高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)偏低的因素及對(duì)策

1、高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)偏低的因素及對(duì)策施俊 江南造船 (集團(tuán)) 責(zé)任有限公司 ,上海 201913 摘 要 :闡述了高強(qiáng)度螺栓摩擦連接的應(yīng)用機(jī)理及摩擦系數(shù)對(duì)摩擦連接滑動(dòng)承載能力的影響 ; 指出鋼材的強(qiáng)度及摩擦面的狀態(tài)是影響摩擦系數(shù)值的兩大因素 ;介紹了試件蕊板 、復(fù)板厚度的確定及摩擦面的處理方法及工藝 。關(guān)鍵詞 :高強(qiáng)度螺栓連接副 ;抗滑移系數(shù) ;蕊板 ;復(fù)板 ;摩擦面文獻(xiàn)標(biāo)志碼 : a文章編號(hào) :100120777 (2011) 0220020203the discussion on the lo wer ant i2sipping rat io ofhigh strength bo

2、lts frict ion surfaces h i j un(j ia ng na n ship ya r d ( gro up ) co1 ,l t d1 , sha nghai 201913 ,china)abstract : the mecha ni sm of high st rengt h bolts f rictio n and t he eff ect s upo n f rictio n slip s loading a bilit y of f rictio nratio were ela bo rated. it i s indicated t hat t he stee

3、ls intensit y and f rictio n surfaces state a re t wo f acto r s w hich aff ect t he f rictio n ratio . and met hods of choo sing sample of co re board and cover boards t hickness , as well as t he technology of f riction surface were int roduced.key words : joi nt of high st rengt h bolt ;a nti2sli

4、pping ;co re boa r d ;co ver boa r d ;f rictio n surf ace高強(qiáng)度螺栓連接具有強(qiáng)度高 , 施工簡(jiǎn)單 、方便 、效率高等優(yōu)點(diǎn) , 在國(guó)內(nèi)外各種鋼結(jié)構(gòu)工程中 有著廣泛的應(yīng)用 。高強(qiáng)度螺栓連接分摩擦連接 、張拉連接和承壓連接 3 種 , 鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用得 比較多的連接方式為摩擦連接 , 其基本原理是靠高強(qiáng)度螺栓緊固產(chǎn)生的強(qiáng)大夾持力夾緊板束 , 依 靠板束間接觸面產(chǎn)生的摩擦力傳遞與螺桿軸垂 直方向的應(yīng)力 。二大因素 ,并提出相應(yīng)對(duì)策 。摩擦連接滑動(dòng)承載能力按下式計(jì)算 :n = n m f p式中 : n 為滑動(dòng)承載能力 ( kn ) ; n 為傳

5、遞 n 力的螺 栓數(shù)量 ; m 為摩擦面數(shù) ; f 為摩擦系數(shù) ; p 為高強(qiáng)度螺栓連接副預(yù)拉力 ( kn) 。傳遞 n 力的螺栓數(shù)量、摩擦面數(shù)在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí) 已經(jīng)確定 。gb50205 - 2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量 驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定 : 必須從進(jìn)廠(chǎng)的螺栓批中隨機(jī)抽 取 ,每批應(yīng)抽取 8 套連接副進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力 復(fù)驗(yàn) ,螺栓連接副的預(yù)拉力平均值應(yīng)符合相應(yīng)強(qiáng)度 等級(jí)、相應(yīng)規(guī)格高強(qiáng)度螺栓的技術(shù)指標(biāo) 。由以上的分析得知 , 摩擦連接的滑動(dòng)承載能力與板束間摩擦系數(shù)成正比 , 并取決于摩擦系數(shù) 值的大小 。因此 , gb5 0 2 0 5 - 2 0 0 1鋼結(jié)構(gòu) 工程 施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定 :

