风机塔筒螺栓防松的机理、现状及对策.ppt
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1、风机塔筒螺栓防松的机理、现状及对策同济大学同济大学 马人乐马人乐1、螺栓连接的分类、特点及适用范围2、高强螺栓连接的受力机理3、高强螺栓连接的施工质量验收标准4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题5、风机塔筒螺栓松动长期监测分级报警设备6、风机塔筒螺栓防松的有效措施7、预应力锚栓在基础中的应用目录1.1 分类及适用范围1、螺栓连接的分类、特点及适用范围普通螺栓精制螺栓粗制螺栓适应性强,易松动,抗剪承载力较低构件制造精度要求高,抗剪好高强螺栓承压型摩擦型适应性强,不松动,抗疲劳适应性强,荷载标准值下一般不松动,滑动后承载力进一步提高1.1 分类及适用范围钢结构三种常用连接组合的比较:1、螺栓连接的分类
2、、特点及适用范围 连接组合连接组合比较项目比较项目工厂焊接,工地工厂焊接,工地螺栓连接螺栓连接工厂焊接,工地工厂焊接,工地螺栓连接、定位,螺栓连接、定位,再焊接再焊接全部现场焊接全部现场焊接保证焊接质量措施保证焊接质量措施易易中中难难对防腐涂层保护对防腐涂层保护好好中等中等不好不好同等条件安装速度同等条件安装速度快快中中慢慢现场劳力现场劳力少少中中多多焊接残余应力焊接残余应力小小中中大大节点钢材用量节点钢材用量较多较多中中少少1.2 螺栓连接的特点1)便于现场作业、高空作业(对作业环境要求低);2)无残余应力;3)施工速度快,用工省;4)不影响防腐蚀保护层;5)节点使用材料增加。1、螺栓连接的
3、分类、特点及适用范围1.3 螺栓连接实践举例1、螺栓连接的分类、特点及适用范围黑龙江电视塔,高336米,高强度普通螺栓,双螺母及扣紧螺母防松河南电视塔,高388米,高强螺栓直接张拉法临沂电视塔,高326米,中心塔筒高强螺栓直接张拉法1.4 高耸钢结构相关设计验收规范1、螺栓连接的分类、特点及适用范围2.1 受力机理右图中:1点为普通螺栓滑移开始点;2点为摩擦型高强螺栓最大受力点;3点为承压型高强螺栓最大受力点;为摩擦系数;P为预拉力值:2、高强螺栓连接的受力机理超张拉材料抗力变异复杂应力2.2 承载能力单个摩擦型高强螺栓的抗剪承载力:单个摩擦型高强螺栓的抗拉承载力:表2.2 预拉力P(kN)承
4、压型高强螺栓承载能力按现行规范等于普通螺栓承载力。螺栓五种破坏形式的对应措施:3种需验算:抗剪、净截面抗拉、局部承压;2种按构造处理:抗弯、连接板抗裂。2、高强螺栓连接的受力机理剪切面数预拉力,见下表,单位KN摩擦系数螺栓性能等级螺栓公称直径M16M20M22M24M27M308.8s8012515017523028010.9s100155190225290355钢结构工程施工质量验收规范对高强螺栓的检验包括如下方面:3、高强螺栓连接的施工质量验收标准(1)材质和强度;(2)摩擦系数(对抗剪螺栓)见下表:处理方法构件钢号Q235Q235、Q390Q420喷砂(丸)0.450.500.50喷砂(
5、丸)后涂无机富锌漆0.350.400.40喷砂(丸)后生赤锈0.450.500.50钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面0.300.350.40钢结构工程施工质量验收规范对高强螺栓的检验包括如下方面:3、高强螺栓连接的施工质量验收标准(3)扭矩系数 (对用扭矩法施工的高强螺栓)每组8套螺栓 ,标准偏差不大于0.010;半年之内有效。(4)终拧扭矩(下表,单位Nm)要求:扭矩大小偏差在10%以内;扭矩实施时间为24小时以内。螺栓性能等级螺栓公称直径M16M20M22M24M27M308.8s140.8-192275-375363-495462-630683.1-931.5924-126010.
