橋梁鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接件預(yù)緊應(yīng)力檢測(cè)：殘余扭力扳手使用注意事項(xiàng)

在橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工與運(yùn)維過程中，高強(qiáng)度螺栓連接件的預(yù)緊應(yīng)力直接決定了結(jié)構(gòu)連接的可靠性與整體安全性，預(yù)緊應(yīng)力不足會(huì)導(dǎo)致連接面滑移、結(jié)構(gòu)剛度下降，預(yù)緊應(yīng)力過大則可能引發(fā)螺栓脆斷或連接板應(yīng)力集中開裂，因此精準(zhǔn)的預(yù)緊應(yīng)力檢測(cè)是保障橋梁鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)。當(dāng)前主流的檢測(cè)方法中，殘余扭力測(cè)試法憑借操作便捷、不破壞原有連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，其中成都精炬達(dá)電子科技推出的JD-CSC系列殘余扭力扳手憑借高精度傳感技術(shù)、穩(wěn)定的測(cè)量性能成為國內(nèi)橋梁檢測(cè)領(lǐng)域的常用設(shè)備，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，系統(tǒng)梳理殘余扭力扳手在橋梁鋼結(jié)構(gòu)螺栓預(yù)緊應(yīng)力檢測(cè)中的使用注意事項(xiàng)，為一線檢測(cè)作業(yè)提供參考。

一、殘余扭力扳手檢測(cè)預(yù)緊應(yīng)力的基本原理

殘余扭力檢測(cè)法的核心邏輯是基于高強(qiáng)度螺栓擰緊后，螺栓與螺母、螺母與連接板接觸面之間存在穩(wěn)定的摩擦阻力，當(dāng)螺栓已經(jīng)完成預(yù)緊并穩(wěn)定受力后，繼續(xù)對(duì)螺母施加旋轉(zhuǎn)扭矩，當(dāng)施加扭矩剛好克服接觸面的靜摩擦阻力使螺母產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)測(cè)得的扭矩即為螺栓的殘余扭矩，結(jié)合螺栓規(guī)格、預(yù)緊應(yīng)力與扭矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可反推出螺栓初始預(yù)緊應(yīng)力的大小。與油壓法、應(yīng)變片法等檢測(cè)方法相比，殘余扭力檢測(cè)法不需要對(duì)螺栓進(jìn)行鉆孔改造，也不需要在施工階段提前預(yù)埋傳感元件，能夠在橋梁施工驗(yàn)收階段和運(yùn)營維護(hù)階段隨時(shí)開展抽樣檢測(cè)，適配橋梁鋼結(jié)構(gòu)大工程量、分散點(diǎn)位檢測(cè)的需求。

JD-CSC系列殘余扭力扳手集成了高精度MEMS扭矩傳感器與角度傳感器，能夠同時(shí)采集檢測(cè)過程中的扭矩?cái)?shù)值與螺母轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過內(nèi)置算法自動(dòng)識(shí)別螺母啟動(dòng)扭矩，避免了傳統(tǒng)指針式扭力扳手依賴人工判斷啟動(dòng)點(diǎn)帶來的誤差，測(cè)量精度可以達(dá)到±1%FS，滿足現(xiàn)行《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)規(guī)范》《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中對(duì)螺栓預(yù)緊應(yīng)力檢測(cè)的精度要求。

二、檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作注意事項(xiàng)