6、鋼結(jié)構(gòu)制造廠(chǎng)和安 裝單位應(yīng)分別以鋼結(jié)構(gòu)制造批為單位進(jìn)行抗滑 移系數(shù)試驗(yàn) 。板材在拉伸過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的板材間開(kāi)始滑移時(shí)的摩擦系數(shù)稱(chēng)為高強(qiáng)度螺栓 接觸面的抗滑移系數(shù) ?？够葡禂?shù)試驗(yàn)的目的 是使其接觸面處的抗滑移系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的 額定值 ,一般為 0 . 4 5 0 . 5 5 ?？够葡禂?shù)試驗(yàn)采用雙摩擦面的二拴拼接的拉試件芯板及復(fù)板厚度的確定筆者參與過(guò)盧浦大橋 、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)和國(guó)家 體育場(chǎng)等鋼結(jié)構(gòu)工程高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面的 抗滑移系數(shù)檢驗(yàn) ,發(fā)現(xiàn)有很多試件的抗滑移系數(shù) 達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的額定值 125 , 而抗滑移系數(shù)試 驗(yàn)用的試件都能按 gb5 0 2 0 5 - 2 0 0 1鋼結(jié)構(gòu)工程

7、施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中的規(guī)定 , 由制造廠(chǎng)加工 , 試 件與所代表的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為同一材質(zhì) 、同批制作 和采用同一摩擦面處理工藝 , 使用同批 , 同一性 能等級(jí) 的 高 強(qiáng) 度 螺 栓 連 接 副 , 在 同 一 條 件 下 存 放 。達(dá)不到設(shè) 計(jì) 要 求 的 額 定 值 , 排 除 了 檢 測(cè) 設(shè) 備 、儀器以及檢測(cè)過(guò)程中造成的誤差 。經(jīng)觀(guān)察 、 分析和研究后認(rèn)為 , 試件蕊板和復(fù)板的厚度與摩 擦面的處理方法及工藝是影響抗滑移系數(shù)值的1作者簡(jiǎn)介 :施 俊( 1957 ) ,女 ,工程師 ;e2ma il :wjzho ng500 si na . co m ;收稿日期 :2010209204第 2

8、 期施俊 :高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)偏低的因素及對(duì)策21 力試件 ,見(jiàn)圖 1 。摩擦面的處理方法及工藝高強(qiáng)度螺栓連接的鋼材摩擦面處理通常有噴砂 (丸) 、酸洗和砂輪打磨 3 種方法。根據(jù)有關(guān)資料報(bào) 導(dǎo) ,必須滿(mǎn)足噴砂 (丸) 、酸洗和砂輪打磨等加工方法 的技術(shù)參數(shù)及工藝要求 ,進(jìn)行表面處理后 ,在大氣條 件下放置 20 天 ,使試件表面生成浮銹 ,試件接觸面的 抗滑移系數(shù)才有可能達(dá)到 0 1 4501 55 這樣的值。21 1 噴砂 (丸)噴砂 (丸) 是利用空壓機(jī)壓縮空氣為動(dòng)力噴砂 (丸) ,處理鋼材表面 ,使摩擦面達(dá)到一定的粗糙度。為 了使噴砂(丸) 達(dá)到預(yù)期效果 ,經(jīng)大量試驗(yàn) ,規(guī)

9、定空壓機(jī) 的工作壓力為 0178 mpa ,噴砂 (丸) 機(jī)的工作壓力為0159 mpa 左右 ,石英砂的粒度 11 54 mm ,噴嘴直徑為810 mm ,噴嘴距鋼材表面的距離為 100150 mm ,加 工到鋼材表面呈現(xiàn)出灰白色。21 2 酸洗用裝滿(mǎn)酸液的鋼筋混凝土制品槽 ,加工鋼板表 面的摩擦面 ,其加工方法及技術(shù)參數(shù)如下 : 硫酸濃 度 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) , %) 為 18 % ,溫度 7080 ,將鋼板 表面浸入 , 停留 3040 mi n 。 將酸洗后的鋼板放入 60 左右的石灰水中中和處理。將中和處理 后的鋼板用 60 左右的清水清洗 2 3 次。 用 p h 試紙檢驗(yàn)中和清洗程度。

