鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接(bolt connecting for steel structure)
將兩個以上的鋼結(jié)構(gòu)零部件或構(gòu)件用螺栓連接成為一體的連接方法。螺栓連接是構(gòu)件預(yù)裝和結(jié)構(gòu)安裝中更簡便的連接方式。
螺栓連接在金屬結(jié)構(gòu)安裝中更早使用。19世紀(jì)30年代后期，螺栓連接逐漸被鉚釘連接代替，僅在構(gòu)件組裝中作為臨時固定措施。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了高強度螺栓連接方法。高強度螺栓用中碳鋼或中碳合金鋼制成，其強度比普通螺栓高2～3倍。高強度螺栓連接具有施工方便、可靠等優(yōu)點，60年代以后在一些冶金工廠的鋼結(jié)構(gòu)制造安裝中開始應(yīng)用。武鋼1700mm軋機工程和上海寶鋼工程在建設(shè)中大量使用了高強度螺栓連接。
螺栓連接的傳力方式依其類型和節(jié)點連接構(gòu)造的不同分為對接連接、搭接連接和T型連接(圖1)。
螺栓連接分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。
普通螺栓連接主要分粗制螺栓連接和精制螺栓連接。粗制螺栓是用碳素結(jié)構(gòu)鋼制成，為使螺栓順利地穿.入螺孔，其孔徑應(yīng)比螺栓公稱直徑d大1.0～2.0mm。螺栓孔距排列要便于扳手擰緊螺帽。當(dāng)粗制螺栓用于柱、梁、屋架的構(gòu)件連接時，應(yīng)采用加托板的連接構(gòu)造。此時螺栓處于受拉狀態(tài)，其剪力由托板承受(圖2)。粗制螺栓所用材料強度等級低，限制了其在結(jié)構(gòu)連接中的使用范圍，但在剪力較小的工作平臺次梁、墻皮梁、屋面梁及支撐、鉸接支座等的連接中仍得到廣泛應(yīng)用。粗制螺栓還普遍用于廠房鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)拼裝、鉚接構(gòu)件鉚接前的預(yù)緊固以及高強度螺栓連接前的組裝和安裝節(jié)點焊接前的臨時緊固等。粗制螺栓作為固定螺栓使用時，需在找正后將其擰緊并采取防松措施。
精制螺栓連接時.其孔徑應(yīng)與螺桿直徑相同，螺栓穿入螺孔時應(yīng)用錘擊打入，制孔質(zhì)量和螺桿的加工精度要有嚴(yán)格要求。精制螺栓連接用于一些經(jīng)常拆裝和無法鉚接的結(jié)構(gòu)連接。
高強度螺栓連接 按其受力狀況主要分為摩擦型和承壓型兩種。在摩擦型連接中，靠螺栓緊固壓力使連接板層貼緊后在鋼板接觸表面產(chǎn)生的摩擦力來傳遞外力。對構(gòu)件表面進行噴砂處理后生成赤銹面，可獲得較大的摩擦系數(shù)，減少連接螺栓的數(shù)量。摩擦型高強度螺栓的孔徑應(yīng)比螺栓公稱直徑d大1.5～2.0mm。承壓型高強度螺栓連接是使構(gòu)件間產(chǎn)生的摩擦力和螺栓軸剪切力與構(gòu)件的承壓力同時作用來傳遞應(yīng)力的，其孔徑應(yīng)比螺栓公稱直徑d大1.O～1.5mm。制孔采用數(shù)控鉆床鉆孔和鉆模鉆孔等方法。
高強度螺栓長度L的計算公式為：L=L’+ns+m+3p。式中L’為連接板層厚度；n為墊圈個數(shù)；s為墊圈公稱厚度；m為螺母公稱厚度；p為高強度螺栓的螺距。
由一個高強度螺栓、一個螺母和一個(或兩個)墊圈可組成高強度螺栓連接副。目前我國有兩種形式的高強度螺栓連接副，一種是大六角頭高強度螺栓連接副，另一種是扭剪型高強度螺栓連接副，要求在同批內(nèi)配套使用。施工時，先用粗制螺栓將結(jié)構(gòu)臨時固定，待結(jié)構(gòu)安裝找正后，再從螺栓群中部開始逐個將粗制螺栓換上高強度螺栓并進行初擰，初擰后再順次進行復(fù)擰和終擰。
進行大六角頭高強度螺栓連接副安裝時，螺栓兩邊應(yīng)各加一個墊圈(圖3a)。初擰扭矩值為終擰扭矩值的50％，復(fù)擰扭矩值等于終擰扭矩值，終擰扭矩值計算公式為：Tc=KPcd。式中Tc為終擰扭矩值，N·m；K為扭矩系數(shù)；Pc為施工預(yù)拉力，kN；d為高強度螺栓螺紋直徑，mm。施擰采用扭矩扳手，每次使用前應(yīng)進行扭矩校正。
進行扭剪型高強度螺栓連接副安裝時，應(yīng)僅在螺母一側(cè)加一個墊圈(圖3b)。初擰扭矩值計算公式為：Tc=0.065Pcd。式中Tc為初擰扭矩值，N·m；Pc為施工預(yù)拉力，kN；d為高強度螺栓螺紋直徑，mm。終擰采用專用扳手將尾部梅花頭擰斷為止。質(zhì)量檢查的應(yīng)放在施工過程的監(jiān)督檢查。
在摩擦型連接中，摩擦面的狀態(tài)對接頭的抗滑移承載力有很大的影響，經(jīng)表面處理生銹后的栓接接頭，安裝前需將表面的浮銹和污染物干凈；在下雨和潮濕氣候情況下，要采取相應(yīng)措施，以保證摩擦面在干燥狀態(tài)下進行連接。
