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【摘 要】本文在对直接压力指示垫圈及改良型直接压力指示垫圈的发展过程、优点对比及标准依据等方面进行简介的基础上，探讨了改良型直接压力指示垫圈在钢结构工程中的应用前景。经过与传统高强螺栓紧固方法的对比，充分展示了改良型直接压力指示垫圈在大型钢结构工程施工中的优势，为今后大型鋼结构工程施工提供良好的参考。
【关键词】直接压力指示垫圈;钢结构;DTI
一、前言
现代建筑施工中钢结构变得越来越常用，大型及特大型建筑采用钢结构形式越来越普遍。而螺栓连接由于其灵活、快速、高效等特征成为钢结构工程施工中最常用的连接形式。根据结构力学理论，螺栓预紧力才是夹紧钢构件的有效力量。施工中出于对便于测量的考虑，不对螺栓拉力进行测量，而是通过试验或计算将规定拉力值转换为螺栓的扭矩值，通过测量螺栓的扭矩值对螺栓紧固情况进行控制。但使用扭矩值作为评价螺栓是否正确紧固的依据又受到诸多因素的影响而不能在实际执行中达到高质量的预期效果，例如：器械的精度、工人技术水平的差异以及污垢、铁锈、湿气、螺纹精度不佳或受损等环境因素的影响。使用直接压力指示垫圈可以很好的避免外界因素对螺栓紧固情况的干扰，保证比较高的紧固精度。
二、直接压力指示垫圈的产生及应用
直接压力指示垫圈，又名直接张力指示器，英文名为DTI，是Direct Tension Indicator的缩写，直译为直接拉力指示器。其基本原理是通过垫圈上的凸块来抵抗和指示螺栓的压紧力，通过观测凸块变化情况来控制紧固组件安装过程中的预紧力。每一个DTI就像一个独立的压力指示器，使用时将DTI如同垫圈一样置于螺栓或螺母支承面，拧紧直到DTI面上的凸块被压平（用厚度规探入深度为1/2半径处）。该原理的提出早在1962年，后由TurnaSure公司进行重新设计改良。改良型SquirterTM DTI，在凸块处注入了带有颜色的硅树脂，拧紧到位时可直观的看到硅树脂溅出，通过肉眼即可判定紧固件的紧固情况。
DTI的应用使得螺栓紧固的整体精度大幅提高，可以有效避免螺栓未紧固及过紧固的情况。近年DTI在许多工程项目中得以应用，其中包含了很多著名的工程，如上海金茂大厦、迪拜国际机场、马来西亚双子塔、香港中国银行大厦、纽约时代广场等。
三、传统紧固方法与使用改良DTI紧固对比
传统螺栓紧固大体可以分为三种方法：扭矩法、转角法和使用扭剪型高强螺栓。下面将上述三种方法的特点与改良型DTI方法进行对比。
扭矩法：使用校准过的扭矩扳手，按照规定扭矩值紧固。缺点：扭矩扳手需要定期进行检验及校准，以保证使用时的精度。实际施工中螺栓组受污垢、铁锈、湿气、螺栓位置不佳及螺纹精度不佳或损坏等因素影响，会造成螺栓未必能够正确紧固，达不到设计所需的螺栓预紧力。
转角法：先使用短扳手等工具使螺栓组初紧到“密贴”（snug tight）状态，然后依据试验所得角度值进行紧固。缺点：需要工人熟练掌握该技术要点，而且不同工人对“密贴”状态的定义会存在一定差异。螺栓最终紧固无法实现自动化，需人工逐个核实，效率比较低。
使用扭剪型高强螺栓：使用扭剪型高强螺栓连接钢结构，需要使用专用工具紧固。正常紧固完成后，螺栓尾部梅花头会被扭掉以显示达到了规定的扭矩。缺点：需使用专用的紧固工具，部分无法正常扭掉的螺栓要手工去除，费时费力。紧固情况会受污垢、铁锈、湿气、螺栓位置不佳及螺纹精度不佳或损坏等因素影响。断掉的尾部暴露出钢材母材，需要采取严格防腐蚀措施避免发生锈蚀。
改良型DTI：直接压力指示垫圈一直都是国内外钢结构协会及建设单位允许的施工方法，只不过标准的DTI需要使用厚度规进行检测，导致未能在钢结构工程领域盛行。改良型DTI的出现使得螺栓紧固状况通过带颜色硅树脂变得直观、易辨识，完全不需借助其他工具检验。比较扭矩法、转角法和使用扭剪型高强螺栓的方法，使用改良型DTI有以下优点：
1.不需定期检查并校验扭矩扳手的精度。
2.不需标记螺母转角的度数。
3.不需使用专用紧固工具。
4.不存在螺栓尾部掉落可能造成的高空坠物风险。
5.大幅降低螺栓尾部发生锈蚀的问题。
6.改良型DTI直接指示预紧力，超长或超短螺栓均可正常指示预紧力。
7.避免螺栓发生过紧固。
8.紧固质量易于控制，施工人员经过简单训练即可上手。
9.紧固判别时间短，提高了螺栓紧固及验收效率。
10.易于验收，通过目视即可判别，减少验收人员高空作业风险。
四、DTI及改良型DTI参考的标准依据
DTI使用的相关标准主要有以下几个：
1.ASTM_F959 Standard Specification for Compressible-Washer-Type Direct Tension Indicators for Use with Structural Fasteners 结构紧固件用可压缩垫圈型直接张力计的规格
