實際的抗滑移系數(shù)μ值。 (上接第396頁) 列,國外軟件中比較好的是SAP2000、STAAD/CHI2NA。 
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7 結(jié) 語 多層鋼框架設計主要包括以上幾個部分。從結(jié) 構(gòu)設計本身來說多層鋼框架設計和混凝土設計方法基本一致,從結(jié)構(gòu)整體到局部,從具體構(gòu)件到節(jié)點設計,但鋼結(jié)構(gòu)也有其特殊的地方,如構(gòu)件的穩(wěn)定驗算等。總之,在多層鋼框架結(jié)構(gòu)整體性有保證的前提 下,應該做到以下4點:1)強柱弱梁;2)強剪弱彎;3) 強壓弱拉;4)強節(jié)點弱構(gòu)件。 
參考文獻 1 GB40017-2003鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范2 GB50011-2001建筑抗震設計規(guī)范 3 宋曼華,柴 昶,武人岱1鋼結(jié)構(gòu)設計與計算1北京:機械工業(yè)出 版社,2000 4 陳紹蕃1鋼結(jié)構(gòu)1北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998 
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