《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》是中建國際建設公司完成的建築類施工工法；作者分別是安建民、孫先鋒、秦力、余建國、張家偉；適用範圍是大直徑高預拉力設計值的非標高強度螺栓安裝。
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》主要的工法特點是直接對高強度螺栓栓桿施加預拉力，通過穿心式油壓千斤頂實現預拉力的施加，高強度螺栓張拉施工前須確定設備回歸方程式和拉力損失，施工時通過油壓轉換和作用力傳遞使高預拉力值非標高強度螺栓達到設計預拉力值。
2008年1月31日，《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法
- 工法編號： YJGF173-2006
- 完成單位：中建國際建設公司
- 主要完成人：安建民、孫先鋒、秦力、余建國、張家偉
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的形成原因是：
高強度螺栓是建築鋼結構中最常用的連線副，中國2005年前已執行的專項規範中對8.8S、10.9S的M12~M30規格高強度螺栓有明確的材質、力學性能、預拉力、扭矩值等參數的規定相關技術規程中對此類高強度螺栓的施工方法也有詳細的敘述。在現代建築鋼結構設計中，由於結構受力、節點構造及施工條件限制等特性要求，在受力複雜的節點結構形式中，為滿足結構設計要求往往需要採用超出2005年前已執行的專項規範規定的螺栓形式及特殊技術參數，如使用直徑在M30以上、材質有特殊及預拉力值偏大等超出規範中明確規定的高強度螺栓，這些高強度螺栓通稱為非標高強度螺栓。
非標高強度螺栓最顯著的特徵為螺桿直徑大以及預拉力值大，相應地要求施工扭矩值大，一般無相應的標準安裝設備。採用常規施工方法一般是採用簡易的特製加長扭矩扳手，且需兩名或多名工人同時施擰，力矩損失大，且無法準確測定施工控制數據，操作性差，不易保證施工質量。預應力張拉法安裝非標高強度螺栓則解決了上述問題。
工法特點
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的工法特點是：
不通過扭矩轉換，直接對高強度螺栓栓桿施加預拉力，預拉力的施加則通過穿心式油壓千斤頂實現。高強度螺栓張拉施工前，須確定設備回歸方程式和拉力損失，施工時通過油壓轉換和作用力傳遞，使高預拉力值非標高強度螺栓達到設計預拉力值。
操作原理
適用範圍
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》適用於大直徑高預拉力設計值的非標高強度螺栓安裝。
工藝原理
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的工藝原理敘述如下：
常規高強度螺栓施擰時通過扭矩扳手對螺母施加扭矩Tc，通過螺紋傳遞將扭矩轉化為拉力Pc，從而使高強度螺栓螺桿達到設計預拉力P0預應力張拉法則直接通過對螺桿直接施加拉力P，並在螺桿張拉狀態下擰緊螺母，最終使螺桿在預應力P作用下夾緊連線件（圖1）。
圖1 高強度螺栓
通過扭矩扳手施加預拉力的工況中扭矩Tc與預拉力Pc的關係為：Tc=k·Pc·d。
式中Tc——終擰扭矩（牛·米）；Pc——高強度螺栓施工預拉力（千牛）；k——高強度螺栓連線副的扭矩係數平均值。
大直徑高強度螺栓預拉力值較大，一般採用穿心式液壓千斤頂通過張拉提供預拉力值保證。張拉桿為穿心式液壓千斤頂的傳力桿，通過將油缸行程轉化為拉力P；張拉桿與高強度螺栓栓桿之間通過配合良好的特製連線套筒連線，使張拉力P傳遞至栓桿，油缸行程轉化到高強度螺栓預拉力Pc，張拉力在傳遞過程中會有部分損失而需要進行補償，補償修正值應通過專項試驗確定（圖2）。
圖2 穿心千斤頂張拉栓桿原理示意圖
施工工藝
- 工藝流程
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的工藝流程見圖3。
圖3 非標高強度螺栓預應力張拉施工工藝流程圖
- 操作要點
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的操作要點如下：