2.ASTM_F959M Standard Specification for Compressible-Washer-Type Direct Tension Indicators for Use with Structural Fasteners [Metric] 结构紧固件用可压缩垫圈型直接张力计的规格（米制）
3.BS 7644-1 Direct tension indicators 直接张力指示器.第1部分
4.ASTM F2437 Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Compressible-Washer-Type Direct Tension Indicators for Use with Cap Screws，Bolts，Anchors，and Studs 与有头螺钉、螺栓、地脚螺栓和柱头螺栓一起使用的碳钢与合金钢可压缩垫圈型直接张力指示器的规格 5.EN 14399-9 High strength structural bolting for preloading 预加负荷用高强度结构螺栓组件 第9部分
五、总结
直接压力指示垫圈一直都是国内外钢结构协会及设计单位允许的施工方法，传统标准的直接压力指示垫圈由于没有带颜色的硅树脂指示，需使用厚度规进行检验及验收导致施工上的不便，因为未能盛行。改良型直接压力指示垫圈很好的解决了紧固状态判定及检验验收的问题，已经成为方便施工、便于检验的实用产品。由于其施工簡单、作业效率高、便于检验等特点，在国外电力、石化等行业的钢结构工程已经有多年的应用业绩。随着国内物流及制造业的逐步趋于成熟，改良型DTI的价格已经接近普通垫圈的价格，在国内的应用潜力逐步提高。
在全球一体化的大背景下，国内企业更多的参与到国际事务中，国内市场改良型DTI垫圈供应链也已经愈加完善和规范化。在设计方面，由于其直接采用预紧力指示方式，最符合设计人员的计算需求，为其提供了一种全新的选择。改良型DTI垫圈由于其众多的优势，为重要、大型的钢结构项目提供了一个优良的螺栓紧固方案。
参考文献：
[1]李辰.朱勇军.侯兆欣.《钢结构高强度螺栓连接紧固原理分析及螺母转角法的试验研究》.建筑结构，2013，（S1）
[2]陈斌强.《钢结构用10.9S扭剪型高强螺栓连接副紧固轴力偏低原因分析》.理化检验（物理分册），2009，（12）
[3]刘德鑫.《高强螺栓“螺母转角法”施工工艺》.河北电力技术，2004，（01）
[4]周焕廷.冯郑红.《高强螺栓连接的极限承载能力研究》.武汉理工大学学报，2009，（09）
[5]杜运兴.宦慧玲.霍静思.《构件强度控制的高强螺栓承压型连接研究》.湖南大学学报（自然科学版），2011，（01）
[6]王哲夫.李云涛.《摩擦型高强螺栓连接节点性能试验研究》.国外建材科技，2007，（01）
[7]台化公司工务部营建工事处.《钢构工程改良型张力指示器技术应用》.《台塑企业杂志》电子报，2013，（3）
[8]陈琦峰.直接张力指示器DTIs.浙江省海盐标准件技术创新服务平台，2011-03-30
【关键词】直接压力指示垫圈;钢结构;DTI
一、前言
现代建筑施工中钢结构变得越来越常用，大型及特大型建筑采用钢结构形式越来越普遍。而螺栓连接由于其灵活、快速、高效等特征成为钢结构工程施工中最常用的连接形式。根据结构力学理论，螺栓预紧力才是夹紧钢构件的有效力量。施工中出于对便于测量的考虑，不对螺栓拉力进行测量，而是通过试验或计算将规定拉力值转换为螺栓的扭矩值，通过测量螺栓的扭矩值对螺栓紧固情况进行控制。但使用扭矩值作为评价螺栓是否正确紧固的依据又受到诸多因素的影响而不能在实际执行中达到高质量的预期效果，例如：器械的精度、工人技术水平的差异以及污垢、铁锈、湿气、螺纹精度不佳或受损等环境因素的影响。使用直接压力指示垫圈可以很好的避免外界因素对螺栓紧固情况的干扰，保证比较高的紧固精度。
二、直接压力指示垫圈的产生及应用
直接压力指示垫圈，又名直接张力指示器，英文名为DTI，是Direct Tension Indicator的缩写，直译为直接拉力指示器。其基本原理是通过垫圈上的凸块来抵抗和指示螺栓的压紧力，通过观测凸块变化情况来控制紧固组件安装过程中的预紧力。每一个DTI就像一个独立的压力指示器，使用时将DTI如同垫圈一样置于螺栓或螺母支承面，拧紧直到DTI面上的凸块被压平（用厚度规探入深度为1/2半径处）。该原理的提出早在1962年，后由TurnaSure公司进行重新设计改良。改良型SquirterTM DTI，在凸块处注入了带有颜色的硅树脂，拧紧到位时可直观的看到硅树脂溅出，通过肉眼即可判定紧固件的紧固情况。