1. 設(shè)備校準(zhǔn)與狀態(tài)檢查

殘余扭力扳手的測(cè)量精度直接依賴于傳感器的校準(zhǔn)狀態(tài)，按照計(jì)量檢測(cè)規(guī)范要求，殘余扭力扳手必須每半年送具備資質(zhì)的計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前必須核查校準(zhǔn)證書是否在有效期內(nèi)，嚴(yán)禁使用超過校準(zhǔn)周期的設(shè)備開展檢測(cè)作業(yè)。針對(duì)JD-CSC系列殘余扭力扳手，使用前需要完成兩項(xiàng)自檢：一是開機(jī)后檢查電池電壓，當(dāng)電壓低于設(shè)備要求的低值時(shí)必須更換電池，避免檢測(cè)過程中掉電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，同時(shí)低電壓會(huì)導(dǎo)致傳感器采集數(shù)據(jù)漂移，影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性；二是設(shè)備零點(diǎn)校準(zhǔn)，將扳手水平放置在無外力干擾的位置，點(diǎn)擊設(shè)備零點(diǎn)校準(zhǔn)按鍵，等待設(shè)備完成零點(diǎn)歸零后再開展作業(yè)，嚴(yán)禁未歸零直接開展檢測(cè)，尤其是當(dāng)設(shè)備從低溫環(huán)境轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境，或者長(zhǎng)時(shí)間攜帶移動(dòng)后，必須重新進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)。

此外需要檢查扳手的連接部件，JD-CSC系列采用可更換式方頭轉(zhuǎn)換接頭，需要檢查接頭與扳手主體的連接鎖止機(jī)構(gòu)是否卡緊，方頭與螺母套筒的配合間隙是否符合要求，間隙過大的套筒必須更換，避免檢測(cè)過程中套筒打滑，不僅會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)偏小，還可能引發(fā)安全事故。

2. 被測(cè)螺栓點(diǎn)位的預(yù)處理

橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，螺栓連接件表面往往附著灰塵、泥沙、銹蝕或者防腐涂料，這些附著物會(huì)改變接觸面的摩擦系數(shù)，直接影響殘余扭矩的測(cè)量結(jié)果。檢測(cè)前需要對(duì)被測(cè)螺栓的螺母周邊、螺栓外露桿身進(jìn)行清理，用鋼絲刷清除松動(dòng)的銹蝕與泥沙，用細(xì)砂紙打磨掉螺母六面上附著的防腐漆與混凝土濺落物，確保套筒能夠貼合螺母六面，不會(huì)出現(xiàn)打滑或者偏斜的情況。需要注意的是，清理過程中不能撬動(dòng)螺母，也不能對(duì)螺母施加額外的扭矩，避免破壞螺栓原有預(yù)緊應(yīng)力狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)螺母已經(jīng)存在松動(dòng)、位移情況，需要記錄該點(diǎn)位信息，不納入本次抽樣檢測(cè)的有效數(shù)據(jù)，單獨(dú)標(biāo)記為不合格點(diǎn)位。

對(duì)于橋梁下部結(jié)構(gòu)、水下部分或者受行車影響的橋面連接螺栓，檢測(cè)前還要做好現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)，設(shè)置警示標(biāo)識(shí)，封閉檢測(cè)作業(yè)區(qū)域，避免檢測(cè)過程中突發(fā)安全事故。

3. 檢測(cè)方案的參數(shù)確認(rèn)

不同規(guī)格、強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)度螺栓，預(yù)緊應(yīng)力與殘余扭矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系存在差異，檢測(cè)前必須根據(jù)設(shè)計(jì)文件確認(rèn)被測(cè)螺栓的參數(shù)：包括螺栓性能等級(jí)（通常橋梁鋼結(jié)構(gòu)采用10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓）、螺栓公稱直徑、連接面處理方式（噴砂除銹、鍍鋅、噴涂防滑漆等），根據(jù)這些參數(shù)提前在JD-CSC系列扳手的參數(shù)設(shè)置界面輸入對(duì)應(yīng)系數(shù)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的預(yù)緊應(yīng)力值，如果參數(shù)輸入錯(cuò)誤，最終得到的預(yù)緊應(yīng)力結(jié)果會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)性偏差。

