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摘要：上海振华重工作为全球知名的起重机制造商，在多年的发展历程中已为全球的码头和船东提供了数以千计的起重机产品。起重机钢结构的连接主要采用焊接方式，螺栓连接为辅，随着产品的多元化，高强度螺栓连接应用的场合越发高频，本公司内部的高强度螺栓施工工艺一般可分为手动扭力扳手施工和液压扳手施工两种，在高强螺栓的实际施工中存在着施工过程不严谨，工艺不合理等问题。本文简要介绍高强螺栓的连接在施工中的常见问题，包括扭矩系数与标准偏差在测定过程中以及在扭矩施工中存在的问题，并对出现的问题加以分析并给出合理的解决措施。
关键词：扭矩系数；标准偏差；扭力法；预拉伸法
1施工应用场景一：鞍梁与大车行走法兰连接
在起重机龙门架结构中，大车行走承担了全部重量和载荷，在遇到突发情况时还会有紧急制动等动态冲击载荷，鞍梁与大车行走之间不适用焊接方式，而摩擦型高强度螺栓则具有较高的传力可靠性和连接整体性，连接动载荷与抗疲劳性能比焊接方式优秀。故鞍梁与大车行走采用法兰螺栓连接。
1.1存在问题一：扭矩系数、标准偏差值的测定和计算不严谨
在高强度螺栓出库待安装前进行扭矩系数及标准偏差值测定，上海振华重工检测分公司将同一批次的螺栓留样三套送检，按照扭矩系数测定公式：K = T/（P·d）。式中：K-扭距系数；T-施拧扭距N·M；d-螺栓的螺纹规格mm；P-螺栓的轴力。
螺栓试验前，需对试验时及现场扭力的扳手进行检测，合格后进行下一步。具体测定过程如下：
（1）先取三副试样在多功能测力仪上进行试验，模拟现场安装要求将螺栓安装在多功能测力仪上。保证螺栓露出螺母外有2～3牙螺纹。
（2）用将在施工中使用的扭矩扳手紧固螺栓至紧密贴合状态，根据标注要求选用相应的螺栓预拉力，缓慢转动螺母紧固螺栓，直至多功能测力仪上显示50%预拉力时，记录此时的螺栓扭矩，从螺纹到螺母划直线。
（3）缓慢转动螺母紧固螺栓，直至多功能测力仪上显示75%预拉力，记录此时的螺栓扭矩值。
（4）继续缓慢转动螺母紧固螺栓，一直到多功能测力仪上显示标准要求的预拉力（即100%预拉力），并记录从开始到紧密贴合状态时的螺母转动量。
（5）卸下螺栓副，并用其它两副试样重复上述试验步骤。
（6）如果试验所测定的最大扭矩与最小扭矩的差值不超过此三次试验所得扭矩平均值的40%，即：
式中：-三副试样中的最大扭矩；-三副试样中的最小扭矩；-三副试样的平均扭矩。
那么，当天的施工扭矩须在三副试样所确定的扭矩的平均值基础上增加5%，即得出当天的施工扭矩值：
上述方法测定出改批次螺栓K值施工系数和扭矩，因只取三套试验，采样数据不足8组，无法计算标准偏差值，不符合规范要求。
分析及解决措施：扭矩系数及标准偏差的测定，在施工过程中未能严格按照GB/T 1231-2000的要求对八组同批次螺栓进行试验测定，仅以三套试验数据作为扭矩系数值计算基数，明显采样样本数量不足，不足以反映真实情况，标准偏差未测定，也不符合规范要求。扭矩系数及标准偏差是两组不可分割的参数，从实际施工角度出发，标准偏差对生产施工影响更大，标准偏差如果偏差较大，则现场实际施工时，实际扭距系数偏差较大，从而导致螺栓在施工过程中因表面摩擦和螺纹间摩擦使得实际真正作用于轴向预紧力值偏差较大，最终导致螺栓过拧或不足。建议施工过程中严格按照GB/T1231-2000的要求，全数送检八套螺栓试样，扭矩系数按照规范要求进行测定，标准偏差按照以下公式计算：8组数据的平均值用N表示，其公式为[（a-N）?+（b-N）?.......+（h-N）?]÷（8-1）=M，然后再开方M，得到标准偏差值。
