1、高強度螺栓連接摩擦面抗滑移系數偏低的因素及對策施俊 江南造船 (集團) 責任有限公司 ,上海 201913 摘 要 :闡述了高強度螺栓摩擦連接的應用機理及摩擦系數對摩擦連接滑動承載能力的影響 ; 指出鋼材的強度及摩擦面的狀態是影響摩擦系數值的兩大因素 ;介紹了試件蕊板 、復板厚度的確定及摩擦面的處理方法及工藝 。關鍵詞 :高強度螺栓連接副 ;抗滑移系數 ;蕊板 ;復板 ;摩擦面文獻標志碼 : a文章編號 :100120777 (2011) 0220020203the discussion on the lo wer ant i2sipping rat io ofhigh strength bo

2、lts frict ion surfaces h i j un(j ia ng na n ship ya r d ( gro up ) co1 ,l t d1 , sha nghai 201913 ,china)abstract : the mecha ni sm of high st rengt h bolts f rictio n and t he eff ect s upo n f rictio n slip s loading a bilit y of f rictio nratio were ela bo rated. it i s indicated t hat t he stee

3、ls intensit y and f rictio n surfaces state a re t wo f acto r s w hich aff ect t he f rictio n ratio . and met hods of choo sing sample of co re board and cover boards t hickness , as well as t he technology of f riction surface were int roduced.key words : joi nt of high st rengt h bolt ;a nti2sli

4、pping ;co re boa r d ;co ver boa r d ;f rictio n surf ace高強度螺栓連接具有強度高 , 施工簡單 、方便 、效率高等優點 , 在國內外各種鋼結構工程中 有著廣泛的應用 。高強度螺栓連接分摩擦連接 、張拉連接和承壓連接 3 種 , 鋼結構工程中應用得 比較多的連接方式為摩擦連接 , 其基本原理是靠高強度螺栓緊固產生的強大夾持力夾緊板束 , 依 靠板束間接觸面產生的摩擦力傳遞與螺桿軸垂 直方向的應力 。二大因素 ,并提出相應對策 。摩擦連接滑動承載能力按下式計算 :n = n m f p式中 : n 為滑動承載能力 ( kn ) ; n 為傳

5、遞 n 力的螺 栓數量 ; m 為摩擦面數 ; f 為摩擦系數 ; p 為高強度螺栓連接副預拉力 ( kn) 。傳遞 n 力的螺栓數量、摩擦面數在構件設計時 已經確定 。gb50205 - 2001鋼結構工程施工質量 驗收規范中規定 : 必須從進廠的螺栓批中隨機抽 取 ,每批應抽取 8 套連接副進行高強度螺栓預拉力 復驗 ,螺栓連接副的預拉力平均值應符合相應強度 等級、相應規格高強度螺栓的技術指標 。由以上的分析得知 , 摩擦連接的滑動承載能力與板束間摩擦系數成正比 , 并取決于摩擦系數 值的大小 。因此 , gb5 0 2 0 5 - 2 0 0 1鋼結構 工程 施工質量驗收規范中規定 :

6、鋼結構制造廠和安 裝單位應分別以鋼結構制造批為單位進行抗滑 移系數試驗 。板材在拉伸過程中所表現出來的板材間開始滑移時的摩擦系數稱為高強度螺栓 接觸面的抗滑移系數 。抗滑移系數試驗的目的 是使其接觸面處的抗滑移系數達到設計要求的 額定值 ,一般為 0 . 4 5 0 . 5 5 。抗滑移系數試驗采用雙摩擦面的二拴拼接的拉試件芯板及復板厚度的確定筆者參與過盧浦大橋 、浦東國際機場和國家 體育場等鋼結構工程高強度螺栓連接摩擦面的 抗滑移系數檢驗 ,發現有很多試件的抗滑移系數 達不到設計要求的額定值 125 , 而抗滑移系數試 驗用的試件都能按 gb5 0 2 0 5 - 2 0 0 1鋼結構工程

7、施工質量驗收規范中的規定 , 由制造廠加工 , 試 件與所代表的鋼結構構件為同一材質 、同批制作 和采用同一摩擦面處理工藝 , 使用同批 , 同一性 能等級 的 高 強 度 螺 栓 連 接 副 , 在 同 一 條 件 下 存 放 。達不到設 計 要 求 的 額 定 值 , 排 除 了 檢 測 設 備 、儀器以及檢測過程中造成的誤差 。經觀察 、 分析和研究后認為 , 試件蕊板和復板的厚度與摩 擦面的處理方法及工藝是影響抗滑移系數值的1作者簡介 :施 俊( 1957 ) ,女 ,工程師 ;e2ma il :wjzho ng500 si na . co m ;收稿日期 :2010209204第 2

