浅谈石化装置钢结构的高强螺栓施工方法

侯方，吕瑞宁，王梓宇

（陕西化建工程有限责任公司，陕西杨凌712100）

目前钢结构连接方式主要是焊接及螺栓连接。高强度螺栓连接钢结构以具有耐疲劳性，抗震性能好，便于制作、安装、检修，施工周期较短等特点，被广泛应用到建筑行业及化工装置的管廊及平台等钢结构工程中。

高强度螺栓从外形上分为大六角头及扭剪型，其连接从受力形式上分为摩擦型及承压型，而从强度等级上分为8.8 及10.9 级，扭剪型的高强螺栓只有10.9 级。

1 高强度螺栓的存储及领用制度

（1）高强度螺栓使用前，应选择合适的库房进行保管，避免雨水侵蚀，异物污染，若发生误差现象，使用前应进行清理。

（2）安装时，应该执行限额领料。按照施工班组每日的施工计划，进行高强螺栓的配发，避免螺栓发生丢失。限额领料时，需要经过施工班组长及相关技术员确认。当天未使用完的螺栓，应妥善保管或做退库处理。

（3）高强螺栓使用前，应检查螺栓的外观，无泥沙、污渍及螺纹损坏等现场发生。

（4）高强螺栓出库前，需要仔细核对螺栓的规格、数量、强度等。

2 高强度螺栓规格的确定

高强度钢结构在二次设计时，设计人员一般会给出杆件安装的螺栓规格、数量等信息。由于钢结构二次设计工作有时由一些钢结构生产厂家进行，无法提供准确的螺栓安装清单，所以螺栓安装前，需要对螺栓的规格进行计算及确认。

2.1 螺栓的长度计算

成套的高强螺栓是由1 个螺栓、2 个平垫及1 个螺母组成。螺栓安装完毕后，丝扣应该外露2～3 个为合格。计算螺栓长度时，由以下公式计算：

螺栓长度=板束厚度+附加长度

板束长度包括连接板的板材厚度、连接板的厚度等，附件长度包括垫片、螺栓的厚度及外露长度。

表1 高强螺栓的附加长度（单位：mm）

2.2 高强螺栓紧固终拧扭力矩值的计算

扭剪型高强螺栓以梅花卡头打断为终拧值。

大六角头的终拧扭矩值按照JGJ 82-2011 计算，如下所示：

式中：Tc—施加到螺母的扭矩值，N·m；K—扭矩系数，一般取平均值（10.9 级取0.110～0.150）；Pc—施工预拉紧力值标准值，kN；d—螺栓公称直径，mm。

施工时应该按照上述公式换算成扭矩值，作为螺栓安装的控制因素，施工预紧力Pc如表2 所示。

表2 高强度大六角头螺栓施工预拉力（kN）

2.3 高强螺栓安装工具的选择

高强度螺栓安装时，应该选择合理的安装工具，以便于提高安装效率，减少操作难度。

穿引销，用来定位螺栓孔，减少连接杆件间的移动。穿引销是由锥体部分和直筒部分构成，锥形部分采用机加工，一般穿引销材质与钢结构杆件为同材质，同时穿引销制作时，应考虑防坠落功能。

尖尾棘轮扳手，该扳手便于操作人员登高作业时携带，便于更改螺母紧固方向。螺栓安装时手动紧固，只需要采用尖尾棘轮扳手紧固到操作人员的最大力量即可。

电动/气动扳手，螺栓的初拧、终拧都是采用电动/气动扳手完成，该扳手种类很多，在螺栓安装过程中，应该选择自身重量轻，力矩值准确，便于监测力矩的产品。减少螺栓紧固过程中发生螺栓终拧力矩值不足或者超拧的现象发生。

2.4 钢结构安装时，高强度螺栓的方向

高强度螺栓安装时，设计单位若在设计文件中规定了螺栓的安装方向，螺栓安装时应该按照设计规定的方向进行安装。设计文件若无具体规定，高强度螺栓安装时应按照便于操作的原则进行，且螺栓应绝大部分处于同一安装方向。少量螺栓因操作原因等，可以与同节点上方向相反，同时还应注意螺母的安装方向，螺母带倒角的一侧应向外侧，螺栓头下的垫片倒角应朝着螺栓头。

3 高强度螺栓安装的紧固程序

3.1 高强度螺栓的紧固顺序

高强螺栓在紧固时，钢结构节点上每个螺栓连接组件都要达到初拧状态，但是不能拧得过紧。初拧状态，一般指一个成年男子使尽全力，用不加伸缩臂的标准扳手拧螺栓。如果使用敲击扳手把紧，把这个点设为开始敲打的点，即拧紧的最大力的点。

为使螺栓群中所有螺栓都均匀受力，初拧和终拧都应按一定顺序进行。应逐个拧紧螺栓，按连接部件应力从大到小的位置顺序进行。盖板连接应力最大在中间，端板连接应力最大在接头处。所以高强螺栓的紧固顺序按照以下3 种方式进行：

