高强度螺栓连接摩擦面抗滑移系数试验的影响因素_卓凡.pdf

江西建材质量控制与检测922023年1 月作者简介：卓凡（1996-），男，福建平潭人，本科，助理工程师，主要研究方向为工程材料质量检测。高强度螺栓连接摩擦面抗滑移系数试验的影响因素卓 凡福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建 福州 350100摘 要：文中介绍了抗滑移系数试验的质量验收功能，梳理了试验要求，给出了高强度螺栓抗滑移试件的制作方法，从摩擦面处理、试件处理、预拉力调节三个方面，分析了其对抗滑移系数的干扰作用，从中发现材料表面粗糙度、材料接触面积、材料塑性三个因素，与抗滑移系数之间的影响，以规范试验操作，助力建筑验收工作有序进行。关键词：高强度螺栓；试件；抗滑移系数中图分类号：TU74 文献标志码：A文章编号：1006-2890（2023）01-0092-03Influence Factors of Anti-sliding Coefficient Test on Friction Surface of High-strength Bolt ConnectionZhuo FanFujian Academy of Building Sciences Co.Ltd.,Fuzhou,Fujian 350100Abstract:The article introduces the quality acceptance function of anti-slip coefficient test,combs the test requirements,gives the manufacturing method of anti-slip test pieces of high-strength bolts,analyzes the interference function of anti-slip coefficient from three aspects of friction surface treatment,test piece treatment and pretension adjustment,and finds out the influence between the three factors of material surface roughness,material contact area and material plasticity and anti-slip coefficient,This will standardize the test operation and help the building acceptance work to proceed in an orderly manner.Key words:High-strength bolt;Test piece;Anti-sliding coefficient0 引言使用高强度螺栓紧固时，会在连接件表面形成一定轴力，即预拉力，对抗滑移板施加外力，使其与螺栓预拉力相互垂直，两个作用力的比值，称之为抗滑移系数。在实际构件检测期间，多数螺栓规格为M20，构件厚度为8mm、6mm不等，使用Q235钢板，螺栓结构抗滑移系数标准值为0.45。此类样品检测期间，如厚度较小，不符合工程使用要求，无法进行样品检验。例如进行抗滑移试验，试件的强度荷载约为188kN，抗滑移检测时的荷载取值为284kN，此时，抗滑移系数取值为0.45。如果荷载值不够，会导致试件未出现滑移现象时，芯板出现质量损坏，难以如实反馈试件抗滑移能力。当工程使用 M20 高强螺栓时，用于次梁与系杆连接，施工单位需遵守规范内容，进行连接处理1。此时，需进行抗滑移的性能测试。由此出现一个检测认识偏差：摩擦型高强螺栓较为依赖于紧固力，此时传出的静摩擦力，可有效抵消外界荷载。与摩擦力相对应的是抗滑移系数。构件接触面相邻位置，应拥有充足摩擦作用，方可产生抗滑移系数。而工程的高强螺栓仅承受轴向拉力，具有一定构件连接功能，并未拥有充足的接触面，难以完成抗滑移检测。抗滑移检测的本身，具有工程检测的辅助性，使用各类螺栓、钢构件处理效果相差无几2。为此，进行抗滑移检测，可反馈螺栓结构参数设计的合理性，具有一定的检测意义。1 抗滑移系数试验概述1.1 质量验收的关键依据钢结构相关验收规范明确指出抗滑移系数的重要性，需要对施工单位和工厂分别进行抗滑移试验检定，在现场处理的摩擦面需进行单独试验检测。试验方法需参照GB 50205-2020 钢结构工程施工质量验收标准 中附录 B的相关要求，保证试验规范，结果可考。JGJ 82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程 标准给出了抗滑移系数 的取值方法，一般情况下，高强度螺栓使用Q235B钢材进行抗滑移试验，采取喷砂处理方式，此时的 值为0.45。1.2 检验方法试验方法按批次进行，检验批可按分部工程（子分部工程）所含高强度螺栓用量划分：每5 万个高强度螺栓用量的钢结构为一批，不足5 万个高强度螺栓用量的钢结构视为一批。若有两种或两种以上摩擦面（含有涂层的摩擦面）的表面处理工艺时，每一种表面处理工艺均需进行抗滑移系数检测，每批3 组试件3。检验期间，设备读数误差不可大于1%，据此进行设备读数校准。在检验前期，全面检查各类设备，比如传感器、应变仪等，确保设备读数偏差率不超过2%，符合试验的设备读数精确性要求。1.3 制作试件制作试件时，参照钢结构厚度，综合设定试件厚度。试件有两个厚度参数，分别为芯板及盖板厚度 t1、t2，两个参数大小应符合2t2 t1的关系，且保证试件截面、连接面的间隔位置，处于弹性状态。试件宽度c设计时，参照GB 50205-2020 钢结构江西建材质量控制与检测932023年1 月工程施工质量验收规范 进行赋值。试件连接时，夹紧段长度 l可根据试验机夹具要求取值为150mm。试件制作完成，应保持表面平整、清洁无垢、边缘整齐4。1.4 试验步骤试件组装完成后，使用螺栓对试件进行紧固。