8、 期施俊 :高強度螺栓連接摩擦面抗滑移系數偏低的因素及對策21 力試件 ,見圖 1 。摩擦面的處理方法及工藝高強度螺栓連接的鋼材摩擦面處理通常有噴砂 (丸) 、酸洗和砂輪打磨 3 種方法。根據有關資料報 導 ,必須滿足噴砂 (丸) 、酸洗和砂輪打磨等加工方法 的技術參數及工藝要求 ,進行表面處理后 ,在大氣條 件下放置 20 天 ,使試件表面生成浮銹 ,試件接觸面的 抗滑移系數才有可能達到 0 1 4501 55 這樣的值。21 1 噴砂 (丸)噴砂 (丸) 是利用空壓機壓縮空氣為動力噴砂 (丸) ,處理鋼材表面 ,使摩擦面達到一定的粗糙度。為 了使噴砂(丸) 達到預期效果 ,經大量試驗 ,規

9、定空壓機 的工作壓力為 0178 mpa ,噴砂 (丸) 機的工作壓力為0159 mpa 左右 ,石英砂的粒度 11 54 mm ,噴嘴直徑為810 mm ,噴嘴距鋼材表面的距離為 100150 mm ,加 工到鋼材表面呈現出灰白色。21 2 酸洗用裝滿酸液的鋼筋混凝土制品槽 ,加工鋼板表 面的摩擦面 ,其加工方法及技術參數如下 : 硫酸濃 度 (質量分數 , %) 為 18 % ,溫度 7080 ,將鋼板 表面浸入 , 停留 3040 mi n 。 將酸洗后的鋼板放入 60 左右的石灰水中中和處理。將中和處理 后的鋼板用 60 左右的清水清洗 2 3 次。 用 p h 試紙檢驗中和清洗程度。

10、21 3 砂輪打磨砂輪打磨是用手動電動砂輪機或手動風動砂輪 機打磨鋼板表面 ,砂輪打磨的方向要與受力方向垂直。打磨范圍不應小于 4 倍螺栓直徑。砂輪片為40 號 ,打磨時不應在鋼板表面磨出有明顯的凹坑。21 4 3 種處理方法后的效果對比以 q235 和 16m n 鋼板為例 ,經噴砂 ( 丸) 、酸洗 和砂輪打磨 3 種不同方式處理后 ,放置 20 天 ,生成 浮銹的抗滑移系數試驗值見表 2 。2圖 1 抗滑移系數拼接試件的形式和尺寸fig1 1 the samples type and size of anti - sl ipping ratio testgb50205 - 2001鋼結構

11、工程施工質量驗收規范中對試件的寬度作了明確規定 ,數值見表 1 。表 1 試件板的寬度ta ble 1 width of specimen plate螺栓直徑 d/ mm 162022242730板寬 b/ mm100100105110120120對試件蕊板的厚度 t1 和復板的厚度 t2 只提到應根據鋼結構工程中有代表性的板材厚度來確定 , 同時應考慮在摩擦面滑移之前 ,試件鋼板的凈面積 始終處于彈性狀態 ,未提及如何確定蕊板的厚度 t1 , 復板的厚度 t2 。使試件蕊板及復板厚度的選擇上缺 乏科學性 ,造成有些試件在摩擦面滑移之前 ,試件鋼 板的凈面積已產生了塑性變形 ,這種情況測試出來

12、 的抗滑移系數偏低是必然的。抗滑移系數根據試驗所得的滑移載荷 n v 和螺 栓預拉力 p 的實測值 ,按下式計算 :n v(1)f =nf m 1 pi =式中 : nv 為由試驗測得的滑移載荷 ( kn) ; nf 為摩擦面數 ,取 nr = 2 ; m 1 p 為試件滑移一側高強度螺栓預拉i =力實測值之和 ; m 為試件一側螺栓數量 ,取 m = 2 。根據式 (1) ,二拴拼接可得 : n v = 4 f p試驗時 ,為了保證摩擦面滑移之前試件鋼板的 凈面積始終處于彈性狀態 ,必須滿足條件 :t1 brel 4 f p t2 brel 2 f p表 2 抗滑移系數試驗值ta ble 2