同時(shí)需要按照規(guī)范要求確定抽樣比例，橋梁鋼結(jié)構(gòu)螺栓檢測(cè)通常按節(jié)點(diǎn)抽樣，每個(gè)主要承重節(jié)點(diǎn)抽樣比例不低于10%，且不少于1顆，全橋抽樣總數(shù)不低于總螺栓數(shù)的1%，檢測(cè)前要按照隨機(jī)抽樣原則確定檢測(cè)點(diǎn)位，避免刻意選擇施工質(zhì)量好的點(diǎn)位，保證檢測(cè)結(jié)果能夠反映整體施工質(zhì)量。

三、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)操作注意事項(xiàng)

1. 扳手施力方向與操作姿勢(shì)

殘余扭矩檢測(cè)的核心是準(zhǔn)確測(cè)得螺母剛好啟動(dòng)時(shí)的扭矩，施力過程必須均勻、連續(xù)，施力方向必須與螺母的軸線垂直，嚴(yán)禁偏斜施力。偏斜施力會(huì)導(dǎo)致扭矩分解，實(shí)際作用在螺母上的扭矩小于扳手測(cè)得的扭矩，最終得到的預(yù)緊應(yīng)力結(jié)果會(huì)比實(shí)際值偏小。使用JD-CSC系列殘余扭力扳手時(shí)，操作人員需要保證身體重心穩(wěn)定，用雙手穩(wěn)定握住扳手手柄，緩慢均勻增加施力力度，不能突然發(fā)力或者沖擊式施力，沖擊施力會(huì)導(dǎo)致傳感器采集數(shù)據(jù)峰值失真，無法準(zhǔn)確識(shí)別螺母的啟動(dòng)扭矩。

對(duì)于空間受限的點(diǎn)位，比如橋梁箱梁內(nèi)部靠近腹板的螺栓，無法直接按照標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)施力時(shí)，不能通過加長(zhǎng)手柄違規(guī)增加力臂，必須采用適配的彎柄轉(zhuǎn)換接頭，保證施力方向符合要求，加長(zhǎng)力臂會(huì)導(dǎo)致扳手量程過載，不僅會(huì)損壞傳感器，還會(huì)帶來極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2. 螺母啟動(dòng)點(diǎn)的判斷方法

傳統(tǒng)殘余扭力扳手需要操作人員依靠手感判斷螺母是否啟動(dòng)，誤差較大，JD-CSC系列殘余扭力扳手集成了角度傳感器，能夠?qū)崟r(shí)采集螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，當(dāng)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)角度超過0.5°時(shí)，設(shè)備自動(dòng)判定為啟動(dòng)，自動(dòng)記錄此時(shí)的扭矩值，大大降低了人為誤差，但操作人員仍然需要注意控制施力速度，避免施力過快導(dǎo)致傳感器采集到的啟動(dòng)扭矩偏大。操作過程中，當(dāng)設(shè)備發(fā)出啟動(dòng)提示音后，立即停止增加施力，讀取設(shè)備顯示的殘余扭矩與預(yù)緊應(yīng)力數(shù)值，不能繼續(xù)施力，避免螺母發(fā)生較大轉(zhuǎn)動(dòng)，改變螺栓原有預(yù)緊應(yīng)力狀態(tài)，影響后續(xù)結(jié)構(gòu)使用。

需要注意的是，部分螺栓因?yàn)殚L(zhǎng)期運(yùn)營，接觸面出現(xiàn)銹蝕咬死，此時(shí)需要緩慢增加扭矩，仔細(xì)觀察設(shè)備角度變化，不能直接施加大扭矩強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，避免螺栓突然斷裂引發(fā)安全事故，如果扭矩超過螺栓標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊扭矩的1.2倍仍然沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，需要停止檢測(cè)，記錄該點(diǎn)位為異常點(diǎn)位，后續(xù)采用其他方法進(jìn)行驗(yàn)證。