6、9s176-240341-465459.8-627594-810861.3-1174.51171.5-1597.54.1 极少数螺栓在扭矩和拉力共同作用下的脆断问题1 原因:(1)拉扭共同作用引起复杂应力状态,材料易呈脆性;(2)大直径螺栓材料和热处理不均匀,特别当螺杆较长时(如锚栓)更易出现材质不稳定;(3)因法兰翘曲等原因使螺栓头或螺母与法兰表面接触不均匀而在螺杆内产生附加弯矩和应力集中。(4)螺栓质量问题(特别是螺栓头与螺杆连接处的缺陷)。4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题4.1 极少数螺栓在扭矩和拉力共同作用下的脆断问题2 措施:(1)采用直接张拉法施加预拉力,减少复杂应力;(2)对大直
7、径螺栓材质的均匀性更加关注;(3)减少法兰面翘曲。4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题4.2 螺栓涂油后对扭矩系数和自锁能力的影响1 涂油可降低螺栓扭矩系数,减轻螺栓的复杂应力状态影响,优点是:(1)改善螺栓涂达克罗后扭矩系数提高对施工和验收的不利影响;(2)用较小的扭矩达到较大的预拉力;(3)扭矩减小后,螺栓拧断的概率大大降低。4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题4.2 螺栓涂油后对扭矩系数和自锁能力的影响2 螺栓涂油对螺栓防松有负面影响:(1)机械自锁的原理:4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题当压力当压力P P产生的沿斜面方向摩擦力产生的沿斜面方向摩擦力P PN N大于压力大于压力P P在斜面方向在
8、斜面方向的向下分力的向下分力PsinPsin时,形成自锁。时,形成自锁。4.2 螺栓涂油后对扭矩系数和自锁能力的影响2 螺栓涂油对螺栓防松有负面影响:(2)摩擦系数正常钢钢静摩擦系数:0.35涂油钢钢静摩擦系数:0.17涂油钢钢动摩擦系数:0.104、风机塔筒螺栓连接中常见的问题4.2 螺栓涂油后对扭矩系数和自锁能力的影响2 螺栓涂油对螺栓防松有负面影响:(3)高强螺栓扭矩法施工受力分析4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题图中:图中:T T:作用于螺母上的外力矩;:作用于螺母上的外力矩;T T1 1:螺母内螺纹对螺栓螺纹的作用力矩;:螺母内螺纹对螺栓螺纹的作用力矩;T T2 2:螺母底面对被连接板
9、表面的作用力矩;:螺母底面对被连接板表面的作用力矩;T T3 3:螺栓头对被连接板表面作用的反向力矩。:螺栓头对被连接板表面作用的反向力矩。其中,其中,T=TT=T1 1+T+T2 2 T T3 3=T=T1 1 T T1 1及及T T3 3引起螺杆扭转引起螺杆扭转4.2 螺栓涂油后对扭矩系数和自锁能力的影响2 螺栓涂油对螺栓防松有负面影响:(3)高强螺栓扭矩法施工受力分析4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题 为预压力;为预压力;为螺纹中心圆直径为螺纹中心圆直径 (公称直径);(公称直径);为当量摩擦角,当涂油,动摩擦时,为当量摩擦角,当涂油,动摩擦时,其中,其中,为螺纹半夹角,即斜面角为螺纹半夹
10、角,即斜面角 为螺纹升角,平均值为螺纹升角,平均值4.2 螺栓涂油后对扭矩系数和自锁能力的影响2 螺栓涂油对螺栓防松有负面影响:(3)高强螺栓扭矩法施工受力分析4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题 其中,其中,为螺母平面对边平均距离;为螺母平面对边平均距离;为螺孔直径为螺孔直径 为涂油,动摩擦系数为涂油,动摩擦系数 0.1 0.1 外扭矩外扭矩由由T T1 1和和T T3 3共同引起螺杆内扭矩共同引起螺杆内扭矩 4.3 高强螺栓在拉压交变力作用下的松动机理1 目前规范未对拉、压交变力作用下高强螺栓做规定。2 当螺栓连接受到压力 ,使螺杆拉力由P降为 阻止螺母松动的力矩为:促使螺栓松动的力矩为:4、
11、风机塔筒螺栓连接中常见的问题4.3 高强螺栓在拉压交变力作用下的松动机理3 螺栓不松动的条件为:即 当 时,螺栓不松动即外力 时,螺栓不松动0.415P即41.5%的荷载设计值乘 ,即58.1%的荷载标准值4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题4.3 高强螺栓在拉压交变力作用下的松动机理4 结论 在振动、涂油的条件下,用扭矩法施工的高强螺栓在58.1%的风荷载标准值作用下有可能松动。4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题4.4 安装过程、延续时间对高强螺栓质量的影响1 塔式结构在安装过程中后加压力对前阶段施工的螺栓有减少预应力的作用。其中:(1)纯压力引起的预应力减少约占5%P以内;(2)由于法兰翘曲变形
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