公路钢桥高强度螺栓检测技术全套.docx

公路钢桥高强度螺栓检测技术全套一、螺栓、螺栓连接分类1、螺栓连接机理1）高强度螺栓连接副及其分类国内最常用的有大六角头和扭剪型两种高强度螺栓连接副两种，公路钢桥常用：大六角头高强螺栓。目前常用的是8.8S和10.9S两种，在新修订的JGJ82-2011中列入了12.9级的高强度螺栓。螺栓的性能等级含义：其中第一位数字代表螺栓材质标称抗拉强度值等级，后面的两位代表该材质的屈强比（屈服强度与抗拉强度的比值）。大六角头高强度螺栓每一连接副包括1个螺栓、1个螺母、2个垫圈，并应分属同批制造。螺栓、螺母、垫圈在组成一个连接副时，其材料以及性能等级要匹酉己。10.9S10H8.8S-8H°大六角头高强度螺栓连接副2）螺栓连接的分类普通螺栓连接和高强螺栓连接：区别关键是看是否要求螺栓施加一定的紧固轴力（预拉力）。即便是采用了高强度螺栓（一般为8.8S）,不要求预拉力，也不是高强螺栓连接，比如桥梁护栏的地脚螺栓，采用的8.8级的高强螺栓，但不是高强螺栓连接。3）高强度螺栓连接的分类摩擦型连接：以摩擦力刚要克服为极限承载力。承压型连接：节点板滑动后，孔壁承压、栓杆受剪破坏为极限承载力。抗剪连接：高强螺栓摩擦型连接和承压型连接。4）传递沿螺栓轴方向拉力的受拉连接接头。受剪与受拉传递力的方向不同，在利用拧紧高强度螺栓所得紧固轴力方面是相同的。高强度螺栓连接接头示意5）高栓受剪接头受力阶段（1）阶段（一）为静摩擦抗滑移阶段，即摩擦型连接工作阶段。（2）阶段（二）为主滑移阶段。（3）阶段（三）为摩擦承压阶段。（4）阶段（四）为接头极限破坏阶段。高强度螺栓受剪连接接头典型荷载一变形曲线2、扭矩法紧固原理施工扭矩与螺栓轴力（预拉力）的关系T=KPd式中：P,螺栓预拉力；d,螺栓公称直径；K,扭矩系数。由式可知，螺栓连接副有相同的扭矩系数K,对螺母施加一定的扭矩值就可以得到设计所要求的预拉力，因此，控制一批螺栓连接副扭矩系数（平均值和变异系数）稳定，是扭矩法施工的关键。扭矩系数：是螺杆、螺母、垫圈的总使用性能（连接副总体性能）;是厂家按每批号提供质量的保证。规范规定：高强度螺栓连接副施拧前，应在施工现场按出厂批号分批测定其扭矩系数。每批号的抽验数量应不少于8套，其平均值和标准偏差应符合设计要求；设计未要求时，平均值偏差应在0.110.15范围内，其标准偏差应小于或等于0.010o3、涉及的规范1）制造规范高强度螺栓连接副材料的质量及检验应符合现行钢结构用高强度大六角头螺栓(GB/T1228),钢结构用高强度大六角螺母(GBT1229)钢结构用高强度垫圈(GB/T1230)、钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件(GB/T1231)及钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T3632)的规定。目前在做的一项工作是，编写新的GB/T1231-202×,替代GB/T12281231-2006,11月1日，紧固件标准化委员会已经开过审查会。2)施工与检测公路钢结构桥梁制造和安装施工规范(JTG/T36512022)未包含扭剪型高强度螺栓公路桥涵施工技术规范(JTG/T36502020)钢结构高强螺栓连接技术规程(JGJ822011)计划今年局部修订稿开审查会客货共线铁路桥涵工程施工技术规程(Q-CR-9652-2017)o3)规范修订主要内容（1） JGJ82局部修订重要内容钢结构高强度螺栓连接技术规程改为钢结构高强度螺栓连接技术标准；增加运维、拆除的内容，适用范围扩展到全寿期、钢桥；补充Q355,与现行规范和标准保持同步；抗滑移系数值基本不变，但与钢种脱钩；螺栓最小容许间距由3.0d0下调到2.5d0:现在的工具比以前小了；施工可操作空间尺寸调整；增加法兰连接内容；明确量化大六角和扭剪型螺栓连接副同样的初拧扭矩值；紧固质量检查中，将拧松角度适当减小由600变为（30-450）；将受拉接头、端板接头及法兰接头中关于撬力计算内容集中纳入附录C；其他修改、文字用语等修改完善内容。