（1）高強度螺栓復驗。對非標高強度螺栓在材質和力學性能的要求規範中無明確規定，復驗項目和相關參數值的確定以設計要求和廠家資料為依據，必要時應通過組織專題專家會評審確定。
（2）張拉設備標定。張拉設備在使用前須進行標定，確定油泵油壓一千斤頂張拉力的回歸方程，根據設計預拉力值和回歸方程計算出可控油泵油壓值。
（3）張拉值測設試驗（圖4）。非標高強度螺栓栓桿預先定製6根（樣本數應專題確定）加長螺桿和配套螺母，作為張拉試驗用。在螺桿上設定環型應變感測器，以根據螺桿應力應變反應曲線計算在張拉過程中螺桿預拉力值的變化，測定出栓桿張拉值、回彈值、穩定值等參數，通過對6根螺栓的數據統計分析，最終確定施工張拉值。
圖4 張拉試驗過程
（4）連線件、螺栓孔檢查。非標高強度螺栓連線處的鋼板表面應平整、無焊接飛濺、無毛刺、無油污等要求。其表面處理方法與設計要求一致。檢查孔徑、孔距符合設計要求。
（5）非標高強度螺栓定位及安裝。利用臨時螺栓沖釘進行定位，保證高強度螺栓能夠自由穿入。在每個節點上應穿入不少於安裝總數1/3的臨時螺栓，最少不得少於2套，在安裝過程中沖釘穿入的數量不宜超過臨時螺栓數量的30%，不允許非標高強度螺栓兼作臨時螺栓使用，以防止損傷螺紋。
（6）非標高強度螺栓初擰。採用大規格高強度螺栓的扭矩扳手並配以加力桿，更換與非標高強度螺栓螺母配套的套筒，初擰值按設計預拉力的50%施擰。施擰時要根據具體工程節點形式和高強度螺栓數量、規格及發布特點選擇最佳順序，一般遵循由中心向四周擴散或由上到下或從右（左）到左（右）的原則。施擰過程中具體施擰順序尚應通過塞尺檢查連線件的連線緊密均勻程度輔證，若由於施工順序導致連線件連線緊密程度不均勻時，應研究並重新調整順序（圖5）。
圖5 非標高強度螺栓初擰順序示意圖
（7）非標高強度螺栓張拉（終擰）。根據試驗確定的施工張拉值換算為施工油壓值，利用張拉設備按初擰順序逐一進行高強度螺栓張拉。油泵油壓達到標定的施工油壓值後，利用自製非標扳手結合大規格扭矩扳手將螺母擰緊即可。施擰人在張拉試驗和張拉施工中必須為同一操作者。
（8）非標高強度螺栓施工質量檢查。初擰時檢查。初擰完畢採用小錘敲擊法對高強度螺栓進行檢查，防止漏擰。小錘敲擊法是用手指緊按螺母的一個邊，按的位置儘量靠近螺母墊圈處，然後採用0.3~0.5千克重的小錘敲擊螺母相對應的另一邊，如手指感到輕微的顫動既為合格，顫動較大既為欠擰或漏擰，完全不顫動即為超擰。終擰時檢查。由於張拉法施工在張拉完畢後無法進行常規方法檢查，因此應在張拉過程中，選擇節點區高強度螺栓數量的10%，對栓桿進行預拉力應力應變監測，測定的結果與試驗數據進行比對確定（圖6）。
圖6 張拉設備與高強度螺栓的細部連線
- 勞動力組織
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》施工時的主要勞動力組織如表1。
序號 | 工種/崗位 | 人員數量 | 崗位職責 |
1 | 現場負責人 | 1 | 張拉過程技術和生產協調 |
2 | 油泵操作工 | 1 | 油壓控制 |
3 | 千斤頂操作工 | 1 | 千斤頂安裝，套筒卡具安裝 |
4 | 安裝工 | 2 | 高強度螺栓安裝，扳手施擰 |
5 | 輔助工 | 2 | 材料、設備搬運 |
6 | 數據統計員 | 1 | 數據記錄與統計 |
材料設備
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》採用的主要張拉設備如表2。
序號 | 設備名稱 | 規格型號 | 數量 | 備註 |
1 | 高壓電動油泵 | YBZ2-80 | 1台 | 動力源 |
2 | 穿心式液壓千斤頂 | YDC600-200 | 1台 | 張拉設備 |
3 | 張拉撐腳 | YDC600 | 1台 | 設備配件 |
4 | 張拉撐組件 | YDC600 | 1套 | 設備配件 |
5 | 精製螺紋連線器 | Φ36 | 1件 | 設備配件 |
6 | 扭矩扳手 | 1000千牛·米 | 1把 | 初擰 |
7 | 非標自製普通扳手 | 開口式 | 1把 | 螺母安裝 |
質量控制
