高強螺栓預張拉施工工法簡介

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《關于公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質(zhì)[2011]154號，《高強螺栓預張拉施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。 2100433B

高強度螺栓施加預拉力和靠摩擦力傳遞外力。普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力，擰緊螺帽時產(chǎn)生預拉力很小，其影響可以忽略不計，而高強螺栓除了其材料強度很高之外，還給螺栓施加很大預拉力，使連接構件間產(chǎn)生擠壓力，從而使垂直于螺桿方向有很大摩擦力，而且預拉力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響高強螺栓的承載力。

根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型.兩者計算方法不同。高強螺栓最小規(guī)格M12，常用M16~M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設計中應慎重使用。

高強螺栓是指螺栓的等級硬底等性能比較強，也叫高強度螺栓。一般是指8.8級以上的.比如說10.9級螺栓,12.9級螺栓.都是硬度性能很強的.扛扭力性能很強的.

高強螺栓長度計算

高強螺栓連接必須嚴格控制螺栓的長度。扭剪型高強螺栓的長度為螺頭下支承面至螺尾切口處的長度；對高強大六角頭螺栓應該再加一個墊圈的厚度。

高強螺栓長度一般計算式如下：

L=L'' △L

其中△L=M NS 3P

式中L—高強螺栓的長度；

L''—連接板層總厚度；

△L—附加長度，即緊固長度加長值；

M—高強螺母公稱厚度；

N—墊圈個數(shù)，扭剪型高強螺栓為1，高強大六角頭螺栓為2

S—高強度墊圈公稱厚度

P—螺紋的螺距。

高強螺栓的緊固長度加長值=螺栓長度-板層厚度。一般按連接板厚加表L的加

長值，并取5mm的整倍數(shù)。

高強度螺栓施工前，應按出廠批復驗高強度螺栓連接副的扭矩系數(shù)，每批復驗8套，8套扭矩系數(shù)的平均值應在0.110～0.150范圍之內(nèi)，其標準偏差應小于或等于0.010。其扭矩系數(shù)復檢方法按GB50205《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》規(guī)定進行。試驗后應在較短的時間內(nèi)進行高強度螺栓的安裝。

高強度螺栓的施工扭矩按下式計算確定：

Tc=1.05k·Pc·d

Tc—施工扭矩(N·m)；

k—高強度螺栓連接副的扭矩系數(shù)的平均值；

Pc—高強度螺栓施工預拉力(kN)，見表1；

d—高強度螺栓螺桿直徑(mm)；

表1 高強度螺栓施工預拉力Pc (kN)

高強度螺栓施工前所用的扭矩扳手，在使用前必須校正，其扭矩誤差不得大于±5% ，合格后方準使用。校正用的扭矩扳手，其扭矩誤差不得大于±3% 。

高強螺栓的形狀、連接構造與普通螺栓基本相同，兩者的主要區(qū)別是：普通螺栓連接依靠桿身承壓和抗剪來傳遞剪力，在扭緊螺帽時螺栓產(chǎn)生的預拉力很小，其影響不予考慮；高強螺栓連接的工作原理是有意給螺栓施加很大的預拉力，使被連接件接觸面之間產(chǎn)生擠壓力，因而垂直于螺桿方向有很大摩擦力，依靠這種摩擦力來傳遞連接剪力。高強螺栓的預拉力是通過扭緊螺帽實現(xiàn)的，普通高強螺栓一般采用扭矩法、轉(zhuǎn)角法。扭剪型高強螺栓則采用扭斷螺栓尾部以控制預拉力。

高強螺栓連接的螺栓采用10．9S級或8．8S級優(yōu)質(zhì)合金結構鋼并經(jīng)過熱處理制作而成，高強度螺栓孔應采用鉆成孔。摩擦型連接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1．5～2．0mm；承壓型連接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1．0～1．5mm。

雙向張弦鋼屋架滑移與張拉施工工法適用范圍

《雙向張弦鋼屋架滑移與張拉施工工法》適用于大跨度雙向張弦結構帶索累積滑移及預應力張拉施工。

雙向張弦鋼屋架滑移與張拉施工工法工藝原理

《雙向張弦鋼屋架滑移與張拉施工工法》的工藝原理敘述如下：

1.雙向桁架通過增加支撐點（減小跨度），可以像單向桁架一樣采用累積滑移法安裝；

2.通過加大組裝平臺寬度，增加平臺上同時拼裝桁架的數(shù)量，可以提高累積拼裝方向（滑移方向）桁架的拼裝精度，保證桁架的雙向拼裝質(zhì)量；

3.滑移時采取拖帶索的方法，既可解決桁架滑移到位后不易掛索的難題，又能保證工程質(zhì)量、安全，且減少對其他工序施工的干擾；

4.累積滑移的推進裝置采用計算機控制同步液壓爬行器；

5.通過計算機仿真模擬計算分析，確定各個張拉階段的主要控制點和相應的理論數(shù)值，得出每一步張拉各榀之間相互影響的關系和規(guī)律，給出預應力損失的數(shù)值，并最終得出每榀需要的張拉力，形成完整的張拉和監(jiān)控方案。

