高强度螺栓在塔式起重机上的错误用法及预防对策

国安检验检测中心2018-07-19 14:01:55




随着城市的发展,高层建筑俱增,塔式起重机的应用越来越广泛。然而,由于对高强度螺栓的不正确使用,使高强度螺栓疲劳断裂和连接失效成为塔式起重机较为隐蔽的事故形式,甚至在正常操作情况下发生倒塔事件,造成群死群伤的突发性事故。

笔者从事塔式起重机检验工作十几年,现就高强度螺栓在使用上易被大家忽视的几个错误做法谈谈自己的见解,希望能够引起安装、使用和检验人员的高度重视。

错误做法:

1、高强度螺栓的防松采用弹簧垫圈。

《建设机械与设备高强度紧固件技术条件》JG/T5057.40-1995的规定,“当使用8.8级或9.8级螺栓时,一般不允许采用弹簧垫圈防松。使用其他性能等级的螺栓,绝不允许采用弹簧垫圈防松。建议采取下述防松方法:采用双螺母防松,二个螺母应相同”。大六角高强度螺栓的连接副是由一个螺栓、一个螺母、二个垫圈组成,安装时,螺栓和螺母每侧配备一个垫圈,但是,许多安装单位却额外增加了一个弹簧垫圈。诸不知,高强度螺栓是靠施加很大的预紧力而产生作用并通过连接件间的摩擦力来传递外力的,如果加了弹簧垫圈,弹簧垫圈本身不能承受那么大的预紧力,会有被压碎的可能。如此不但起不到防松的作用,反而会使高强度螺栓因为没有足够的预紧力而松动、连接失效,造成倒塔事故

2、高强度螺栓重复使用。

《建设机械与设备高强度紧固件技术条件》JG/T5057.40-1995规定:“高强度螺栓、螺母,使用后拆卸下再次使用,一般不得超过两次。且拆下的螺栓、螺母必须无任何损伤、变形、滑牙、缺牙、锈蚀、螺纹粗糙度变化较大等现象。否则应禁止再用于受力构件的连接。”高强度螺栓连接,是通过对螺栓本身施加很大的预紧力而使连接件间产生的摩擦力来传递外力的,这种情况下高强度螺栓受力较大。因此,高强度螺栓一般是不允许重复使用的,只有在螺栓、螺母无任何损伤、变形、滑牙、缺牙、锈蚀、螺纹粗糙度变化较大等现象的情况下才允许使用,但不得超过两次。然而塔式起重机在实际使用过程中却普遍存在设备从购置使用以来,其高强度螺栓一直被多次重复使用现象,使高强度螺栓失去了它应有的功效。

3、未对基础节与过渡节之间的连接高强度螺栓进行拆卸检查。部分安装单位安全意识淡薄,在塔式起重机的拆卸时为省力没有对基础节与过渡节之间的连接高强度螺栓进行拆卸检查,造成该处的高强度螺栓因为在大小、方向不断变化的弯矩作用下,承受复杂的交变应力作用,且在交变应力次数达一定量时,螺栓出现疲劳裂纹,最后导致高强度螺栓断裂造成倒塔事故。

4、在安装高强度螺栓时,使用普通扳手进行安装。我们知道塔式起重机的塔身在使用过程中要承受各种各样的应力和载荷。首先,起重机上部的机构与结构的自重,以及起重载荷引起的垂直力构成对塔身的压力载荷;第二,空载的自重力矩和工作时的起重力矩一般不能平衡,以及受到风力的影响,构成对塔身施加的弯矩载荷;第三,塔机回转起制动的水平惯性力,对塔身施加的扭转载荷;第四,风力以及水平变幅小车起制动的惯性力构成对塔身施加的水平剪切载荷。所以高强螺栓除了其材料强度很高之外,还给螺栓施加规定预紧力(一般在该螺栓材料的屈服强度的0.6-0.7倍),使连接构件间产生挤压力,从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力。但安装单位在安装过程中基本使用普通扳手进行安装,很少采用专用的力矩扳手,从而造成预紧力不够及各连接螺栓的预紧力不一致现象。

大六角头高强度螺栓的施工扭矩按下式计算确定:

TC=1.05k•PC•d

式中TC——施工扭矩,N•m

K——高强度螺栓连接副扭矩系数的平均值,扭矩系数由高强度螺栓制造商提供或经过试验的方法获得

PC——高强度螺栓施工预拉力(表1),kN

D——高强度螺栓螺杆直径,mm

1.05为衰减系数,是考虑在预紧张力时适当的存在一定的过张力。

表1大六角头高强度螺栓施工预拉力PC(kN)

螺栓性能等级

螺栓公称直径

M12

M16

M20

M22

M24

M27

M30

8.8S

45

75

120

150

170

225

275

10.9S

60

110

170

210

250

320

390

 

5、采用无性能等级标记的不合格螺栓。JG/T5057.40-1995《建筑机械与设备高强度紧固件技术要求》规定:高强度螺栓头部的顶面或侧面,应打上性能等级及制造厂标记。并应有质保书与合格证,质保书内容包括:规格、数量;性能等级;材料、炉号、化学成分;机械性能测试数据;检验日期。笔者在检验过程中发现部分塔机的高强度连接螺栓没有性能等级及制造厂标记。这些不合格螺栓的使用给塔式起重机的安全造成严重隐患。

高强度螺栓的性能等级

a.各类高强度螺栓的性能等级为8.8、9.8、10.9、12.9级

b.各类高强度螺母的性能等级为8、9、10、12

c.各类高强度垫圈的性能等级为300HV。—维氏硬度

性能等级所表示的含义

a.螺栓:10.9

9—表示公称屈服点(σs)或公称屈服强度(σ0.2)与σb的比值的10倍。

10—表示公称拉力强度(σb)的1/100。

(σ0.2)杆件变形是达0.2%时之强度。

表2高强度螺栓的抗拉强度σb和屈服强度σ0.2(N/mm2)

机械性能

性能等级


8.8

9.8

10.9

12.9

抗拉强度σb

N/mm2

公称

800

900

1000

1200

min

830

900

1040

1220

屈服强度σ0.2

N/mm2

公称

640

720

900

1080

min

660

720

940

1100

 

b.螺母:10表示公称抗拉强度σb的1/100。

常用材料

有中碳钢和中碳合金钢:

12.9—35CrMo40Cr42CrMo

10.9—20MnTiB35UB40Cr45

8.8—453540Cr40B

对材料没有严格限制,要求保证机械性能。

预防对策:

1.主管部门应加强对建筑塔式起重机的安全监察和监督管理,检验机构要严格按照塔机有关规范和标准进行检验,严把检验质量关,严禁多次重复使用高强度螺栓。

2.安装、使用单位应加强对高强螺栓正确使用的认识,做到不重复使用高强度螺栓、不使用无厂家标记、无性能等级标记的高强度螺栓、并加强日常检查预紧,第一次安装后使用100h之后普遍检查拧紧,以后每使用500h拧紧一次。

结束语

高强度螺栓连接具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高,施工简便等优点,已成为塔式起重机标准节之间的主要连接方式。只有充分了解影响高强度螺栓连接的诸多因素,并在安装、使用中引起足够的重视,才能保证塔式起重机的安全运行。