1.2 存在问题二：实际施工顺序不合理
描述：鞍梁与大车行走法兰在螺栓扭力施工过程中，原工艺指导书要求按照初拧、终拧分别施工，且在24小时内完成，施工顺序为“从里到外，从栓群中间向四周，对称紧固”的顺序进行施工检查。
如图：
实际作业过程中作业人员对法兰面单侧螺栓尚能遵循工艺要求，对法兰两侧螺栓施工极少数能遵循两侧对称施工。未采用两侧对称施工带来的弊端即为相对法兰一侧受力受压，一侧翘曲变形形成间隙，后续难以消除，削弱了法兰面的摩擦力，导致螺栓受剪切力过大，极易产生螺栓受剪破坏。
分析及解决措施：从工艺源头出发，细化施工实施细则，对法兰两侧螺栓施工顺序进行细化，现场施工人员及质检人员加强自检和专检检查，对法兰面间隙及螺栓施工顺序进行抽检。不符合工艺要求的一律给予返工。
2施工应用场景二：回转轴承上下连接
在全回转克令吊的整个作业受力分析中，回转轴承承受了极大的防倾覆力矩，此力矩通过上下轴承结合面之间的摩擦力来传递，所以高强度螺栓施工极为关键。
2.1存在问题：抗滑移系数、表面粗糙度、轴向力不精确。
描述：回转轴承上下结合面采用M42*416 10.9S高强度螺栓连接，上海振华重工采用液压扳手扭力法施工。
施工过程如下：准备 Baier液压扳手一套（含RTA21套筒），将90只M42*416螺栓 沿圆周方面均匀穿入，使用手动扳手初步收紧，核查 Baier作业指导书。M42 10.9S高强度螺栓对应的扭力为3826NM，相应的液压泵的压力为24MPa，初拧值为50%则液压泵压力值为12MPa，按照下图进行逐一拧紧。
初拧完成后将液压泵压力调整至24MPa按照工艺顺序完成90只螺栓终拧。此工艺方法看似合理，实际上存在许多缺陷，未考虑螺栓垫片与轴承接触表面摩擦系数问题，同时也未考虑对于大直径、大批量高强度螺栓轴向预紧力均匀一致性问题。回转轴承系成品采购，外表面經机加工处理，轴承与垫片结合面粗糙度达到2.5um.抗滑移系数远低于螺栓厂家给予的指导值0.45，按照轴向预紧力与抗滑移系数的计算公式：
Nv为滑移载荷KN，Nf为摩擦面系数（取2），为抗滑移一侧预拉力实测值之和，
系数越小轴向预紧力会变大。使得最终螺栓轴向预紧力值可能不符合理论计算值，更缺少精确的施工及测量方法。
分析及解决措施：
（1）对螺栓垫片与回转轴承接触面处进行手工打磨，打磨精度达到St3级，在表面清洁后，温湿度条件允许下，处理表面刷涂环氧富锌底漆，干膜厚度达到70um。使得抗滑移系数接近厂家指导值0.45.
（2）改变原有液压扳手扭力法施工，改用液压螺栓拉伸器施工，拉伸器由液压缸、拉伸头和支撑桥三部分组成。根据螺栓的固定力矩计算出螺栓的预紧力，进一步得出油缸的液压压力，液压缸作用于螺栓轴线上，通过拉伸头对螺栓进行轴向拉伸，使得螺栓在屈服强度内产生弹性伸长，螺栓直径轻微变细，使得垫片、螺母能轻松转动。这种方法直接控制轴向预紧力的大小，且控制精确可靠，不受抗滑移系数及摩擦系数影响，使得一周分布的90只螺栓都能达到轴向预紧力，提高施工效率，确保施工质量。
结论：
本文列举的螺栓施工问题是螺栓施工中普遍存在的，在后续的工艺制定和质量监督过程中应给以足够的重视，只有建立起贴合实际的施工工艺和监督检验方案，才能稳步提高起重机高强螺栓的施工质量和施工安全。
参考文献：
[1]宋明志，徐觉慧，吕恒林，王勇.摩擦型高强度螺栓件抗滑移系数试验研究[J].工业建筑，2009，12.