雙向張弦鋼屋架滑移與張拉施工工法施工工藝

• 工藝流程

《雙向張弦鋼屋架滑移與張拉施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1注：圖中縱向桁架指垂直于滑移方向的桁架，橫向桁架指平行于滑移方向的桁架。

• 操作要點

《雙向張弦鋼屋架滑移與張拉施工工法》的操作要點如下：

一、深化設計

根據(jù)設計及預應力工藝要求，計算出鋼索的下料長度，以及索體上撐桿節(jié)點的安裝位置標記點。完成鋼撐桿上、下節(jié)點和鋼桁架張拉端節(jié)點的加工圖設計。

二、施工仿真計算

針對具體工程建立結構整體模型，進行施工仿真模擬計算，得出如下結果：

1.根據(jù)設計要求的撐桿的垂直狀態(tài)，給出撐桿節(jié)點位置的標記力；

2.驗證張拉施工方案的可行性，確保張拉過程的安全；

3.給出每步張拉張拉力的大小，為實際張拉時的張拉力值的確定提供理論依據(jù)；

4.給出每步張拉結構的變形及應力狀態(tài)，為張拉過程中的變形監(jiān)測及索力監(jiān)測提供理論依據(jù)；

5.根據(jù)計算張拉力大小，選擇合適的張拉機具，并設計合理的張拉工裝。

三、鋼索制作

按照深化設計計算出的下料長度進行鋼索制作。制作完成的鋼索在工廠內(nèi)要進行預張拉，預張拉力為設計索力的1.2-1.4倍，并在預張拉力等于設計索力的情況下，在索體上標注出每個鋼撐桿下節(jié)點的安裝位置。為便于施工要求每根索體都單獨成盤出廠。

四、高空組裝平臺搭設及桁架拼裝

1.國家體育館桁架在高空組裝平臺上組拼時是七點支撐，滑移時跨中設支點，變成三點支撐，即三條滑道（詳見高空組裝平臺及滑道示意圖2）。雙向桁架累積滑移時，橫向桁架不像縱向桁架那樣可以在高空組裝平臺上一次拼裝成型，而是在滑移過程中逐節(jié)間、逐步拼裝而成。

2.如果按一般累積滑移作法，橫向桁架將在前一節(jié)間已受力變形（七點支撐變?nèi)c支撐）后才組裝。將造成橫向桁架拼裝質(zhì)量難以保證。若增加平臺寬度，使三榀縱向桁架能同時在高空組裝平臺上拼裝，則可保證橫向桁架在前一節(jié)間發(fā)生形變前拼裝后一節(jié)間，如此則能較好地提高橫向桁架的整體質(zhì)量。所以高空組裝平臺搭設的寬度不是一般的滿足兩榀拼裝的需要，而是滿足三榀桁架拼裝的需要。國家體育館拼裝平臺的設計寬度為21米。

五、滑道支撐架及滑移胎架支設

1.雙向桁架滑移時基本呈單向（或三邊支撐）受力狀態(tài)，如果在原支座、原跨度條件下滑移，則桁架應力、變形將超出設計允許值。故需增加1~2條支撐，以減小跨度。國家體育館在跨中增設了一條滑道，使縱向桁架在滑移時變成了三支點。

2.張弦桁架因下弦為鋼索，桁架的中滑道支撐點必須在上弦，如此滑道與支撐點存在一定高差，因此要在中滑道上增設滑移胎架。

3.滑移胎架可采用組裝式標準架，軌道采用重型鋼軌及H型鋼梁。中間滑道爬行器與滑移胎架連接，通過耳板和加勁板傳力，推動桁架移動。

4.為保證滑移過程桁架同步及滑移胎架在滑移時的穩(wěn)定性。在滑移胎架水平方向上下各加設鋼管桁架梁，在滑移胎架側向設置交叉撐將滑移胎架連成一個整體排架。通過合理設定、穩(wěn)定分析、整體有限元分析及合理設置液壓爬向器的位置，改善滑移胎架的受力狀態(tài)等方法，保證了滑移胎架的安全；解決了滑移過程中推力的傳遞及滑動胎架的穩(wěn)定。且方便撐桿、雙向預應力索的安裝和固定支撐架向滑動胎架的轉(zhuǎn)換等一系列難題。

六、液壓同步滑移系統(tǒng)安裝

液壓同步滑移施工采用計算機控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)各個爬行器（平面布置見圖3）同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、推力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。

