实训项目指导书 单元二 材料与连接钢构件连接.docx
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实训项目指导书单元二材料与连接钢构件连接
钢构件连接实训指导书
一、实训准备工作
1、熟悉实训任务，明确实训内容（内容为宋体五号，下同）
根据设计任务书给定的或收集的原始数据和资料，结合设计要求，理清设计思路，明确设计内容。
2、材料准备工作
（1）螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定。
（2）高强度大六角螺栓示意图见图1。
（3）大六角头高强度螺栓的规格、尺寸及重量应符合表1的规定。
（4）大六角高强度螺母的规格、尺寸及重量应符合表2的规定。
（5）高强度垫圈的规格、尺寸及重量应符合表2的规定。
图1高强度大六角螺栓示意图
钢结构用大六角头高强度螺栓的规格、尺寸及重量表1
d
（mm）
公称尺寸
12
16
20
（22）
24
（27）
30
最大
12.43
16.43
20.52
22.52
24.52
27.84
30.84
最小
11.57
15.57
19.48
21.48
23.48
26.16
29.16
e（mm）
最小
22.78
29.56
37.29
39.55
45.2
50.85
55.37
dw（mm）
19.2
24.9
31.4
33.3
38.0
42.8
46.5
s
（mm）
最大
21
27
34
36
41
46
50
最小
20.16
26.16
33
35
40
45
49
h
（mm）
最大
7.95
10.75
13.4
14.9
15.9
17.9
19.75
最小
7.05
9.25
11.6
13.1
14.1
16.1
17.65
r（mm）
最小
1.0
1.0
1.5
1.5
1.5
2.0
2.0
c（mm）
最大
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
最小
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
z（mm）
最大
2.6
3.0
3.8
3.8
4.5
4.5
5.3
L0（mm）
25;30
30;35
35;40
40;45
45;50
50;55
55;60
L（mm）
每1000个螺栓的重量（kg）≈
公称
最小
最大
35
40
33.75
38.75
36.25
41.25
49.4
54.2
45
43.75
46.25
57.8
113.0
50
48.75
51.25
62.5
121.3
207.3
55
53.5
56.5
67.3
127.9
220.3
269.3
60
58.5
61.5
72.1
136.2
233.3
284.9
357.32
65
63.5
66.5
76.8
144.5
243.6
300.5
375.7
503.2
70
68.5
71.5
81.6
152.8
256.5
313.2
394.2
527.1
658.2
75
73.5
76.5
86.3
161.2
269.5
328.9
407.1
551.0
687.5
80
78.5
81.5
169.5
282.5
344.5
428.6
570.2
716.8
85
83.25
86.75
177.8
295.5
360.1
446.1
594.1
740.3
90
88.25
91.75
186.1
308.5
375.8
464.7
617.9
769.6
95
93.25
96.75
194.4
321.4
391.4
483.2
641.8
799.0
100
98.25
101.75
202.8
334.4
407.0
501.7
665.7
828.3
110
108.25
111.75
219.4
360.4
438.3
538.8
713.5
886.9
120
118.25
121.75
236.1
386.3
469.6
575.9
761.3
945.6
130
128
132
252.7
412.3
500.8
612.9
809.1
1004.2
140
138
142
438.3
532.1
650.0
856.9
1062.8
150
148
152
464.2
563.4
687.1