初拧紧固处理时，预拉力应为螺栓标准作用力的一半。终拧紧固处理时，每个螺栓的预拉力应该在螺栓标准作用力的95%105%P之内，P为螺栓预拉力参数的设计值。在组装完成的试件侧面，勾画滑移线，将其安装在拉力试验设备内。进行抗滑移试验时，首次增加荷载作用时，需取荷载设计值10%，作为初荷，保持此荷载1min后进行匀速加载，荷载增加幅度约35kN/s，荷载增加至出现滑动现象，查看此时产生滑移的荷载值，记为 Nv。当试件发生滑移时，会出现异常声响，确保滑移现象判断准确。2 抗滑移系数试验需考量的因素2.1 螺栓检验钢结构验收规范针对抗滑移试件给出了具体要求，即“试验采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件，所代表的钢构件与试件应相同材质、相同制作、相同表面处理工艺和相同表面状态，存放的环境条件应一致，并且使用的高强度螺栓连接副应为同批和相同性能等级”。为此，检测抗滑移系数时，应保证试件与工程螺栓的生产批次相同。摩擦面工艺、构件受力、螺栓个数、存储环境、荷载参数各个因素，均应与工程实际保持一致，以此提高试验结果的准确性。2.2 螺栓应力螺栓应力改变共有两个过程：（1）螺栓紧固处理后，各处摩擦面出现微观变形，由此改变预拉力参数，致使应力迅速变小，力变较快；（2）材料性能改变，致使材料发生塑性改变，弹性改变量较小，应力逐渐变小。抗滑移检测时，预拉力参数会受到第一个过程的干扰，螺栓紧固处理后，螺栓预拉力会出现短时变小现象，预拉力变化时间持续510min，力变速度减缓，预拉力参数不再改变。为此，在试件紧固处理后的10min之内，待预拉力参数变幅较小时，再进行拉伸检测，以此获取更为精确的预拉力参数5。2.3 测定滑移荷载抗滑移试验期间，试验器具回针、异常声响等现象的发生，均表示试件盖板、芯板间隔位置有滑动现象。使用高强度螺栓时，构件连接传出的摩擦力，用于传输荷载作用。当摩擦面受到外界荷载作用，出现相对滑动现象，此时连接状态失效，试验完成。试验设定中，确定了滑动受损点的作用，将其设定为加载终点，以满足抗滑移检测需求，有效规避检测设备内部磨损带来的异常声响问题，显著提高检测数据的可参考性。3 试验分析3.1 试验方案设计多组试件，测定抗滑移参数，使用应变片、轴力计测定预拉力大小，各组试件均放置7d。在施加预拉力作用后，高强度螺栓都会损失部分预拉力，从应变片、轴力计中获取拉力损失值。摩擦面各类工艺处理后，采用应变片，可以有效控制预拉力。试验中，选择大六角头螺栓处理试件，制作试件的材质为Q235B钢板，芯板和盖板的厚度分别为20mm和12mm，板材宽度为100mm。拉力试验期间，运行万能试验设备、静态应变检测器具。试验前，各组设备均进行误差校准，确保符合试验要求。高强度螺栓初期的预拉力参数设定为155kN，应变片连接的螺杆区域A约为281mm2。应变片粘贴对应的螺栓长度为75mm，轴力计粘贴对应的螺栓长度为120mm。如表1所示，是各类摩擦工艺、不同存放时间的抗滑试验结果。表1 各组试件的抗滑系数试验数据记录结果摩擦面工艺滑移荷载/kN单侧预拉力/kN抗滑移系数 抗滑移系数平均值 喷砂,7d（安装应变片）2953110.4740.4723013160.4762893100.466喷砂,7d（安装应变片、轴力计）2963120.4740.4752993140.4762933080.476喷砂+生赤锈，7d（安装应变片）2963150.4700.4762973140.4733023110.486喷砂+生赤锈，7d（安装应变片、轴力计）2963110.4760.4712943150.4672983160.472喷砂+无机富锌漆，7d（安装应变片）3183160.5030.5033163170.4983253200.508人工除锈，7d（安装应变片）2423140.3850.3862463170.3882393100.385喷砂，180d（安装应变片）3223160.5090.5103253150.5163213180.505喷砂+生赤锈，180d（安装应变片）3073170.4840.4923103150.4923123130.4983.2 试验分析3.2.1 摩擦面处理由表1 试验数据可知，各组摩擦面处理方案中，“喷砂+无机富锌漆”的方法，存储7d后，滑移荷载最大，最高达到325kN，单侧预拉力最大值为320kN，抗滑移系数 的平均值达到了0.503；人工除锈的表面处理工艺，抗滑移系数 的平均值最小，仅为0.386。由此说明，“喷砂+无机富锌漆”工艺可显著提高试件表面的抗滑移能力，人工除锈方法的性能强化效果不明显。经对比发现，摩擦面处理方式是改变螺栓抗滑移系数大小的关键因素6。3.2.2 试件存储时间由表1 数据可知，在摩擦面工艺处理后，进行不同时段的试件存储，试件抗滑移系数大小会有一定差异。喷砂工艺处理后，试件存储7d与180d数据对比时，180d存储的试件值为0.510，相比7d试件高出0.038；“喷砂+生赤锈”工艺处理后，试件存储180d，值相比存储7d试件高出0.016。由此说明，在相同摩擦面处理工艺条件下，不同的试件存储时间长短和抗滑移系数大小有一定差异，当存储时间增加时，抗滑移系数相应增大。产生此种现象的原因归结于钢材自身性能，在存储时间增加时，钢材强度变大，其抗摩擦性能变强，相应改变了抗滑移系数大小。故推断，高强度螺栓表面处理后，存储时间是影响其抗滑移系数的主要因素。（下转第96 页）江西建材质量控制与检测962023年1 月3 结语（1）不同监测点的水平位移存在一定差异，且其随深度变化亦有所变化，大致在13m处的水平位移值最大。同时，随时间持续，水平位移值有持续增加趋势。（2）通过水平位移的变形预测，得出 ICS-RBF-GRNN模型在基坑水平位移预测中的适用性和有效性，不过水平位移的累计变形后续仍会进一步增加，且增加速率趋于减小，综合说明了水平位移趋于稳定。参考文献 1 黄莺，方中义，李学聪，等.上软下硬地层深基坑结构变形监测及分析J.中国安全生产科学技术，2022，