（2）同时拟增加其他类型高强度紧固件连接技术要求：螺栓球网格结构（网架）用高强度螺栓连接；钢结构用高强度单向螺栓连接；钢结构用高强度环槽螺栓（钾钉）连接；钢结构用12.9级高强度螺栓连接；钢结构用热浸镀锌高强度螺栓连接；高强度螺栓连接钢结构用载荷指示垫圈紧固法。（2） GB/T1231-202×的修订内容增加了螺栓连接副中大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈的规格M33和M36；增加了垫圈型式；增加了所用材料；修改了螺栓试件机械性能中抗拉强度、断面收缩率、吸收能量规定；修改了10.9S螺栓楔负载试验拉力载荷上限和芯部硬度上限的规定；修改了IOH螺母的硬度规定；扭矩系数标准偏差更改为变异系数要求，增加了扭矩系数试验中变异系数的计算方法；改了进行扭矩系数试验时，螺栓预拉力的控制范围；增加了扭矩系数试验拧紧螺母转速的要求。二、新建桥梁螺栓检测1、规范规定(1)公路桥涵施工技术规范(JTG/T3650-2020)(2)公路钢结构桥梁制造和安装施工规范("G/T36512022)高强度螺栓连接副的紧固宜采用扭矩法施工；检查和验收可采用“松扣回扣法(30度)”，当试验数据足够且准确时，也可采用“紧扣法”。2、质量检验对高强度螺栓施拧施工质量的检查应按自检、专检、监理工程师检查的程序进行。专检应由专职质量检查人员进行。对初拧扭矩的检查应为每个栓群和节点高强度螺栓数量的100%；终拧扭矩应抽检总数的5%,且对主桁节点、板梁和箱梁主体以及纵横梁连接处应不少于2套，其余节点应不少于1套。高强度螺栓连接副的初拧质量检查应符合下列规定：(1)初拧后的全部高强度螺栓连接副应采用敲击法逐个进行检查。（2）采用质量约03kg的小铁锤，敲击螺母对边的一侧，用手指紧按住螺母对边的另一侧进行检查，颤动较大者即认为不合格,应予复拧。对复拧质量的检查应与初拧质量检查的要求一致。高强度螺栓连接副的终拧质量检查应符合下列规定：（1）对终拧后的全部高强度螺栓连接副，应逐个检查初拧或复拧时所做的油漆标记，是否发生错动，以此判断终拧时有无漏拧。（2）高强度螺栓连接副终拧到位后，外露的丝扣数不得少于2个。（3）终拧扭矩检查应在螺栓终拧Ih之后、24h以内完成。（4）对每栓群或节点进行检查的螺栓，其不合格率不得超过抽检总数的20%；超过时，应继续抽检，直至累计合格率达到80%为止。高强度螺栓连接副的终拧质量检查方法：检查终拧扭矩时宜采用“松扣回扣法”。检查时应先在被检的螺栓与螺母上划出标记线，然后将螺母拧松退回30。，再采用检查扳手将螺母重新拧至原来位置，使所划标记线重合，测定并记录此时的扭矩值，该扭矩值在（0.91.1）检验扭矩范围内时判定为合格。采用“紧扣法”检查终拧扭矩时，应在检查前通过试验确定紧扣检查扭矩；且在测定紧扣检查扭矩时，应确认高强度螺栓预拉力的误差在设计预拉力的2%范围内。检查时，测得螺母与螺栓发生微小相对转角时的扭矩值在0.91.1倍紧扣检查扭矩范围内时，应判定为合格。3、信息化施工将传感器、自动识别、自动感应、自组网等物联网技术应用到电动扳手、螺栓检测试验设备、螺栓仓储管理、螺栓施拧管理等各个方面。改进拧紧工具一通过扳手输出数据的上传，判定是否施拧到了要求的扭矩。扭矩法无法解决这些问题，需要扭矩+转角监控。扭矩精准控制+初拧到终拧角度概率控制。(I)数字化桥梁施工管理系统从螺栓入库出库、扳手管理、施工计划、施工质量管理和试验室管理的施工质量管理平台。(2)手机APP实现扳手与数据平台的连接信息化定扭矩电动扳手，加装了扭矩传感器、角度传感器和信息收发模块，实现了扭矩、角度的采集和收发。