转角法施工镀锌高强螺栓关键技术

中建三局集团有限公司（沪） 上海 200129

1 转角法施工简介

常规施工中通常采用扭矩法对高强螺栓连接副施加扭矩力，依靠扭矩力带动螺杆螺纹旋入螺母中来增加螺杆轴拉力，压紧连接部件。扭矩法简单易行，是常规高强螺栓常用施工方法。但高强螺栓热浸锌之后，扭矩系数离散性极大，严重超出规范要求，需要重新测定其扭矩系数，但施工中的扭矩系数的确定非常困难。为弥补扭矩法在热浸锌高强螺栓施工中存在的上述质量缺陷，我们在工程实际中采用了转角法进行热浸镀锌高强螺栓施工[1]。

转角法是先用一个较小的初拧值进行初拧，然后画出起始线和终拧线，用扳手直接将螺母拧转一个角度，利用转动角度来控制螺栓螺杆预拉力，使得起始线与终拧线重合，使螺杆预拉力达到标准值后压紧连接部件，称为扭矩-转角法，简称转角法[2]。

由于初拧值的存在，转角法施工对热浸锌高强螺栓连接副预拉力的控制稳定程度仍然受到扭矩系数的影响，但由于初拧力度很小（所产生的预拉力值只相当于设计值的10%），因此与扭矩法相比，初拧值的影响非常小。且转角法施工简单、快速、易于保证施工质量，因此，转角法是热浸锌高强螺栓施工的首选方法[3]。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

常州现代传媒中心工程主塔楼结构高度245.05 m，上面耸立一座高88 m的钢发射塔，塔顶标高333.05 m，（图1）。钢塔塔柱采用箱型柱，最大箱型柱截面为500 mm×500 mm×30 mm×30 mm，最小箱型柱截面为250 mm×150 mm×22 mm×22 mm，桅杆采用φ299 mm×12 mm的圆管，避雷针截面为φ60 mm×3.5 mm，并在其顶上设一黄铜尖锥，钢塔钢构件材质为Q345C，总用钢量约360 t。为确保外露钢构件防腐，所有钢构件采用热浸镀锌长效防腐技术。钢构件之间主要连接形式为螺栓连接，塔柱、斜杆、横杆、桅杆、H型钢梁等采用8.8级热浸锌高强螺栓。

图1 钢塔全景

2.2 镀锌高强螺栓概况

本工程钢塔塔柱拼接、斜杆法兰连接、横杆法兰连接、桅杆连接、H型钢梁连接等均采用8.8级热浸锌高强螺栓，共12 000 套。螺栓连接面摩擦抗滑移系数在0.35以上，经反复试验、论证，最终确定采用转角法施工热浸锌高强螺栓。螺栓标准采用美标ASTM A325M 8.8，螺母标准采用美标ASTM A563M 10级，垫片标准采用ASTM F436M HRC28-45，热浸锌标准采用美标ASTM A153。

1）塔柱拼接节点。塔柱拼接节点采用φ30 mm的8.8级热浸锌高强螺栓，使用一个半螺母防松。每个塔柱拼接节点热浸锌高强螺栓数量为144 副（图2）。

图2 塔柱拼接典型节点

2）斜杆法兰连接。斜杆法兰连接采用φ20 mm、φ24 mm、φ30 mm的8.8级热浸镀锌高强螺栓（图3、图4）。

图3 法兰连接标准平面

图4 斜杆法兰连接三维示意

3）桅杆连接。桅杆连接采用φ16 mm、φ20 mm、φ24 mm的8.8级热浸镀锌高强螺栓（图5、图6）。

图5 桅杆连接剖面

图6 桅杆连接平面

4）普通钢梁连接。钢塔平台处的钢梁连接采用φ16 mm、φ20 mm、φ24 mm的8.8级热浸镀锌高强螺栓（图7）。

图7 普通钢梁连接节点

2.3 转角法施工工艺流程

试验确定初拧扭矩值、终拧转角角度→高强螺栓性能检测（扭矩扳手调试）→安装高强螺栓、设定初拧值进行初拧→用油漆笔做好初拧后的位置记号和终拧角度记号→终拧、将螺母拧到规定的角度值→移除设备→完成高强螺栓施工

2.4 转角法施工关键技术

1）试验确定初拧扭矩值、终拧转角角度。将螺栓螺杆靠近螺帽处用砂纸磨光，贴上应变片，将其连接到应变测试仪上，用扭矩扳手初拧螺栓到10%的设计预拉力值，记录下此时的扭矩值。对初拧完成后的螺栓连接副画线（钢板、垫圈及螺母三者一线），用扳手施拧到所需的施工预拉力，记录下线与线的错位角度。根据以上步骤，测出抽取的8 套螺栓连接副的初拧扭矩值及终拧转角角度，计算出这8 套螺栓的平均初拧扭矩值及平均终拧转角角度，作为施工的依据。

2）初拧。根据试验数据及第三方检测结果设定螺栓的初拧值，将扭矩扳手套筒与螺母套好进行初拧，当扭矩扳手响动时就达到设定的初拧值，停止作业，完成初拧，并画出初始线。根据试验确定的终拧转角角度画出终止线，初始线与终止线的夹角与试验确定的转角角度相同。

3）画线标记。初拧完成后，取下套筒，用油漆笔在螺栓上做好初拧完成后的记号（记为A，钢板、垫圈、螺母三者一线）作为终拧起始线，在此记号往螺母旋紧方向再做一记号（记为B）作为终拧终止线的参考线（图8）。

图8 初拧后做标记

4）终拧。继续拧紧螺栓，使得螺母上的记号A与钢板上终止线记号B基本重合，确保记号A在螺杆上的画线与在螺母上的画线的相对角度达到要求，完成终拧（图9）。

5）终拧后检查：螺母旋转量、有无共转、对旋转不足的螺栓补拧到规定旋转量，对发生共转、余长不足、超拧的螺栓重新更换。

6）移除设备，完成高强螺栓转角法施工，戴上半个螺母，使用短柄扳手将其拧紧即可，继续进行下一热浸锌高强螺栓施工。

图9 终拧螺栓

3 施工注意事项

1）热浸锌高强螺栓与普通高强螺栓施拧方法不同，采用转角法施工时，同样分初拧和终拧，初拧由初拧扭矩值控制，终拧由终拧转角角度控制。

2）转角法施工热浸锌高强螺栓应重点控制的要素：初拧扭矩值及终拧转角角度的确定；初拧及画线的控制；扳手的选用；关键控制工序为初拧、画线、终拧。

3）初拧扭矩值和终拧转角角度应结合高强螺栓厂家提供的质保书数据并经试验确定。

4）高强螺栓的初拧和终拧应按照紧固顺序进行：从螺栓群中央开始，依次向外侧进行紧固。

5）进行螺栓的复检时，检查初拧后在螺母与相对位置所画的终拧起始线和终止线所夹的角度是否达到规定值。如果检验时发现螺栓紧固强度未达到要求，则需要检查拧固该螺栓所使用的扳手的拧固力矩[4,5]。

4 结语

热浸锌高强螺栓转角法施工技术的成功应用确保了常州现代传媒中心屋顶钢塔安全、顺利地安装完成，目前，发射天线已安装调试完成，投入正式运营。