904.7
1121.5
160
156
165
490.2
594.6
724.2
952.4
1180.1
170
166
174
625.9
761.2
1000.2
1238.7
180
176
184
657.2
798.3
1048.0
1297.4
190
186
194
688.4
835.4
1095.8
1356.0
200
196
204
719.7
872.4
1143.6
1414.7
220
216
224
782.2
946.6
1239.2
1531.9
240
230
244
1020.7
1334.7
1649.2
260
256
264
1430.3
1766.5
注:
1.括号内的规格，尽可能不采用。
2.dw的最大尺寸，等于s的实际尺寸。
钢结构用高强度大六角螺母的规格、尺寸及重量表2
d（mm）
12
16
20
（22）
24
（27）
30
s
（mm）
最大
最小
21
20.16
27
26.16
34
33
36
35
41
40
46
45
50
49
h
（mm）
最大
最大
12.3
11.87
17.1
16.4
20.7
19.4
23.6
22.3
24.2
22.9
27.6
26.3
30.7
29.1
e（mm）
dw（mm）
最小
22.78
19.2
29.56
24.9
37.29
31.4
39.55
33.3
45.20
38.0
50.85
42.8
55.37
46.6
c
（mm）
最大
最小
0.8
0.4
0.8
0.4
0.8
0.4
0.8
0.4
0.8
0.4
0.8
0.4
0.8
0.4
每1000个螺母的重量（kg）≈
27.68
61.51
118.77
146.59
202.67
288.51
374.01
注：
1.括号内的规格，尽可能不采用。
2.dw的最大尺寸，等于s的实际尺寸。
钢结构用高强度垫圈的规格、尺寸及重量表3
公称直径（螺纹直径d）（mm）
12
16
20
（22）
24
（27）
30
d1
（mm）
最大
最小
（公称）
13.43
13
17.43
17
21.52
21
23.52
23
25.52
25
28.52
28
31.62
31
d2
（mm）
最大
（公称）
最小
25
23.7
33
31.4
40
38.4
42
40.4
47
45.4
52
50.4
56
54.1
t
（mm）
最大
最小
3.3
2.5
3.3
2.5
4.3
3.5
5.3
4.5
5.3
4.5
6.3
5.5
6.3
5.5
C
（mm）
最大
最小
1.6
1.2
1.6
1.2
2.2
1.8
2.2
1.8
2.2
1.8
2.9
2.5
2.9
2.5
每1000个垫圈
的重量（kg）≈
9.03
15.96
29.84
39.39
50.71
72.09
81.96
注：
括号内的尺寸，尽可能不采用。
f.不同等级的大六角头高强度螺栓的材料性能必须符合表4的规定。
不同等级的大六角头高强度螺栓的材料性能表4
性能
等级
抗拉强度σb
N/mm2
（kgf/mm2）
屈服强度σ0.2
N/mm2
（kgf/mm2）
伸长率
δ5
（%）
收缩率
ψ
（%）
冲击韧性αk
J/cm2
（kgf·m/cm2）
不小于
10.9S
1040～1240
（106～126）
940
（95）
10
42
59
（6）
8.8S
830～1030
（85～105）
660
（68）
12
45
78
（8）
g.不同规格的高强度螺栓的机械性能、拉力应符合表5的规定。
h.大六角头高强度螺栓的硬度应符合表6的规定。
i.大六角头高强度螺栓的连接副是由一个螺栓、二个垫圈、一个螺母组成，螺栓、螺母的垫圈应按表7规定配套使用。
不同规格大六角头高强度螺栓的机械性能、拉力表5
公称直径d
（mm）
12
16
20
（22）
24
（27）
30
公称应力截
面积As
（mm2）
84.3
157
245
303
353
459
561
性能等级
10.9S
拉力截荷
N
（kgf）
87700
～104500
（8940
～10700）
163000
～
195000
（16600
～
19800）
255000
～
304000
（26000
～
31000）
315000
～
376000
（32100
～
38300）
367000
～
438000