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的質量控制要求如下：
非標高強度螺栓連線副（螺栓、螺母、墊圈）應配套成箱供貨，檢查出廠合格證、質保書、材質單、質量檢驗報告。由於規範中對M30以上非標高強度螺栓無明確材性規定，對螺栓的材質和力學性能參數要以設計要求為準，必要時應組織專題專家會。
施加預拉力值以（±0%~+10%）×設計預拉力值為合格。
螺栓絲扣外露長度比照常規高強度螺栓的長度值基礎上應增加一個套筒卡具高度。
非標高強度螺栓摩擦面、螺栓孔、初擰與終擰時間間隔等其他檢查檢測項目，宜參照普通高強度螺栓的要求，施工中要編制專項質量控制表。具體要求可參照《鋼結構高強度螺栓連線的設計、施工及驗收規程》JGJ 82-91、《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205-2001、《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-98及相關設計技術資料。
安全措施
採用《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》施工時，主要涉及張拉設備的安全和正確使用：
1.使用前一定要詳細閱讀產品說明書，熟悉設備對電壓、工作環境的要求以及操作過程中應注意的事項，對參與張拉施工的人員進行安全技術交底。
2.油泵和千斤頂操作必須由專業工人操作。接通電源前，應先查看電源電壓是否與該產品銘牌規定相符、是否有接地裝置等；當電源電壓超出額定值的±6%時，應採取穩壓措施，否則會影響數據測設控制精度，當用電設備接地不良易造成安全事故。
3.使用中如發現液壓穿心千斤頂、張拉撐腳、張拉撐桿上的設備螺釘鬆動時應及時緊固，操作時應避免千斤頂及撐腳傾斜狀態下工作。
4.使用和搬運工具時，不可提拉電纜線且在每次使用前檢查電纜線外護層的完好，以免漏電。並注意設備的輕拿、輕放，防止震動和摔碰，不用時放在通風乾燥處，如發現受潮應及時進行乾燥處理。不可與酸、鹼等有害物質、氣體接觸或存放在一起。
5.張拉施工時對張拉件採取加固保護措施預防在超張拉時部分螺栓斷裂後對操作者造成傷害。張拉施工時施工人員不可站在張拉螺桿的正前方。
6.高空作業時，須搭設安全操作平台，平台應滿足設備布置和人員操作空間需要。
效益分析
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的效益分析如下：
在複雜結構節點中，根據結構受力要求須採用大直徑非標高強度螺栓連線、或因不同鋼材材質連線時施焊困難，常規高強度螺栓又難以達到設計要求，均可採用非標高強度螺栓連線。非標高強度螺栓在2005年前的建築鋼結構、橋樑鋼結構中套用比較廣泛，儘管在工程中的使用數量相對較少，但均在結構關鍵部位，對結構的安全影響度大。因此總結非標高強度螺栓施工技術十分必要。預應力張拉法施工具有所需設備體積小、易操作、精度高，安裝方法科學有效等特點，在工程實施中值得推廣。預應力張拉法施工在北京新保利大廈工程中的成功套用為中建國際建設公司節約成本5萬元，與原計畫採用其他施工方法相比節省費用近30%，且精度更高。
註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算
套用實例
《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》的套用實例如下：
北京新保利大廈特式吊樓頂部V形鋼索與懸吊吊樓間的連線採用了兩個大體積高強度鑄鋼連線件，其碳當量高、可焊性差，因此鑄鋼件工作點與吊樓結構構件之間採用高強度螺栓連線。螺栓的規格為Φ36×830毫米、Φ36×930毫米和Φ30×800毫米三種，其中M36為非標高強度螺栓。經與設計院及中國國內相關專家多次探討，確定用特製預應力設備採用張拉法施工，實施效果良好（圖7，圖8）。
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《大直徑高預拉值非標高強螺栓預應力張拉施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。