滑移設備總體規(guī)劃布置應滿足鋼屋架滑移單元滑移驅(qū)動力的要求，使每臺液壓爬行器受載均勻；保證每臺泵站驅(qū)動的液壓爬行器數(shù)量相等，提高泵站利用率；確保系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低工程風險。爬行器采用TJG-1000型液壓爬行器，每臺液壓爬行器設計額定水平推進力為1000千牛。爬行器的數(shù)量根據(jù)最大滑移推力計算確定。最大滑移推力由最大滑移單元的重量，按照0.2的滑動摩擦系數(shù)計算確定。為減小滑移面的摩擦力，在桁架上高空組裝平臺前底座和滑道間預先涂抹黃油，黃油中不能存在砂粒等雜物。

七、撐桿及索安裝

1.撐桿節(jié)點安裝和索的安裝是交叉進行的，預應力索固定在撐桿下節(jié)點。安裝基本流程是：撐桿及上節(jié)點安裝→穿縱向索→縱索安裝→縱索索夾節(jié)點安裝→橫索安裝→橫索索夾節(jié)點安裝。

2.撐桿重量較大，安裝時要借助起重設備（國家體育館使用的是塔吊）。撐桿上節(jié)點的安裝已在高空組裝平臺外，如搭設操作架較困難，可使用吊籃安裝。

3.橫向索安裝

橫向索到達現(xiàn)場后全部吊運到高空組裝平臺后方硬化地面上，索盤與主體結構凈距至少1.5米，索體的放置位置詳見圖4橫向索放置平臺。由于橫向索體的安裝高度一直在變化中，因此對應每個索盤位置處腳手架的立桿要避開放索位置，同時該部腳手架橫桿采用卡扣連接的方式，以便在索體同其相交時，臨時拆除。待調(diào)整完索體后再重新連接。在滑移前應將索體提前提運至腳手平臺上，并預留出大于滑移距離的長度，以防止因在滑移過程中出現(xiàn)拖索現(xiàn)象而導致推進阻力增大；在滑移時應隨時觀察索體的預留長度，如果出現(xiàn)滑移使索體繃直的現(xiàn)象，應該立即停止滑移，待索體提運出滑移余量后再繼續(xù)滑移。

4.縱向索安裝

索盤放置于縱索安裝平臺（詳見圖5縱索安裝平臺）一端，安裝時由一端向另一端牽引展開。當桁架首根縱索滑移至縱索安裝平臺上方后，下放索體至索夾高度，開始縱索安裝；后續(xù)各索均按首根索方法安裝（國家體育館縱索安裝平臺設置于鋼結構的22、23、N、M軸間的桁架網(wǎng)格間，索盤設于索安裝平臺的南端。）

放縱向索時可采用卷揚機牽引索體。并注意縱向索與橫向索體相互關系。放索時，先將牽引繩捆綁在索頭上，然后緩慢開動卷揚機，牽引索體放開；每放開5米索體，增加一人對索體進行導向，防止索體在牽引過程中滑落到腳手架外或晃動過大。人員在腳手架上活動時，必須將安全帶掛在安全繩上。

5.索夾節(jié)點安裝

用導鏈將索提至撐桿下端節(jié)點，并注意觀察索的走向，防止索被腳手架卡住。安裝時，首先將索體外保護拆除，露出內(nèi)側PE上做好的索夾節(jié)點安裝標記，以此標記根據(jù)索球的寬度，畫出索球的兩側安裝位置，按照安裝位置將索球固定到索體上，然后將縱向索連同索球一起通過索夾板固定到撐桿下節(jié)點上，最后將橫向索連同索球一起通過索夾板固定到撐桿上，完成索夾節(jié)點安裝（圖6撐桿下端節(jié)點展開圖）。

八、同步累積滑移

1.滑移前需充分進行準備工作

主要包括液壓爬行器安裝及檢修調(diào)試、爬行器耳板設計、軌道及預埋件安裝、液壓泵站的檢修與調(diào)試、電氣控制系統(tǒng)檢修與試驗、計算機同步控制系統(tǒng)、泵站控制柜及各種傳感器的檢修與調(diào)試；爬行速度控制在6～8米/小時；啟動時爬行加速度取決于流量增量，通過計算機控制速度曲線，可使滑板初始運動的加速度非常小；液壓同步滑移設備系統(tǒng)安裝完成后需進行調(diào)試，主要內(nèi)容是檢查泵站上所有閥或硬管的接頭是否有松動，檢查溢流閥的調(diào)壓彈簧處于是否完全放松狀態(tài)；檢查泵站啟動柜與液壓爬行器之間電纜線的連接是否正確；檢查泵站與液壓爬行器主油缸之間的油管連接是否正確；系統(tǒng)送電，檢查液壓泵主軸轉(zhuǎn)動方向是否正確；在泵站不啟動的情況下，手動操作控制柜中相應按鈕，檢查電磁閥和截止閥的動作是否正常，截止閥編號和液壓爬行器編號是否對應；檢查行程傳感器和位移傳感器；滑移前啟動泵站，調(diào)節(jié)到5兆帕左右的壓力，伸縮油缸，檢查A腔、B腔的油管連接是否正確；檢查截止閥能否截止對應的油缸；檢查比例閥在電流變化時能否加快或減慢對應油缸的伸縮速度。