（48600
～
58000）
477000
～
569000
（48600
～
58000）
583000
～
696000
（59400
～
70900）
8.8S
70000～86800
（7140～8850）
130000～162000
（13300～16500）
203000～252000
（20700～25700）
251000～312000
（25600～31800）
293000
～
364000
（29900
～37000）
381000
～
47.000
（38800
～48200）
466000
～
578000
（47500
～58900）
螺栓硬度表6
螺栓
螺母
垫圈
10.9S
10H
HRC34～45
8.8S
8H
HRC35～45
螺栓、螺母和垫圈的配套表7
性能等级
维氏硬度HV30
洛氏硬度HRC
10.9S
312～367
33～39
8.8S
249～296
24～31
j.大六角头高强度螺栓验收入库后应按规格分类存放。
应防雨、防潮，遇有螺纹损伤或螺栓、螺母不配套时不得使用。
k.大六角头高强度螺栓存放时间过长，或有锈蚀时，应抽样检查紧固轴力，待满足要求后方可使用。
螺栓不得粘染泥土、油污，必须清理干净。
B、主要机具：
电动扭矩扳手及控制箱、手动扭矩扳手、扭矩测量扳手、手工扳手、钢丝刷、冲子、锤子等等。
C、作业条件：
a.高强度螺栓连接摩擦面必须符合设计要求，摩擦系数必须达到设计要求。
摩擦面不允许有残留氧化铁皮。
b.摩擦面的处理与保存时间、保存条件应与摩擦系数试件的保存时间、条件相同。
c.施工部位摩擦面应防止被油污和油漆等污染，如有污染必须彻底清理干净。
d.调整扭矩扳手。
根据施工技术要求，认真调整扭矩扳手。
扭矩扳手的扭矩值应在允许偏差范围之内。
施工用的扭矩扳手，其误差应控制在±5%以内。
校正用的扭矩扳手。
其误差应控制在±3%以内。
1）当施工采用电动扳手时，在调好档位后应用扭矩测量扳手反复校正电动扳手的扭矩力与设计要求是否一致。
扭矩值过高，会使高强度螺栓过拧，造成螺栓超负载运行，随着时间过长，会使大六角头高强度螺栓产生裂纹等隐患。
当扭矩值过低时，会使高强度螺栓达不到预定紧固值，从而造成钢结构连接面摩擦系数下降，承载能力下降。
2）当施工采用手动扳手时，应每天用扭矩测量扳手检测手动扳手的紧固位置是否正常，
检查手动扳手的显示信号是否灵敏，防止超拧或坚固不到位。
e.检查螺栓孔的孔径尺寸，孔边毛刺必须彻底清理。
f.将同一批号、规格的螺栓、螺母、垫圈配好套，装箱待用。
g.应对大六角头高强度螺栓的操作者进行培训或技术交底，其内容如下：
1）大六角头高强度螺栓的使用特点和要求。
2）高强度螺栓的扭矩系数和摩擦系数。
3）高强度螺栓坚固工艺要点和紧固原则。
4）高强度螺栓的储运、保管和现场施工要求。
5）高强度螺栓扭矩扳手的性能和使用方法。
6）高强度螺栓电动扳手的性能和使用方法。
7）高强度螺栓紧固后的自检自查要求和检查方法、内容。
h.严格控制施工工具的标定质量
各种扳手在使用前、后，使用过程及保管、维修过程中，极容易产生输出扭矩值的误差，使用各类没有质量控制的扳手，必会造成施拧螺栓预拉力的误差，这是高强度螺栓连接紧固中所要尽量避免的，因此扳手的标定是施工质量控制的重点，施工过程中要注意以下原则：
1）没有标定过的扳手，不准投入使用。
2）施拧及检查用的扭矩扳手，无论是电动扭矩扳手，还是带响或表盘扭矩扳手，班前必须校正标定，班后还需校验，以确定此扳手在使用过程中，扭矩未发生变化。
3）施工用扳手在使用前标定，误差应在±3％内，使用后校验，误差在不应超过±5％；检查用扳手标定误差不应超过±3％，这些都是为了确保连接的可靠、扭矩检查的标准。
二、大六角高强螺栓连接实训过程内容及方法、步骤
工艺流程：
作业准备→选择螺栓并配套→接头组装→安装临时螺栓→安装高强螺栓→去除临时螺栓→高强螺栓紧固→检查验收
1、作业准备：
备好扳手、临时螺栓、过冲、钢丝刷等工具。
根据高强度螺栓扭矩系数检测报告，计算初拧、终拧值。
主要应对施工扭矩的校正，就是对所用的扭矩扳手，在班前必须校正，扭矩校正后才准使用。
扭矩校正应指定专人负责。
大六角头高强度螺栓长度选择，考虑到钢构件加工时采用钢材一般均为正公差，有时材料代用又多是以大代小，以厚代薄居多，所以连接总厚度增加3～4mm的现象很多，因此，应选择好高强度螺栓长度，一般以紧固后长出2～3扣为宜，然后根据要求配好套备用。
