背 景
螺栓連接因具有施工工藝簡單、安裝拆卸方便等技術(shù)特點，作為一種重要的連接方法，仍不可替代，廣泛應(yīng)用于板梁橋、衍梁橋和箱梁橋，單橋平均用量多達(dá)數(shù)10萬至數(shù)百萬套。不僅在橋梁領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓在鐵道系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用前景，截止到2021年底，我國高鐵運營里程突破4.2萬 km，算上仍在修建和規(guī)劃當(dāng)中的普通鐵路建設(shè)，則鐵路總里程達(dá)到15萬km。
國務(wù)院2017年印發(fā)了《全國國土規(guī)劃綱要(2016—2030年)》。《綱要》提出,建設(shè)發(fā)達(dá)完善的鐵路網(wǎng)。加快高速鐵路、區(qū)際干線、國土開發(fā)性鐵路建設(shè),積極發(fā)展城際、市郊(域)鐵路,完善區(qū)域鐵路網(wǎng)絡(luò),優(yōu)化城鎮(zhèn)密集區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)；到2030年,全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到20萬km以上。按照目前一公里鐵路線路用1520～1840根混凝土軌枕，每根軌枕配4套螺栓，則按最低數(shù)量計算，每公里配套螺栓有6080套，鐵路總的配套螺栓數(shù)量有6億多套，若要加上鐵路橋梁和隧道用螺栓，則配套螺栓數(shù)量更多。
我國鋼結(jié)構(gòu)螺栓常用的8.8S級和10.9S級高強螺栓，產(chǎn)品技術(shù)條件一般執(zhí)行GB/T1231標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)主要選用牌號大多采用ML20MnTiB、35VB、35CrMo、ML40Cr等合金螺栓鋼，即使表面進行磷化或熱鍍鋅、達(dá)克羅處理，當(dāng)長期在鄉(xiāng)村、工業(yè)、海洋等各種大氣環(huán)境中使用時，仍然存在較為嚴(yán)重的均勻腐蝕、縫隙腐蝕等銹蝕現(xiàn)象。安裝后普通高強度螺栓還可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞，具有突發(fā)性脆斷和低應(yīng)力破壞的早期失效危險性，使橋梁等鋼結(jié)構(gòu)存在不可忽視的安全隱患。不銹鋼螺栓雖然能夠解決普通螺栓的銹蝕問題，但不銹鋼材質(zhì)本身強度較低的局限性，所以它不能用來制作鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓，而針對高強度螺栓從材質(zhì)上防銹的研究就顯得更加迫切而重要。
1、耐候鋼螺栓的應(yīng)用優(yōu)勢
耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是在普通低合金鋼基礎(chǔ)上加入一定量Cr、Ni 、Cu、P、Re等耐蝕性 合金元素從而具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕能力的低合金鋼。耐候鋼在使用過程中表面會逐步形成一層約50pm～100pm厚的致密且與基體金屬粘附性好的非晶態(tài)尖晶石型氧化物層，通過致密穩(wěn)定的保護銹層，阻止大氣環(huán)境中的氧、水、鹽分和酸液所形成的 H+、O2-、Cl-等離子的滲透，發(fā)揮“止銹”作用，顯著提高耐大氣腐蝕性能。耐候鋼在“通風(fēng)排水、干濕交替、低鹽分、弱酸性”等必要的環(huán)境條件下，可以或允許“免涂裝”使用。與傳統(tǒng)的“普通鋼結(jié)構(gòu)+涂裝”方案相比，“耐候鋼結(jié)構(gòu)+免涂裝”方案具有綜合成本降低、建造周期縮短、綠色環(huán)保明顯等優(yōu)勢，經(jīng)濟效益和社會效益均十分顯著。
作為高性能鋼材的發(fā)展方向，耐候鋼在國外已得到廣泛應(yīng)用。我國于20世紀(jì)60、70年代起開始深入研究耐候鋼，目前已研發(fā)出多種耐候鋼，自1991年首次在京廣鐵路巡司河橋使用耐候橋梁鋼以來，受相關(guān)技術(shù)和材料的限制，采用的是“耐候鋼+涂裝”方案；并先后建成了沈陽后丁香大橋、咸陽渭河公路大橋、西藏墨脫大橋等。近年來，隨著拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋通車作為國內(nèi)鐵路第一座真正意義上的免涂裝耐候鋼橋梁，在國內(nèi)首次使用耐候鋼高強度螺栓；還有北京官廳水庫公路大橋這兩座有代表性的免涂裝耐候鋼橋梁的建造，逐步形成了免涂裝耐候鋼橋建造的配套材料、成套技術(shù)和施工指南，標(biāo)志著我國對免涂裝耐候鋼橋認(rèn)識的加深和建造技術(shù)逐步走向了成熟，為大批量推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
據(jù)前期全國緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會與中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會橋梁鋼結(jié)構(gòu)分會、中鐵大橋設(shè)計院、中鐵二院、中鐵三院、中鐵建五院、廣州市政院、上海市政院等單位的交流，主管部門、行業(yè)協(xié)會和設(shè)計部門均非常重視且積極推動免涂裝耐候鋼橋在中國的發(fā)展。目前雖然已在大型公路橋梁鋼上應(yīng)用，但對于耐候螺栓的研制相對滯后，我國面臨數(shù)量龐大鋼鐵材料應(yīng)用的腐蝕失效問題，特別是鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接副很容易被腐蝕導(dǎo)致橋梁、建筑服役早期失效，是急需解決的重要問題。從材料角度來解決高強度螺栓銹蝕問題，耐候鋼高強度螺栓是未來發(fā)展的一個重要方向。（未完待續(xù)）
文章摘自：GAF螺絲君
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