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 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
2、接组合的比较:,1、螺栓连接的分类、特点及适用范围,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
3、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,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
4、收标准,(1)材质和强度; (2)摩擦系数(对抗剪螺栓)见下表:,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。,4.1 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
5、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
6、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P产生的沿斜面方向摩擦力PN大于压力P在斜面方向的向下分力Psin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:0.10,4、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: (3)高强螺栓扭矩
7、法施工受力分析,4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题,图中: T:作用于螺母上的外力矩; T1:螺母内螺纹对螺栓螺纹的作用力矩; T2:螺母底面对被连接板表面的作用力矩; T3:螺栓头对被连接板表面作用的反向力矩。 其中,T=T1+T2 T3=T1 T1及T3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; 为螺纹中心圆直径 (公称直径); 为当量摩擦角,当涂油,动摩擦时, 其中, 为螺纹半夹角,即斜面角 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
8、 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, 为螺母平面对边平均距离; 为螺孔直径 为涂油,动摩擦系数 0.1 外扭矩 由T1和T3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、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
9、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)由于法兰翘曲变形受压后改善引起的预应力损失要调查研究,目前的规范未反映这一问题。 2 螺纹受力后发生蠕变,24小时后再拧扭矩系数变大,原则上仍按规定扭矩,得到的预拉力减小了。若
10、要达到设计预拉力,则扭矩要加大,剪应力加大,对螺栓不利。,4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题,4.5 高强螺栓松动后的修复标准问题 1 原则上高强螺栓松动后应作为失效处理。 2 高强螺栓在长期受力后螺纹蠕变严重,扭矩系数加大。若要达到预拉力设计值,扭矩要增大很多(可以按扭矩系数试验得出具体值)。 3 对原有高强螺栓再拧紧使用有两种结果: (1)若用规定的扭矩拧紧,则预拉力减小,以后更易于松动; (2)若重新做实验,按统计得到新的扭矩系数确定扭矩,则设计预拉力可以达到,但剪应力会增大很多,螺栓更易破坏。,4、风机塔筒螺栓连接中常见的问题,4.6 高强螺栓松动后对法兰及螺栓受力的影响 1 高强螺栓松
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