2、螺栓长度的选择：
选用螺栓的长度应为紧固连接板厚度加上一个螺母和一个垫圈的厚度，并且紧固后要露出不少于两扣螺纹的余长。
3、接头组装：
对摩擦面进行清理，对板不平直的，应在平直达到要求以后才能组装。
摩擦面不能有油漆、污泥，孔的周围不应有毛刺，应对待装摩擦面用钢丝刷清理，其刷子方向应与摩擦受力方向垂直。
遇到安装孔有问题时，不得用氧气乙炔扩孔，应用扩孔钻床扩孔，扩孔后应重新清理孔周围毛刺。
高强度螺栓连接面板间应紧密贴实，对因板厚公差、制造偏差或安装偏差等产生的接触面间隙，应按表8的规定处理。
接触面间隙处理表8
项目
间隙大小
处理方法
1
t＜1.0mm时
不予处理
2
t=1.0～3.0mm时
将厚板一侧磨成1:
10的缓坡，使间隙小于1.0mm
3
t＞3.0mm时
加垫板，垫板厚度不小于3mm，最多不超过三层，垫板材质和摩擦面处理方法应与构件相同
注：
按表8中的规定控制间隙，能保证连接后结构件传力均匀。
4、选用合适的冲钉和临时螺栓：
控制冲钉和临时螺栓的最少用量是考虑安装时它们应能承受构件的自重和连接校正时外力的作用，防止连接后构件位置偏移，以及为了钢板间的有效夹紧，尽量消除间隙，因此在安装时应控制以下几点：
（1）每个节点所需的临时螺栓和冲钉数量，应按安装时可能产生的荷载计算确定。
（2）钢构件组装时应先安装临时螺栓，临时安装螺栓不能用高强度螺栓代替，临时安装螺栓的数量一般应占连接板组孔群中的1/3，不能少于2个。
（3）少量孔位不正，位移量又较少时，可以用冲钉打入定位，然后再上安装螺栓。
（4）板上孔位不正，位移较大时应用绞刀扩孔。
（5）个别孔位位移较大时，应补焊后重新打孔。
（6）不得用冲子边校正孔位边穿入高强度螺栓。
（7）所有冲钉数不宜多于临时螺栓30%，目的是为了加大对板叠的压紧力，且冲钉不得强行敲入。
（8）连接用的高强度螺栓不得兼作临时螺栓，以防止螺纹损伤和连接副表面状态改变，引起扭矩系数的变化。
5、安装高强螺栓：
（1）高强度螺栓应自由穿入孔内，严禁用锤子将高强度螺栓强行打入孔内。
（2）高强度螺栓的穿入方向应该一致，局部受结构阻碍时可以除外。
（3）不得在下雨天安装高强度螺栓。
（4）高强度螺栓垫圈位置应该一致，安装时应注意垫圈正、反面方向。
（螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧，对于大六角头高强度螺栓连接副靠近螺栓头一侧的垫圈，其有倒角的一侧朝向螺栓头。
）
（5）高强度螺栓安装后及时拧紧，避免在孔内受剪。
（6）安装高强度螺栓和替换高强度螺栓时构件摩擦面应保持干燥，不得在雨中作业。
6、高强度螺栓的紧固：
（1）大六角头高强度螺栓全部安装就位后，可以开始紧固。
紧固方法一般分两步进行，即初拧和终拧。
初拧、终拧数值根据公式确定：
Tc=K·Pc·d（Tc终拧扭矩值N·m；Pc施工预拉力标注值kN，按表；d螺栓公称直径mm；K扭矩系数，按试验数值取）。
高强度螺栓连接副施工预拉力标准值（kN）表9
螺栓的性能等级
螺栓公称直径（mm）
M16
M20
M22
M24
M27
M30
8.8s
75
120
150
170
225
275
10.9s
110
170
210
250
320
390
（2）初拧紧固顺序，根据大六角头高强度螺栓坚固顺序规定，一般应从接头刚度大的地方向不受拘束的自由端顺序进行；或者从栓群中心向两边或四周扩散方向进行。
这是因为连接钢板翘曲不牢时，如从两端向中间坚固，有可能使拼接板中间鼓起而不能密贴，从而失去了部分摩擦传力作用。
（3）大六角头高强度螺栓初拧应做好标记，防止漏拧。
一般初拧后标记用一种颜色，终拧结束后用一种颜色，加以区别。
（4）为了防止高强度螺栓受外部环境的影响，使扭矩系数发生变化，故一般初拧、终拧应该在同一天内完成。
（5）凡是结构原因，使个别大六角头高强度螺栓穿入方向不能一致，当拧紧螺栓时，只准在螺母上施加扭矩，不准在螺杆上施加扭矩，防止扭矩系数发生变化。
7、大六角头高强度螺栓检查
（1）施工操作中的工艺检查。
在施工过程中检查施工是否按施工作业指导书要求进行，具体检查内容有以下几项：
1）是否用临时螺栓安装，临时螺栓数量是否达到1/3以上。
2）高强螺栓的进入是否自由进入，严禁用锤强行打入。
3）高强度螺栓坚固顺序正确与否，紧固方法是否正确。