关键词：扭矩系数；标准偏差；扭力法；预拉伸法
1施工应用场景一：鞍梁与大车行走法兰连接
在起重机龙门架结构中，大车行走承担了全部重量和载荷，在遇到突发情况时还会有紧急制动等动态冲击载荷，鞍梁与大车行走之间不适用焊接方式，而摩擦型高强度螺栓则具有较高的传力可靠性和连接整体性，连接动载荷与抗疲劳性能比焊接方式优秀。故鞍梁与大车行走采用法兰螺栓连接。
1.1存在问题一：扭矩系数、标准偏差值的测定和计算不严谨
在高强度螺栓出库待安装前进行扭矩系数及标准偏差值测定，上海振华重工检测分公司将同一批次的螺栓留样三套送检，按照扭矩系数测定公式：K = T/（P·d）。式中：K-扭距系数；T-施拧扭距N·M；d-螺栓的螺纹规格mm；P-螺栓的轴力。
螺栓试验前，需对试验时及现场扭力的扳手进行检测，合格后进行下一步。具体测定过程如下：
（1）先取三副试样在多功能测力仪上进行试验，模拟现场安装要求将螺栓安装在多功能测力仪上。保证螺栓露出螺母外有2～3牙螺纹。
（2）用将在施工中使用的扭矩扳手紧固螺栓至紧密贴合状态，根据标注要求选用相应的螺栓预拉力，缓慢转动螺母紧固螺栓，直至多功能测力仪上显示50%预拉力时，记录此时的螺栓扭矩，从螺纹到螺母划直线。
（3）缓慢转动螺母紧固螺栓，直至多功能测力仪上显示75%预拉力，记录此时的螺栓扭矩值。
（4）继续缓慢转动螺母紧固螺栓，一直到多功能测力仪上显示标准要求的预拉力（即100%预拉力），并记录从开始到紧密贴合状态时的螺母转动量。
（5）卸下螺栓副，并用其它两副试样重复上述试验步骤。
（6）如果试验所测定的最大扭矩与最小扭矩的差值不超过此三次试验所得扭矩平均值的40%，即：
式中：-三副试样中的最大扭矩；-三副试样中的最小扭矩；-三副试样的平均扭矩。
那么，当天的施工扭矩须在三副试样所确定的扭矩的平均值基础上增加5%，即得出当天的施工扭矩值：
上述方法测定出改批次螺栓K值施工系数和扭矩，因只取三套试验，采样数据不足8组，无法计算标准偏差值，不符合规范要求。
分析及解决措施：扭矩系数及标准偏差的测定，在施工过程中未能严格按照GB/T 1231-2000的要求对八组同批次螺栓进行试验测定，仅以三套试验数据作为扭矩系数值计算基数，明显采样样本数量不足，不足以反映真实情况，标准偏差未测定，也不符合规范要求。扭矩系数及标准偏差是两组不可分割的参数，从实际施工角度出发，标准偏差对生产施工影响更大，标准偏差如果偏差较大，则现场实际施工时，实际扭距系数偏差较大，从而导致螺栓在施工过程中因表面摩擦和螺纹间摩擦使得实际真正作用于轴向预紧力值偏差较大，最终导致螺栓过拧或不足。建议施工过程中严格按照GB/T1231-2000的要求，全数送检八套螺栓试样，扭矩系数按照规范要求进行测定，标准偏差按照以下公式计算：8组数据的平均值用N表示，其公式为[（a-N）?+（b-N）?.......+（h-N）?]÷（8-1）=M，然后再开方M，得到标准偏差值。
1.2 存在问题二：实际施工顺序不合理
描述：鞍梁与大车行走法兰在螺栓扭力施工过程中，原工艺指导书要求按照初拧、终拧分别施工，且在24小时内完成，施工顺序为“从里到外，从栓群中间向四周，对称紧固”的顺序进行施工检查。
