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回顾60多年来高强度螺栓在钢桥连接技术的应用
发布者:好工品 发布时间:2018-11-01
我国钢桥高强度螺栓连接技术是60 多年来完全依赖几代科技工作者的智慧，自主创新研究的结晶。随着基础设施建设的迅猛发展，高强度螺栓连接面临着更大的机遇和挑战。在众多科研人员的努力之下，这项技术必将会在施工方法、表面处理工艺、螺栓材质等方面取得更大的创新和突破。
高强度螺栓连接作为钢桥连接的重要方式，因其效率高、性能好、安全可靠的优点，在工程领域得到了广泛的应用。我国从1957 年开始研究高强度螺栓连接技术，与工业发达国家相比，起步稍晚，但是在几代科技工作者的不断努力探索下走出了一条自主创新的研究道路。目前，钢结构大六角高强度螺栓已经形成了从M12 ～ M30 的完整体系。施工方法也早已完成了从扭角法到扭矩法的飞跃，与日本、美国、英国等发达国家实力相当，达到了世界先进水平。
1.高强度螺栓用钢的发展
中国铁道科学研究院于1958 年成功研制了45 号钢高强度螺栓，1961 年建成了第1 座跨度为41. 62 m的栓焊桁架桥———雒容桥
20 世纪60 年代建设的成昆铁路广泛采用了高强度螺栓连接技术，共建造了43 座栓焊钢梁，使用了40B 钢制作的高强度螺栓200 多万套。
20 世纪70 年代末，铁科院联合武汉桥梁科学技术研究院、清华大学、大冶钢厂、上海市标准件制造公司和上海先锋螺丝厂成功研制了20MnTiB 钢冷镦高强度螺栓。
2.摩擦面处理技术的发展
1961 年建成的雒容桥，采用了8. 8 级高强度螺栓替代铆钉，但栓接接头处的钢板没有进行摩擦面处理。而1964 年建设的浪江桥，栓接接头处的钢板采用了现场工地喷砂的摩擦面处理技术。
20 世纪60 年代建设的成昆铁路广泛采用了高强度螺栓连接技术，考虑到工地现场喷砂劳动强度大，污染严重，铁科院经大量试验研究确定了工厂喷砂除锈后火焰喷锌的摩擦面处理工艺，这项技术在成昆铁路上的钢桥上广泛使用，高强度螺栓连接技术得到快速发展。
3.安装施工技术的发展
20 世纪60—70 年代，由于我国高强度螺栓生产技术还比较落后，还不能保证同批高强度螺栓连接副按扭矩系数供货，因此在高强度螺栓施拧中只能采用扭角法施工。扭角法是对螺栓进行初拧，再通过控制螺栓与螺母相对转角对高强度螺栓连接副进行紧固的方法。
1980 年4 月，铁科院联合武汉桥梁科学研究院成功研制了高强度螺栓的磷皂化表面处理工艺，高强度螺栓经过磷皂化处理后可稳定扭矩系数，使其平均值保证在0. 110 ～ 0. 150，标准差可以稳定在0. 010 以下，这对保证高强度螺栓连接质量具有重要意义。
4.技术标准的发展
20 世纪60 年代，在铁路钢桥上广泛使用了40B钢的10. 9 级高强度螺栓。1976 年9 月，国家标准计量局正式颁布了《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈型式尺寸与技术条件》( GB 1228 ～1231—76) 。
20 世纪80 年代，20MnTiB 和35VB 螺栓用钢的研制成功，使得我国的钢结构大六角头高强度螺栓从M12 ～ M30 形成了一个完整的系列。
20 世纪90 年代初，第2 代定扭矩扳手的研制成功，开始了我国高强度螺栓扭矩法施工的时代。
随着我国高强度螺栓加工和制造工艺的发展，铁科院为保证扭矩系数的供货范围、螺母的硬度范围、连接副扭矩系数试验的扭矩值允许误差、螺栓的预拉力控制值等进行了一系列研究，于2006 年完成了高强度螺栓国家标准GB /T 1228 ～ 1231—2006 的修编［10-13］。
5 存在的问题及展望
5. 1 施工方法
施工中的欠拧和超拧是引发高强度螺栓发生病害的重要原因。未来高强度螺栓施工发展的重要方向是简化施工操作步骤，降低人为因素和环境因素对施工的影响; 通过科学管理和规范施工，避免高强度螺栓在施工过程中欠拧和超拧问题，降低螺栓断裂脱落发生的概率，提高施工效率，缩短工期。
5. 2 螺栓表面处理工艺
高强度螺栓施工主要采用的方法是扭矩法。高强度螺栓连接副扭矩系数是保证高强度螺栓预紧轴力准确的重要因素。对于目前的表面处理工艺而言，随着环境温度和湿度的改变，高强度螺栓连接副的扭矩系数也会变化。因此，温度和湿度变化会导致扭矩系数离散，使得高强度螺栓的预紧轴力离散，这种离散现象在高强度螺栓施工中是很难控制的。因此研制出一种扭矩系数不受温度和湿度影响的新表面处理工艺，是高强度螺栓未来的发展方向。
5. 3 螺栓的锈蚀
由于所处环境温度和湿度反复变化，高强度螺栓处于一个腐蚀环境中。腐蚀很容易削弱螺杆的有效截面，导致螺杆折断、栓钉脱落现象。为了防止高强度螺栓的锈蚀，在普通螺栓方面已经研制出了不锈钢螺栓，它能够解决普通螺栓的锈蚀问题。由于不锈钢材质本身的局限性( 强度较低) ，所以它不能用来制作高强度螺栓。从材料角度来解决高强度螺栓锈蚀问题，耐候钢高强度螺栓是未来发展的一个重要方向。
5. 4 栓群的受力
在近年新建的钢桥中，桥梁的跨度较大，承受的荷载在不断增加，大部分高强度螺栓都采用了目前螺栓的最大规格M30，而且数量巨大。如果能将螺栓的直径增大，增加单个螺栓的预紧力，将大大减少螺栓数量和现场施拧的工作量，并节约工程资金。随着钢材冶炼和轧制水平的发展，我国在高强度和高淬透性方面的技术不断增强，使得大直径螺栓的研制成为可能。
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