10、21 3 砂輪打磨砂輪打磨是用手動(dòng)電動(dòng)砂輪機(jī)或手動(dòng)風(fēng)動(dòng)砂輪 機(jī)打磨鋼板表面 ,砂輪打磨的方向要與受力方向垂直。打磨范圍不應(yīng)小于 4 倍螺栓直徑。砂輪片為40 號(hào) ,打磨時(shí)不應(yīng)在鋼板表面磨出有明顯的凹坑。21 4 3 種處理方法后的效果對(duì)比以 q235 和 16m n 鋼板為例 ,經(jīng)噴砂 ( 丸) 、酸洗 和砂輪打磨 3 種不同方式處理后 ,放置 20 天 ,生成 浮銹的抗滑移系數(shù)試驗(yàn)值見(jiàn)表 2 。2圖 1 抗滑移系數(shù)拼接試件的形式和尺寸fig1 1 the samples type and size of anti - sl ipping ratio testgb50205 - 2001鋼結(jié)構(gòu)

11、工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中對(duì)試件的寬度作了明確規(guī)定 ,數(shù)值見(jiàn)表 1 。表 1 試件板的寬度ta ble 1 width of specimen plate螺栓直徑 d/ mm 162022242730板寬 b/ mm100100105110120120對(duì)試件蕊板的厚度 t1 和復(fù)板的厚度 t2 只提到應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程中有代表性的板材厚度來(lái)確定 , 同時(shí)應(yīng)考慮在摩擦面滑移之前 ,試件鋼板的凈面積 始終處于彈性狀態(tài) ,未提及如何確定蕊板的厚度 t1 , 復(fù)板的厚度 t2 。使試件蕊板及復(fù)板厚度的選擇上缺 乏科學(xué)性 ,造成有些試件在摩擦面滑移之前 ,試件鋼 板的凈面積已產(chǎn)生了塑性變形 ,這種情況測(cè)試出來(lái)

12、 的抗滑移系數(shù)偏低是必然的。抗滑移系數(shù)根據(jù)試驗(yàn)所得的滑移載荷 n v 和螺 栓預(yù)拉力 p 的實(shí)測(cè)值 ,按下式計(jì)算 :n v(1)f =nf m 1 pi =式中 : nv 為由試驗(yàn)測(cè)得的滑移載荷 ( kn) ; nf 為摩擦面數(shù) ,取 nr = 2 ; m 1 p 為試件滑移一側(cè)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉i =力實(shí)測(cè)值之和 ; m 為試件一側(cè)螺栓數(shù)量 ,取 m = 2 。根據(jù)式 (1) ,二拴拼接可得 : n v = 4 f p試驗(yàn)時(shí) ,為了保證摩擦面滑移之前試件鋼板的 凈面積始終處于彈性狀態(tài) ,必須滿(mǎn)足條件 :t1 brel 4 f p t2 brel 2 f p表 2 抗滑移系數(shù)試驗(yàn)值ta ble 2

13、 experimental value of anti2sl ipping parameters抗滑移系數(shù)與試驗(yàn)值加工方法鋼種生銹天數(shù)變動(dòng)范圍平均值即 : t1 4 f p/ brelt2 2 f p/ brel式中 : t1 為 蕊 板 的 厚 度 ( mm ) ; t2(2)(3)為 復(fù) 板 的 厚 度q23516 mn202001 56501 61901 63301 74201 58701 679噴砂q2352001 58201 69401 643酸洗( mm) ; rel 為鋼板的下屈服強(qiáng)度 ( m pa)式 (2) 、(3) 是保證抗滑移系數(shù)試驗(yàn)成功的必要 條件。 16 mn 20

14、01 48201 638 01 576 01 58101 728q2352001 652砂輪打磨 16 mn 20 01 59401 882 01 721 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 22 物理測(cè)試第 29 卷根據(jù)抗滑移系數(shù)的設(shè)計(jì)要求 ,選定不同的鋼種和采用相應(yīng)的加工方法。法及工藝進(jìn)行鋼板的表面處理 ,使其接觸面處的抗滑移系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的額定值 。參考文獻(xiàn)結(jié)語(yǔ)在高強(qiáng)度螺栓連接副預(yù)拉力的條件下 ,抗滑移 系數(shù)數(shù)值即摩擦系數(shù)