2.滑移的同步性控制

屋架在滑移過程中，是沿設定的直線前進的，如果滑道的直線度差，易使滑道產(chǎn)生破壞。因此滑道的施工精度必須較高；液壓牽引作業(yè)由計算機通過傳感器進行閉環(huán)控制和智能化控制，實現(xiàn)牽引的同步和負載的均衡，使滑移過程中鋼屋架的結構穩(wěn)定性、同步性和位移偏差滿足要求。同步性測控除采用液壓滑移系統(tǒng)本身的計算機系統(tǒng)控制外，另外采用全站儀對所有滑道處的行程進行同步性測控。在每個滑道位置上各固定一個反射棱鏡，通過測量放線使各點連線垂直于滑道的方向，即各點具有相同的起始位置。在滑移單元沿滑道前方各搭設一個臨時觀測平臺，安置全站儀，分別觀測各個反射棱鏡，在滑移過程中，各點同時計時，從開始每隔固定時間間隔測量全站儀與反射棱鏡間的距離，記錄每次監(jiān)測的距離數(shù)據(jù)。通過時間、距離記錄表可了解較詳細的爬行運動狀態(tài)及同步情況。

九、鋼索分步分級對稱張拉

1.張拉機具標定

張拉前張拉設備要在專業(yè)的檢測機構進行標定，并出具標定報告，施工中根據(jù)標定報告中的數(shù)據(jù)進行張拉。

2.張拉控制力原則

根據(jù)設計和施工仿真確定的控制張拉力，雙向分級、分步對稱實施張拉。張拉分為三級，第一級使索力達到設計索力的80%，第二級使索力達到設計索力，第三級根據(jù)監(jiān)測結果對索力進行微調(diào)，使最終索力值及結構應力和變形符合設計要求。需要說明的是，在正式張拉前，要完成兩個方向預應力鋼索的張拉預緊，張拉預緊力為設計索力的20%。

鋼索張拉以張拉力控制為主，每臺油泵上都安裝有經(jīng)過嚴格標定的油壓傳感器和讀數(shù)儀，通過讀數(shù)儀顯示數(shù)據(jù)直接控制張拉力大小。同時，對鋼索的張拉伸長值及張拉引起的鋼結構變形進行量測，檢查張拉效果是否與理論數(shù)值相符合。如發(fā)現(xiàn)異常，應暫停張拉，待查明原因并采取措施后，再繼繞張拉。

3.張拉操作要點

張拉前，索頭上要安裝工作錨、工裝承力架、千斤頂和工具錨，對于測量索力的鋼索，張拉端與工作錨之間還要加裝壓力傳感器。索頭上安裝的組件較多，必須小心安放，以保證千斤頂形心與鋼索重合，避免張拉時產(chǎn)生偏心。張拉時，先開動油泵，待油泵啟動供油正常后再開始給油、加壓，給油速度要控制，時間不應低于0.5分鐘。當油壓力顯示張拉力達到鋼索張拉控制力時應停止加壓并穩(wěn)住油壓、此時將索頭上的工作錨擰緊?？鼐o工作錨后油泵立刻回油，待千斤頂回缸后關閉油泵，此次張拉結束。

十、張拉測量

1.張拉力的測量

油泵上安裝經(jīng)過嚴格標定的油壓傳感器，張拉時通過連接到油壓傳感器的讀數(shù)儀直接測量。

2.張拉伸長值的測量

把張拉前預應力鋼索預緊后的張拉端長度作為原始長度，當張拉完成后，再次測量張拉端長度，兩者之差即為實際伸長值。

十一、應力、變形監(jiān)測

采用激光掃描儀、全站儀、振弦式應變計及相應的數(shù)采系統(tǒng)等對累積滑移施工中桁架應力、變形、水平偏移，支撐架及滑移軌道應力等進行全過程監(jiān)控；采用壓力傳感器、全站儀、百分表、振弦式應變計等對張拉過程中及完畢后的鋼索索力、鋼桁架應力、鋼桁架變形和支座位移等進行全過程監(jiān)控。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)與計算機施工仿真計算數(shù)值的比較，控制滑移及張拉施工質(zhì)量，保證施工安全。