（1）一般接头，应从栓群中间顺序向两端进行紧固，如图1 所示。

图1 钢结构一般接头螺栓紧固顺序

（2）箱型接头，螺栓群A/B/C/D 的紧固顺序如图2箭头所示。

图2 钢结构箱型接头螺栓紧固顺序

（3）工字梁接头，工字梁接头上的螺栓群紧固顺序按图3 中①～⑥的顺序进行，即先翼缘后腹板（如顺序1-2-3、4-5-6），先被连接件后连接件（如顺序123-456）。

图3 工字梁钢接头螺栓紧固顺序

（4）工字型柱对接螺栓紧固顺序为先翼缘后腹板。

（5）两个或多个接头栓群的紧固顺序应先主要构件接头，后次要构件接头。

3.2 高强度螺栓把紧程序

高强螺栓紧固采用气动或电动扳手紧固时，应分为初拧、复拧和终拧。高强螺栓的初拧值是螺栓安装的扭矩值的50%左右，复拧值与初拧值相同。复拧后，应在螺栓上采用油性记号笔作出标记。高强螺栓终拧采用2.2的计算值进行。终拧结束后，使用另一种颜色的油性记号笔进行标识。高强度螺栓紧固时，一定要分为初拧、复拧和终拧进行，严禁一次性采用终拧力矩值进行螺栓紧固。高强度螺栓的初拧、复拧及终拧应在同一天内完成。

高强螺栓紧固时采用电动/气动扳手均应经过效验，并在有效期内使用。扳手的误差不应该超过±5%。

4 高强度螺栓安装的质量管理

4.1 施工前的技术交底

施工前，对所有参与施工、技术、质量及操作人员进行交底。推行全面质量管理，把提高人员素质和责任心作为工作重点，实行质量目标控制，将质量目标按照施工全过程的各个阶段逐层分解，让目标值及实现期限落实到班组和个人。以质量指标控制为目的，以影响质量指标因素为手段。

4.2 施工准备期质量保证的技术措施

根据施工个人分工，对参与施工各方进行设计交底和图纸会审，充分了解设计意图和技术难点，检查图纸是否有笔误，各专业相互抵触和不便于施工之处，做好图纸会审记录，及时澄清和变更，将问题处理在施工前。编制施工组织设计、施工方案和技术措施，结合工程特点，根据对同类工程的施工经验，有针对性地开展质量意识教育和技术培训。

4.3 施工过程质量保证措施

（1）检查材料的出入库检验及报告制度。坚持材料进场检查制度。依照材料的合格证或者材质证明，对进场材料进行验收和复检，材料合格后方可入库。对入库材料依照种类、材质和规格分类摆放整齐，悬挂材料标识牌。

材料发放实行限额领料制度，根据岗位分工，相应人员应在材料领用单上签字确认，减少材料出库后在施工岗点放置时间过长。

材料在复检过程中发生不合格项，应及时报告给质量部门及材料采购单位。

（2）落实“三检制度”。施工过程中坚持质量管理的“三检制度”。实行作业岗点自检、班组互检及质量检查员专检制度。

（3）施工用测量工具管理。高强螺栓紧固施工计量器具有电动/气动扳手、扭矩扳手、盒尺、游标卡尺、经纬仪、水准仪等。建立健全计量器具的台账，确保计量器具必须在校验合格期内实用，对即将超过计量期的设备及时从施工现场收回并送往校验单位。建立计量器具施工规章，减少机具的正常损耗。施工过程中，对计量器具定时进行检查，发现计量器具失准的现象，应立即停止使用该计量器具。

4.4 施工完成后的质量检查

（1）检查螺栓外露长度，以2～3 个丝扣为宜，10%的螺栓可以外露1 或者4 个丝扣。

（2）采用0.3 kg 的小锤对所有的高强螺栓进行检查，不得有漏拧现象。

（3）钢结构单体检查终扭矩值时，至少检查10%的节点，每个节点抽检10%的螺栓，且不少于2 套螺栓。检查时，在螺栓上画出一条线，将螺栓松开约60°，再用扭矩扳手重新将螺栓紧固，并使螺栓上标识的线重合，此时，螺栓的力矩值若在检查值的0.9～1.1 倍内为合格，若不符合规定，应放大抽查比例。仍有不合格者，则该节点的高强螺栓应该重新紧固。高强螺栓的扭矩检查，应在终拧的1 个小时后，24 小时前进行。

（4）扭剪型高强螺栓的终拧，以尾部的梅花头拧断为合格。

4.5 不合格品的处理

施工检查时发现不合格品的处理方案如下：

（1）返修或者返工。二次安装后进行再次检查验收。

（2）经有资质的检测单位鉴定，是否达到验收标准。若达到验收标准，予以验收；若经鉴定达不到设计标准，但是经过原来设计单位复核，满足结构安全需要，可以予以验收。

（3）返修或者加固。按照确定的技术文件或者协商方案进行验收。

4.6 交工验收

工程验收及交工按照子系统、系统进行。验收及交工前，按照项目的要求，编制钢结构安装的交工“包”，高强度螺栓紧固往往只占1 个检查项。所有子系统整体合格后，系统验收合格，达到交工条件。

5 结束语

高强螺栓连接的钢结构工程已经广泛应用到市政工程、建筑工程等相关领域。实践证明，关于高强度螺栓的尾项是栓接钢结构安装工程中应用最多的。施工过程中，严格执行施工的程序文件，可以有效减少栓接钢结构安装工程收尾成本，提高工程交工验收的效率。