高强螺栓连接作为钢结构施工中的关键环节,其质量问题直接影响结构安全与耐久性。结合工程实践,常见质量问题及成因如下:
一、施工前质量问题
1. 材料选型不当
螺栓等级不符:设计要求10.9级螺栓,实际使用8.8级或更低强度螺栓,导致抗剪承载力不足。
规格不匹配:螺栓直径、长度与连接板厚度不协调,如M20螺栓配16mm厚连接板,导致螺纹外露量不足(规范要求≥2扣)。
材质缺陷:螺栓表面存在裂纹、夹渣等缺陷,通过磁粉探伤检测发现,但未更换直接使用。
2. 连接设计缺陷
摩擦面处理不足:设计要求喷砂处理(Ra≥50μm),实际仅进行手工打磨,导致抗滑移系数低于0.45(规范要求≥0.45)。
孔径偏差:螺栓孔直径比螺栓公称直径大1.5mm(规范允许±1.0mm),导致孔壁与螺栓间隙过大,降低连接刚度。
连接形式错误:将摩擦型高强螺栓连接误用为承压型,未考虑摩擦面抗滑移要求,导致连接失效风险增加。
二、施工中质量问题
1. 安装偏差超标
螺栓垂直度偏差:螺栓轴线与连接面不垂直,偏差超过3°(规范要求≤2°),导致预紧力分布不均。
螺栓群中心偏移:螺栓群中心与构件形心偏移量超过连接板对角线长度的1.5%(规范要求≤1.0%),引发附加弯矩。
螺纹损伤:安装过程中用锤击螺栓强行就位,导致螺纹变形,影响预紧力传递。
2. 预紧力控制失效
扭矩法误差:使用未校准的扭矩扳手,实际扭矩偏差超过±10%(规范要求±5%),导致预紧力不足或过大。
转角法失误:未记录初始旋转角度,或旋转角度超过设计值(如设计要求旋转90°,实际旋转100°),导致连接松动。
预紧力不均匀:同一节点中,相邻螺栓预紧力差值超过20%,引发应力集中。
3. 摩擦面污染
油污污染:安装前未清理连接板表面油污,导致抗滑移系数降低至0.3以下(规范要求≥0.45)。
锈蚀污染:连接板存放期间生锈,未进行除锈处理直接安装,影响摩擦面性能。
焊接飞溅:附近焊接作业产生的飞溅物附着在摩擦面上,未清除即进行螺栓安装。
三、施工后质量问题
1. 连接松动
振动导致松动:在交通荷载或风振作用下,螺栓预紧力逐渐衰减,未及时复紧。
温度变化影响:钢结构热胀冷缩导致螺栓群受力重分布,部分螺栓预紧力下降。
检查缺失:未按规定周期(如每3个月)检查螺栓预紧力,导致松动未及时发现。
2. 连接失效
螺栓断裂:因预紧力过大或材料缺陷,螺栓在服役期间发生脆性断裂。
连接板变形:预紧力不足导致连接板在荷载作用下发生塑性变形,影响结构整体性。
滑移破坏:摩擦面抗滑移系数不足,在荷载作用下发生相对滑移,导致连接失效。
四、典型案例与数据
某体育馆钢桁架工程:因螺栓孔径偏差超标(大2.0mm),导致连接刚度降低30%,在风载作用下发生明显振动,后续通过扩孔修复。
某桥梁钢箱梁项目:摩擦面处理未达标(抗滑移系数仅0.38),在车辆荷载作用下发生滑移,造成连接板撕裂,修复成本增加200万元。
统计数据:据对100个钢结构工程的质量抽查,高强螺栓连接问题占比达45%,其中预紧力控制失效占60%,摩擦面污染占25%。
五、质量控制建议
材料验收:严格检查螺栓质量证明文件,进行抽样复验(如硬度测试、抗拉试验),不合格品不得使用。
工艺控制:
摩擦面处理后4小时内完成螺栓安装,避免污染;
使用校准合格的扭矩扳手,每班次前进行示值校准;
采用“十字交叉法”分步拧紧螺栓,确保预紧力均匀。
过程检查:
安装前检查螺栓垂直度、孔径偏差;
安装后立即检查预紧力(如用扭矩-转角法复核);
定期(如每6个月)进行螺栓预紧力复测。
问题处理:
如需具体检测方法或修复方案,可提供工程类型(如建筑钢结构/桥梁钢结构)进一步定制措施。