三、服役桥梁螺栓检测与监测1、问题的提出近年来，我国建设了许多螺栓连接的钢桥，螺栓用量数巨大。其中浙江台州路泽太高架螺栓用量223万套、彭埠大桥螺栓用量接近100万套、河南安罗高速螺栓用量超300万套。但调研发现，国内钢结构桥梁的高强度螺栓普遍出现不同程度的锈蚀、松动、甚至断裂。公开得报道显示，浙江、江苏、湖南和贵州均有多座钢桥螺栓脱落上百颗，甚至上千颗。新桥高栓施工依据公路钢结构桥梁制造和安装施工规范(JTG/T3651-2022),服役桥梁高强螺栓的检测、监测与运维尚无具体的规范规定。(1)某钢桁架桥，2014年通车，三跨下承式钢桁架连续梁桥,全桥共有高强度螺栓109922套。2022年进行了专项检测。检测结论：共检测149个螺栓扭矩值，其中，实测扭矩值偏差在±10%以内的共计57个，合格率为38.26%。处治建议：增补缺失和松动的螺栓，并施拧至设计值。2023年全桥螺栓替换服役螺栓测扭矩？合格的标准?（2）某特大桥的钢桁梁，2015年通车，一直有螺栓脱落。截止2022年4月，累计断裂905颗高强螺栓，2023年2月又检查出195颗螺栓脱落。近三年内的月均断裂螺栓20颗左右。对全桥主桁3类节点高强螺栓脱落位置及数量进行了统计，节点1高强螺栓累计脱落151颗，节点2高强螺栓累计脱落34颗，节点3高强螺栓累计脱落10颗。（3）某公路桥，建成后10年未通车，通车前进行检测。全桥共7536套螺栓，按5%抽查螺栓扭矩。该桥采用的高强螺栓规格为M2410.9s,根据钢结构高强度螺栓连接技术规程（JGJ82-2011）测试方法及合格标准，可计算扭矩合格范围为534.6891N.mo检测结果：合格率12.8%。螺母、螺栓头和外露丝扣部分锈了会不会影响受力？怎么检测栓杆有没有锈蚀、锈蚀的程度？这座桥螺栓为啥断了，会不会继续断？咋才能监测螺栓松动、及时发现螺栓断裂?这都是服役高强螺栓运维技术可以回答的问题。2、高强度螺栓病害调查(1)断裂从国内文献来看，钢桥断栓率为万分之一量级，短螺栓断裂占比较高，上下平联、风撑处断裂螺栓数量较多。1)某48+180+48三跨连续钢桁拱桥M22M30o2)某跨度55米的钢桁架桥，上部结构螺栓用量为1.9748万，均为M24螺栓，共缺失螺栓47颗，检查到断裂螺栓30颗，断栓率0.235%。其中E类断裂占73%o应力腐蚀断裂，缺陷可能由垫圈刮伤螺纹引起。3)某特大跨度悬索桥的钢桁架梁，上部结构螺栓用量为26.7364万，均为M24螺栓，共缺失螺栓超过100O颗，断栓率0.38%。其中C类断裂占71%。经过分析后，也认为是应力腐蚀断裂。(2)锈蚀首先要明确螺母、螺栓头和外露丝扣部分的锈蚀，与内部栓杆的锈蚀不能等同。如果不拆螺栓，能不能检查螺栓有没有锈呢，锈蚀程度怎么样呢？（3）松动新建桥梁，检测的是终拧扭矩，终拧扭矩符合要求，就默认为预紧力符合要求，也就是设计值的±10%以内。由上式可知，影响螺栓预拉力与扭矩的因素比较多。对服役钢桥单纯采用扭矩评定不适用。如果用预拉力，那么就面临±10%作为判定合格标准可不可以的问题？答案是：不可以。有提出15%（铁路桥梁维修规则），根据我们对几座桥的实测,在施工正规的情况下，合格标准是：±20%范围内，80%的螺栓合格（28定律）。3、螺栓内部缺陷检查当有螺栓脱落时，我们迫切希望能把可能断裂的螺栓找出来，消除安全隐患。当有螺栓锈蚀时，我们希望不拆螺栓来检测内部缺陷。全聚焦超声相控阵实时成像检测技术为了验证该方法的精度，我们做了如下的验证：人工模拟螺栓裂缝的面缺陷，采用线切割机床切割了不同深度的面缺陷，切口宽度0.15mm。螺栓头表面查干净，耦合剂均匀涂抹，超声探头与栓头贴合就可以显示缺陷位置。由图中可知，缺陷在深度50mm左右位置，可清晰看到刻槽深度Imm和2mm的区别。仪器可以探测Imm缺陷。螺栓1(Imm)螺栓2(2mm)螺栓11、3和12分别为A、B和C处缺陷4mm。