13、 experimental value of anti2sl ipping parameters抗滑移系數與試驗值加工方法鋼種生銹天數變動范圍平均值即 : t1 4 f p/ brelt2 2 f p/ brel式中 : t1 為 蕊 板 的 厚 度 ( mm ) ; t2(2)(3)為 復 板 的 厚 度q23516 mn202001 56501 61901 63301 74201 58701 679噴砂q2352001 58201 69401 643酸洗( mm) ; rel 為鋼板的下屈服強度 ( m pa)式 (2) 、(3) 是保證抗滑移系數試驗成功的必要 條件。 16 mn 20

14、01 48201 638 01 576 01 58101 728q2352001 652砂輪打磨 16 mn 20 01 59401 882 01 721 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 22 物理測試第 29 卷根據抗滑移系數的設計要求 ,選定不同的鋼種和采用相應的加工方法。法及工藝進行鋼板的表面處理 ,使其接觸面處的抗滑移系數達到設計要求的額定值 。參考文獻結語在高強度螺栓連接副預拉力的條件下 ,抗滑移 系數數值即摩擦系數

15、數值愈大 ,則螺栓接觸面所能 承受的工作載荷便愈大 ,使用愈安全 。影響摩擦系 數數值的因素很多 ,鋼板的強度及摩擦面的狀態是 兩大因素 。因此 ,無論是高強度螺栓連接抗滑移系 數檢驗的試件 ,還是鋼結構工程中采用摩擦連接的 構件 ,在鋼板牌號一定的情況下 ,應根據抗滑移系數 的計算公式設計蕊板及蓋復板的厚度 ,使試件的蕊 板及復板在試驗過程中始終處于彈性狀態 ,不產生 塑性變形 。并嚴格按照高強度螺栓摩擦面的處理方3中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. gb 50205 -2001 鋼結構工程施工質量驗收規范 s . 北京 : 中國標準出版 社 ,2002 .中華人民共和國國家質量監督檢

16、驗檢疫總局. gb/ t 1231 -2006 鋼結構用高強度大六角頭螺栓、螺母、墊圈技術條件 s . 北京 :中國標準出版社 ,2007 . 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. gb/ t 3633 -2008 鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副技術條件 s . 北京 : 中國標準出版社 ,2009 . 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. gb/ t 700 -2006 碳素結構鋼 s . 北京 :中國標準出版社 ,2007 .中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. gb/ t 714 -2008 橋梁用結構鋼 s . 北京 :中國標準出版社 ,2009 . 1 2 3 4 5 物

17、理測試雜志征稿啟事物理測試由中國鋼鐵工業協會主管 ,中國鋼研科技集團有限公司主辦 ,是金屬材料檢測領域重要的專業技術刊物 之一 ( cn 1122119/ o4 ; issn 100120777) ,也是全國冶金物理 測試信息網的網刊 。1983 年雜志創刊時的刊名是冶金分析與測試 物 理測試分冊; 1986 年更名為物理測試; 從 1988 年起 , 由 國家科委和新聞出版署批準為公開發行刊物; 物理測試現 為雙月刊 ,為大 16 開 ,頁碼為 64 頁 ;期刊為自辦發行 。物理測試以“求實創新 ,服務企業”為目標 ,堅持理論 與實踐相結合 ,注重文章的學術性和應用性 ,重點報道檢測 領域內

18、的新技術 、新方法、新成果 、新設備和新標準 ,在金屬 材料檢測領域內進行學術研究 、溝通信息 、交流經驗 ,以提高 該領域的整體科技水平 。自創刊以來, 物理測試受到科研院所 、企業的開發 、生 產 、質檢科技人員和大專院校師生的喜愛 ,同時也為試驗設 備生產企業提供了展示和推廣其產品的平臺 。物理測試 已被“中國學術期刊綜合評價數據庫”、“中國核心期刊 ( 遴 選) 數據庫”、“中文科技期刊數據庫”、“中國期刊全文數據 庫”和“中國知網”收錄 。其影響因子在同類期刊中名列前 茅 。為了更好地為讀者服務 ,加強學術交流 ,特向廣大大作 者和讀者征集原創科技論文。一征稿對象在生產企業 、科研單位 、大專院校 、技術監督 、質檢商檢 等部門從事金屬材料研究 、生產 、加工和使用的的專家 、學者 、工程技術人員 、研究生、管理人員等 。二征稿范圍在金屬材料的生產和使用過程中 ,與金屬材料的檢驗和 測試相關的科學、技術