如图：
实际作业过程中作业人员对法兰面单侧螺栓尚能遵循工艺要求，对法兰两侧螺栓施工极少数能遵循两侧对称施工。未采用两侧对称施工带来的弊端即为相对法兰一侧受力受压，一侧翘曲变形形成间隙，后续难以消除，削弱了法兰面的摩擦力，导致螺栓受剪切力过大，极易产生螺栓受剪破坏。
分析及解决措施：从工艺源头出发，细化施工实施细则，对法兰两侧螺栓施工顺序进行细化，现场施工人员及质检人员加强自检和专检检查，对法兰面间隙及螺栓施工顺序进行抽检。不符合工艺要求的一律给予返工。
2施工应用场景二：回转轴承上下连接
在全回转克令吊的整个作业受力分析中，回转轴承承受了极大的防倾覆力矩，此力矩通过上下轴承结合面之间的摩擦力来传递，所以高强度螺栓施工极为关键。
2.1存在问题：抗滑移系数、表面粗糙度、轴向力不精确。
描述：回转轴承上下结合面采用M42*416 10.9S高强度螺栓连接，上海振华重工采用液压扳手扭力法施工。
施工过程如下：准备 Baier液压扳手一套（含RTA21套筒），将90只M42*416螺栓 沿圆周方面均匀穿入，使用手动扳手初步收紧，核查 Baier作业指导书。M42 10.9S高强度螺栓对应的扭力为3826NM，相应的液压泵的压力为24MPa，初拧值为50%则液压泵压力值为12MPa，按照下图进行逐一拧紧。
初拧完成后将液压泵压力调整至24MPa按照工艺顺序完成90只螺栓终拧。此工艺方法看似合理，实际上存在许多缺陷，未考虑螺栓垫片与轴承接触表面摩擦系数问题，同时也未考虑对于大直径、大批量高强度螺栓轴向预紧力均匀一致性问题。回转轴承系成品采购，外表面經机加工处理，轴承与垫片结合面粗糙度达到2.5um.抗滑移系数远低于螺栓厂家给予的指导值0.45，按照轴向预紧力与抗滑移系数的计算公式：
Nv为滑移载荷KN，Nf为摩擦面系数（取2），为抗滑移一侧预拉力实测值之和，
系数越小轴向预紧力会变大。使得最终螺栓轴向预紧力值可能不符合理论计算值，更缺少精确的施工及测量方法。
分析及解决措施：
（1）对螺栓垫片与回转轴承接触面处进行手工打磨，打磨精度达到St3级，在表面清洁后，温湿度条件允许下，处理表面刷涂环氧富锌底漆，干膜厚度达到70um。使得抗滑移系数接近厂家指导值0.45.
（2）改变原有液压扳手扭力法施工，改用液压螺栓拉伸器施工，拉伸器由液压缸、拉伸头和支撑桥三部分组成。根据螺栓的固定力矩计算出螺栓的预紧力，进一步得出油缸的液压压力，液压缸作用于螺栓轴线上，通过拉伸头对螺栓进行轴向拉伸，使得螺栓在屈服强度内产生弹性伸长，螺栓直径轻微变细，使得垫片、螺母能轻松转动。这种方法直接控制轴向预紧力的大小，且控制精确可靠，不受抗滑移系数及摩擦系数影响，使得一周分布的90只螺栓都能达到轴向预紧力，提高施工效率，确保施工质量。
结论：
本文列举的螺栓施工问题是螺栓施工中普遍存在的，在后续的工艺制定和质量监督过程中应给以足够的重视，只有建立起贴合实际的施工工艺和监督检验方案，才能稳步提高起重机高强螺栓的施工质量和施工安全。
参考文献：
[1]宋明志，徐觉慧，吕恒林，王勇.摩擦型高强度螺栓件抗滑移系数试验研究[J].工业建筑，2009，12.