由图可知，全聚焦测量方式未能发现A处的裂缝，原因是该处存在几何尺寸的突变。对B和C处的缺陷能够准确的识别。4、服役高栓轴力.扭矩综合评定方法服役桥梁高强度螺栓如何检测紧固力？现在工程中把这个问题转变为测扭矩。比如：T=O.1322524=702*1.l=772Nm,扭矩系数是假设的？规范规定，在终拧完毕后，124小时内检查扭矩有效。检测结论是错误的测量服役螺栓的轴力（预拉力）是唯一能判断螺栓紧固力是否满足规范要求的方法。（1）用什么方法测？应变片、压力环和超声法。超声法分为单波（纵波）法和双波（纵横波）法。（2）如何判定是否合格?看标准±10%,看文献就会迷惑，看试验数据，那±2%都有。我们做了几座桥的现场实测。±20%,80%合格作为判定依据。对特大桥可以有更高要求，超声法直接、慢；扭矩法间接、快。有没有可能将二者结合起来呢？轴力一扭矩检查法：（1）按螺栓长度为批次，选取35颗螺栓进行超法标定；（2）测量同批次、典型节点少量螺栓的轴力和扭矩；（3）建立轴力一扭矩的关系（一般比较离散，要做处理）得到合格扭矩范围；（4）采用自动检查扳手检查螺栓扭矩。我们选择一座服役15年钢桥的实测数据分析螺栓超声标定，现在有个即将发布的国标，紧固件轴向应力超声测量方法（计划号20204710-T-604）需要说明的是：用拉伸机标定和施加扭矩的标定，结果差不多，都可以。高强螺栓检查和验收可采用“松扣回扣法”，当试验数据足够且准确时，也可采用“紧扣法”。紧扣法：当螺母与螺栓发生微小相对转角时的扭矩值即为检查扭矩。问题微小相对转角是多少？松扣回扣法：退回30。，再拧至原来位置，记录此扭矩值。需要3-4名工人，高空用力危险、受工人影响大。数字化电动检查扳手，能精准测得转动到某一角度，扳手输出的扭矩，显示/上传系统。紧扣法：紧0.5L5度，工人操作，锂电池供电。松扣回扣法：可以设为松1560度的任何角度，锂电池供电优点：电动、角度精确、拧紧速度固定、省时省力、提高功效10倍以上、大幅度降低检查费用。(1)M22高强螺栓预拉力与终拧扭矩关系分析。若按预估的扭矩值T=O.1319022=543.4,±20%(434.7,652),合格率为2%,剩余2%是误判为合格的。新方法，±20%(631.9,947.1),合格率为98%,误判为合格的螺栓占比：28%,实际合格率70%。(2)M30高强螺栓预拉力与终拧扭矩关系分析。若按预估的扭矩值，T=0.1335030=1368±20%(1092,1638),合格率为54%,其中9.2%误判为合格。新方法，±20%(1416.8,2129.1),合格率为88.5%,也存在误判，其中3.4%误判为合格,3.4%误判为不合格，也就是说实际合格率为88.5%。从M22的螺栓来看，轴力.扭矩综合法判定螺栓紧固性能效果比扭矩法是有一定的提高，但效果还不好。原因分析：测出来的螺栓预拉力离散性就很大(0.8倍至L2倍设计预拉力之间占比47.3%),不符合“28定律”。从M30的螺栓来看，轴力-扭矩综合法就非常好。M30的0.8倍至L2倍设计预拉力之间占比80.83%,符合“28定律”。又在其他五座桥上进行了测试，可以得到类似的结论：预拉力符合“28定律”的，采用轴力扭矩综合评定法效果很好。5、服役高栓(连接)监测技术(1)实验室环境测试(2)现场环境试验(3)工程应用采用图像识别的技术，能及时发现松动和即将断裂的螺栓以及节点板滑移。效率比现有人工敲击、预拉力检测高100倍。通过三种方案，实现全桥螺栓监测：典型、关键节点的定机位监测，全桥螺栓的定期检测，隐蔽部位、狭小空间的手持检查。公路钢桥螺栓的断裂以应力腐蚀断裂为主。全聚焦相控阵技术可用于检测螺栓内部缺陷。对服役钢桥，不能单纯采用扭矩检查法判定螺栓状态，要采用轴力一扭矩综合法。基于图像识别的服役高强螺栓监测/巡检技术已经应用于实桥。