3. 不同工況下的操作調(diào)整

在低溫環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)（比如冬季野外橋梁檢測(cè)），螺栓與接觸面的摩擦系數(shù)會(huì)略有升高，此時(shí)施力速度要適當(dāng)放緩，讓設(shè)備有足夠時(shí)間采集角度變化，同時(shí)JD-CSC系列設(shè)備在低溫環(huán)境下開機(jī)后需要預(yù)熱3-5分鐘，待傳感器性能穩(wěn)定后再開展檢測(cè)，避免低溫導(dǎo)致傳感器零點(diǎn)漂移。在高溫環(huán)境下（比如夏季高溫時(shí)段露天檢測(cè)），要避免設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間暴曬，當(dāng)設(shè)備外殼溫度超過40℃時(shí)，要暫停檢測(cè)，將設(shè)備放在陰涼處降溫，防止傳感器內(nèi)部元件受熱損壞，影響測(cè)量精度。

對(duì)于受拉區(qū)和受壓區(qū)的螺栓，操作方法沒有明顯差異，但對(duì)于承受動(dòng)荷載的橋梁支座連接螺栓，檢測(cè)前需要確認(rèn)橋梁處于靜止受力狀態(tài)，停止橋上交通，避免橋梁振動(dòng)導(dǎo)致螺母位置發(fā)生變化，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

四、檢測(cè)后的數(shù)據(jù)處理與設(shè)備保養(yǎng)注意事項(xiàng)

1. 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果判定

檢測(cè)完成后，需要第一時(shí)間將設(shè)備存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，JD-CSC系列殘余扭力扳手支持藍(lán)牙傳輸與USB導(dǎo)出，導(dǎo)出后需要按照檢測(cè)點(diǎn)位對(duì)應(yīng)編號(hào)整理數(shù)據(jù)，不能混淆點(diǎn)位。對(duì)于單個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位，當(dāng)測(cè)得的預(yù)緊應(yīng)力值不低于設(shè)計(jì)預(yù)緊應(yīng)力值的90%時(shí)，判定為合格，當(dāng)?shù)陀?0%時(shí)，需要在該節(jié)點(diǎn)加倍抽樣檢測(cè)，如果加倍抽樣仍然存在不合格點(diǎn)位，則判定該節(jié)點(diǎn)螺栓預(yù)緊應(yīng)力不合格，需要進(jìn)行返工處理。需要注意的是，殘余扭矩法測(cè)得的預(yù)緊應(yīng)力受摩擦系數(shù)影響較大，當(dāng)同一節(jié)點(diǎn)多個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)離散性較大時(shí)，要檢查是否存在接觸面清理不到位、操作不規(guī)范的情況，排除人為誤差后再進(jìn)行結(jié)果判定。

2. 設(shè)備日常保養(yǎng)與存放

檢測(cè)完成后，需要及時(shí)清理扳手表面的油污、灰塵，用干凈軟布擦拭傳感器連接部位與方頭接頭，清理完成后將套筒與轉(zhuǎn)換接頭收納到專用工具箱，放置在干燥通風(fēng)的環(huán)境中存放，避免潮濕環(huán)境導(dǎo)致方頭與接頭銹蝕，影響配合精度。長(zhǎng)期存放時(shí)，需要將設(shè)備電池取出，避免電池漏液損壞設(shè)備內(nèi)部電路，每三個(gè)月需要開機(jī)檢查一次設(shè)備狀態(tài)，確認(rèn)設(shè)備能夠正常工作。JD-CSC系列殘余扭力扳手屬于精密測(cè)量設(shè)備，嚴(yán)禁摔碰、擠壓，嚴(yán)禁將扳手作為撬棍或者錘子使用，避免傳感器受沖擊損壞，影響測(cè)量精度。

五、實(shí)際工程應(yīng)用案例

1. 項(xiàng)目背景

某跨江高速公路特大橋，主橋?yàn)殇撓淞哼B續(xù)梁橋，全橋鋼結(jié)構(gòu)連接共有12860套10.9級(jí)M30高強(qiáng)度螺栓，施工完成后按照規(guī)范要求對(duì)螺栓預(yù)緊應(yīng)力進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢測(cè)單位采用成都精炬達(dá)電子科技的JD-CSC-500型殘余扭力扳手開展檢測(cè)作業(yè)，本次抽樣按照1%比例隨機(jī)抽取，共檢測(cè)132個(gè)點(diǎn)位，覆蓋主橋鋼箱梁頂板、底板、腹板以及橫隔梁所有主要連接節(jié)點(diǎn)。