15、數(shù)值愈大 ,則螺栓接觸面所能 承受的工作載荷便愈大 ,使用愈安全 。影響摩擦系 數(shù)數(shù)值的因素很多 ,鋼板的強(qiáng)度及摩擦面的狀態(tài)是 兩大因素 。因此 ,無(wú)論是高強(qiáng)度螺栓連接抗滑移系 數(shù)檢驗(yàn)的試件 ,還是鋼結(jié)構(gòu)工程中采用摩擦連接的 構(gòu)件 ,在鋼板牌號(hào)一定的情況下 ,應(yīng)根據(jù)抗滑移系數(shù) 的計(jì)算公式設(shè)計(jì)蕊板及蓋復(fù)板的厚度 ,使試件的蕊 板及復(fù)板在試驗(yàn)過(guò)程中始終處于彈性狀態(tài) ,不產(chǎn)生 塑性變形 。并嚴(yán)格按照高強(qiáng)度螺栓摩擦面的處理方3中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. gb 50205 -2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 s . 北京 : 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版 社 ,2002 .中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢

16、驗(yàn)檢疫總局. gb/ t 1231 -2006 鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、螺母、墊圈技術(shù)條件 s . 北京 :中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2007 . 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. gb/ t 3633 -2008 鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副技術(shù)條件 s . 北京 : 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2009 . 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. gb/ t 700 -2006 碳素結(jié)構(gòu)鋼 s . 北京 :中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2007 .中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. gb/ t 714 -2008 橋梁用結(jié)構(gòu)鋼 s . 北京 :中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2009 . 1 2 3 4 5 物

17、理測(cè)試雜志征稿啟事物理測(cè)試由中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)主管 ,中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司主辦 ,是金屬材料檢測(cè)領(lǐng)域重要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)刊物 之一 ( cn 1122119/ o4 ; issn 100120777) ,也是全國(guó)冶金物理 測(cè)試信息網(wǎng)的網(wǎng)刊 。1983 年雜志創(chuàng)刊時(shí)的刊名是冶金分析與測(cè)試 物 理測(cè)試分冊(cè); 1986 年更名為物理測(cè)試; 從 1988 年起 , 由 國(guó)家科委和新聞出版署批準(zhǔn)為公開(kāi)發(fā)行刊物; 物理測(cè)試現(xiàn) 為雙月刊 ,為大 16 開(kāi) ,頁(yè)碼為 64 頁(yè) ;期刊為自辦發(fā)行 。物理測(cè)試以“求實(shí)創(chuàng)新 ,服務(wù)企業(yè)”為目標(biāo) ,堅(jiān)持理論 與實(shí)踐相結(jié)合 ,注重文章的學(xué)術(shù)性和應(yīng)用性 ,重點(diǎn)報(bào)道檢測(cè) 領(lǐng)域內(nèi)

18、的新技術(shù) 、新方法、新成果 、新設(shè)備和新標(biāo)準(zhǔn) ,在金屬 材料檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行學(xué)術(shù)研究 、溝通信息 、交流經(jīng)驗(yàn) ,以提高 該領(lǐng)域的整體科技水平 。自創(chuàng)刊以來(lái), 物理測(cè)試受到科研院所 、企業(yè)的開(kāi)發(fā) 、生 產(chǎn) 、質(zhì)檢科技人員和大專(zhuān)院校師生的喜愛(ài) ,同時(shí)也為試驗(yàn)設(shè) 備生產(chǎn)企業(yè)提供了展示和推廣其產(chǎn)品的平臺(tái) 。物理測(cè)試 已被“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)”、“中國(guó)核心期刊 ( 遴 選) 數(shù)據(jù)庫(kù)”、“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)”、“中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù) 庫(kù)”和“中國(guó)知網(wǎng)”收錄 。其影響因子在同類(lèi)期刊中名列前 茅 。為了更好地為讀者服務(wù) ,加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流 ,特向廣大大作 者和讀者征集原創(chuàng)科技論文。一征稿對(duì)象在生產(chǎn)企業(yè) 、科研單位 、大專(zhuān)院校 、技術(shù)監(jiān)督 、質(zhì)檢商檢 等部門(mén)從事金屬材料研究 、生產(chǎn) 、加工和使用的的專(zhuān)家 、學(xué)者 、工程技術(shù)人員 、研究生、管理人員等 。二征稿范圍在金屬材料的生產(chǎn)和使用過(guò)程中 ,與金屬材料的檢驗(yàn)和 測(cè)試相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)