4）抽检测定扭矩扳手的扭矩值，是否在设计允许范围之内。
5）检查连接面钢板的清理情况，保证摩擦面的质量可靠。
（2）大六角头高强度螺栓的质量检查。
1）用0.3kg小锤敲击法，对高强螺栓进行普查，防止漏拧。
2）进行扭矩检查，抽查每个节点螺栓数的10%，但不少于一个。
检查时先在螺栓端面和螺母上画一直线，然后将螺母拧松约60°，再用扭矩扳手重新扭紧，使两线重合，测得此时的扭矩应在0.9Tc～1.1Tc可为合格。
如发现有不符合规定的，应再扩大检查10%，如仍有不合格者，则整个节点的高强度螺栓应重新拧紧。
扭矩检查应在螺栓终拧1h以后，48h之前完成。
3）用塞尺检查连接板之间间隙，当间隙超过1mm的，必须要重新处理。
4）检查大六角头高强度螺栓穿入方向是否一致（除结构原因以外），检查垫圈方向是否正确。
8、质量标准
（1）主控项目
1）高强螺栓的型式、规格和技术条件必须符合设计要求和有关标准规定，并有出厂合格证及试（复）验报告。
2）钢结构制作和安装单位应分别进行高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验和复验，现场处理的构件摩擦面应单独进行摩擦面抗滑移系数试验，其结果应符合设计要求。
3）高强度大六角头螺栓连接副终拧完成1h后、48h内应进行终拧扭矩检查，检查结果应符合规范50205—2001附录B的规定。
（2）一般项目
1）高强度螺栓连接副终拧后，螺栓丝扣外露应为2~3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。
2）高强度螺栓连接副的施拧顺序和初拧、复拧扭矩应符合设计要求和国家现行行业标准《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》JGJ82的规定。
3）高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁，不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢等，除设计要求外摩擦面不应涂漆。
摩擦面必须保证75%紧贴，边缘最大间隙不得大于0.8mm。
4）高强度螺栓应自由穿入螺栓孔。
高强度螺栓孔不应采用气割扩孔，扩孔数量应征得设计同意，扩孔后的孔径不应超过1.2d（d为螺栓直径）。
（3）控制项目
1）检查使用的扭矩扳手应在每班作业前后分别进行标定和校验，检查扭矩按下列公式计算：
Tch=k.p.d
式中Tch——检查扭矩（N.m）
2）高强度大六角头螺栓终拧结束后检验时，应采用“小锤敲击法”对螺栓（螺母处）逐个敲检，且应进行扭矩随机抽检。
a．“小锤敲击法”是用手指紧按住螺母的一边，按的位置尽量靠近螺母垫圈处，然后宜采用0.3至0.5Kg重的敲击螺母相对应的另一边（手按边的对边），如手指感到轻微颤动即为合格，颤动较大即为欠拧或漏拧，完全不颤动即为超拧。
b扭矩检查采用“松口、回扣法”。
即先在螺母与螺杆的相对应位置划一条细直线，然后将螺母松越小于六十度，在拧到原位（即与该细直线重合）时测得的扭矩，该扭矩与检查扭矩的偏差在检查扭矩的正负百分之十范围之内即为合格。
c．扭矩检查应在终拧1h以后进行，并且应在24h以内检查完毕。
d．扭矩检查为随机抽样，抽样数量为每个节点螺栓连接副的百分之十，但不少于一个连接副。
如发现不符合要求，应重新抽样百分之十检查，如仍是不合格的，是欠拧、漏拧的应该重新补拧，是超拧的应予以更换螺栓。
三、实训中应注意的主要问题
1、成品保护
（1）已经终拧的大六角头高强度螺栓应作好标记。
（2）已经终拧的节点和摩擦面应保持清洁整齐，防止油、尘土污染。
（3）已经终拧的节点应避免过大的局部撞击和氧气、乙炔烘烤。
2、应注意的质量问题
（1）高强度螺栓的安装施工应避免在雨雪天气进行，以免影响施工质量。
（2）大六角头高强度螺栓连接副应该当天使用当天从库房中领出，最好用多少领多少，当天未用完的高强度螺栓不能堆放在露天，应该如数退回库房，以备第二天继续使用。
（3）高强度螺栓在安装过程中如需要扩孔时，使用铰刀扩孔。
一定要注意防止金属碎屑夹在摩擦面之间，一定要清理干净后才能安装。
（4）高强度螺栓在使用前尽可能不要开箱，以免破坏包装的密封性。
开箱取出部分
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