2. 檢測(cè)過程遇到的問題與解決

檢測(cè)初期，檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)部分點(diǎn)位測(cè)得的預(yù)緊應(yīng)力偏差較大，同一節(jié)點(diǎn)相鄰螺栓的檢測(cè)結(jié)果最大偏差超過20%，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，原因是部分螺栓螺母表面附著了施工過程中濺落的環(huán)氧富鋅防腐漆，檢測(cè)前清理不干凈，導(dǎo)致套筒與螺母貼合不良，出現(xiàn)打滑，使得測(cè)得的殘余扭矩偏小。隨后檢測(cè)團(tuán)隊(duì)調(diào)整作業(yè)流程，每一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位都用砂紙打磨螺母六面，確認(rèn)套筒貼合后再開展檢測(cè)，調(diào)整后數(shù)據(jù)離散性降到了5%以內(nèi)，符合規(guī)范要求。

另外在檢測(cè)箱梁內(nèi)部空間受限點(diǎn)位時(shí)，最初操作人員采用加長(zhǎng)手柄的方式施力，導(dǎo)致三個(gè)點(diǎn)位扳手傳感器過載，設(shè)備發(fā)出過載警報(bào)，隨后檢測(cè)團(tuán)隊(duì)更換了JD-CSC系列配套的彎柄轉(zhuǎn)換接頭，在不改變力臂的情況下解決了空間不足的問題，后續(xù)檢測(cè)未再出現(xiàn)過載情況。

3. 檢測(cè)結(jié)果

完成全部132個(gè)點(diǎn)位檢測(cè)后，合格點(diǎn)位129個(gè)，3個(gè)點(diǎn)位預(yù)緊應(yīng)力低于設(shè)計(jì)值的90%，對(duì)這3個(gè)點(diǎn)位所在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加倍抽樣，共檢測(cè)6個(gè)新增點(diǎn)位，新增點(diǎn)位全部合格，判定該節(jié)點(diǎn)整體合格，對(duì)3個(gè)不合格螺栓進(jìn)行補(bǔ)擰調(diào)整后，復(fù)檢測(cè)量結(jié)果符合要求。本次檢測(cè)過程中，JD-CSC系列殘余扭力扳手?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定，操作便捷，相比傳統(tǒng)指針式扳手大大提高了檢測(cè)效率，數(shù)據(jù)可追溯性更強(qiáng)，得到了項(xiàng)目建設(shè)單位與監(jiān)理單位的認(rèn)可。

規(guī)格選型：

六、總結(jié)

殘余扭力扳手作為橋梁鋼結(jié)構(gòu)螺栓預(yù)緊應(yīng)力檢測(cè)的常用設(shè)備，操作流程的規(guī)范性直接影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，從檢測(cè)前的設(shè)備校準(zhǔn)、點(diǎn)位預(yù)處理，到現(xiàn)場(chǎng)操作的施力控制、啟動(dòng)點(diǎn)判斷，再到檢測(cè)后的數(shù)據(jù)分析與設(shè)備保養(yǎng)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格遵守操作規(guī)范，才能保證檢測(cè)結(jié)果真實(shí)反映螺栓預(yù)緊應(yīng)力狀態(tài)。成都精炬達(dá)電子科技的JD-CSC系列殘余扭力扳手憑借高精度傳感與自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集功能，降低了人為操作帶來的誤差，只要操作人員掌握正確的使用方法，就能夠高效準(zhǔn)確地完成橋梁鋼結(jié)構(gòu)螺栓預(yù)緊應(yīng)力檢測(cè)作業(yè)，為橋梁鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量與運(yùn)營安全提供可靠保障。

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