DTI的应用使得螺栓紧固的整体精度大幅提高，可以有效避免螺栓未紧固及过紧固的情况。近年DTI在许多工程项目中得以应用，其中包含了很多著名的工程，如上海金茂大厦、迪拜国际机场、马来西亚双子塔、香港中国银行大厦、纽约时代广场等。
三、传统紧固方法与使用改良DTI紧固对比
传统螺栓紧固大体可以分为三种方法：扭矩法、转角法和使用扭剪型高强螺栓。下面将上述三种方法的特点与改良型DTI方法进行对比。
扭矩法：使用校准过的扭矩扳手，按照规定扭矩值紧固。缺点：扭矩扳手需要定期进行检验及校准，以保证使用时的精度。实际施工中螺栓组受污垢、铁锈、湿气、螺栓位置不佳及螺纹精度不佳或损坏等因素影响，会造成螺栓未必能够正确紧固，达不到设计所需的螺栓预紧力。
转角法：先使用短扳手等工具使螺栓组初紧到“密贴”（snug tight）状态，然后依据试验所得角度值进行紧固。缺点：需要工人熟练掌握该技术要点，而且不同工人对“密贴”状态的定义会存在一定差异。螺栓最终紧固无法实现自动化，需人工逐个核实，效率比较低。
使用扭剪型高强螺栓：使用扭剪型高强螺栓连接钢结构，需要使用专用工具紧固。正常紧固完成后，螺栓尾部梅花头会被扭掉以显示达到了规定的扭矩。缺点：需使用专用的紧固工具，部分无法正常扭掉的螺栓要手工去除，费时费力。紧固情况会受污垢、铁锈、湿气、螺栓位置不佳及螺纹精度不佳或损坏等因素影响。断掉的尾部暴露出钢材母材，需要采取严格防腐蚀措施避免发生锈蚀。
改良型DTI：直接压力指示垫圈一直都是国内外钢结构协会及建设单位允许的施工方法，只不过标准的DTI需要使用厚度规进行检测，导致未能在钢结构工程领域盛行。改良型DTI的出现使得螺栓紧固状况通过带颜色硅树脂变得直观、易辨识，完全不需借助其他工具检验。比较扭矩法、转角法和使用扭剪型高强螺栓的方法，使用改良型DTI有以下优点：
1.不需定期检查并校验扭矩扳手的精度。
2.不需标记螺母转角的度数。
3.不需使用专用紧固工具。
4.不存在螺栓尾部掉落可能造成的高空坠物风险。
5.大幅降低螺栓尾部发生锈蚀的问题。
6.改良型DTI直接指示预紧力，超长或超短螺栓均可正常指示预紧力。
7.避免螺栓发生过紧固。
8.紧固质量易于控制，施工人员经过简单训练即可上手。
9.紧固判别时间短，提高了螺栓紧固及验收效率。
10.易于验收，通过目视即可判别，减少验收人员高空作业风险。
四、DTI及改良型DTI参考的标准依据
DTI使用的相关标准主要有以下几个：
1.ASTM_F959 Standard Specification for Compressible-Washer-Type Direct Tension Indicators for Use with Structural Fasteners 结构紧固件用可压缩垫圈型直接张力计的规格
2.ASTM_F959M Standard Specification for Compressible-Washer-Type Direct Tension Indicators for Use with Structural Fasteners [Metric] 结构紧固件用可压缩垫圈型直接张力计的规格（米制）
3.BS 7644-1 Direct tension indicators 直接张力指示器.第1部分
4.ASTM F2437 Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Compressible-Washer-Type Direct Tension Indicators for Use with Cap Screws，Bolts，Anchors，and Studs 与有头螺钉、螺栓、地脚螺栓和柱头螺栓一起使用的碳钢与合金钢可压缩垫圈型直接张力指示器的规格 5.EN 14399-9 High strength structural bolting for preloading 预加负荷用高强度结构螺栓组件 第9部分
五、总结
直接压力指示垫圈一直都是国内外钢结构协会及设计单位允许的施工方法，传统标准的直接压力指示垫圈由于没有带颜色的硅树脂指示，需使用厚度规进行检验及验收导致施工上的不便，因为未能盛行。改良型直接压力指示垫圈很好的解决了紧固状态判定及检验验收的问题，已经成为方便施工、便于检验的实用产品。由于其施工簡单、作业效率高、便于检验等特点，在国外电力、石化等行业的钢结构工程已经有多年的应用业绩。随着国内物流及制造业的逐步趋于成熟，改良型DTI的价格已经接近普通垫圈的价格，在国内的应用潜力逐步提高。
在全球一体化的大背景下，国内企业更多的参与到国际事务中，国内市场改良型DTI垫圈供应链也已经愈加完善和规范化。在设计方面，由于其直接采用预紧力指示方式，最符合设计人员的计算需求，为其提供了一种全新的选择。改良型DTI垫圈由于其众多的优势，为重要、大型的钢结构项目提供了一个优良的螺栓紧固方案。
参考文献：
[1]李辰.朱勇军.侯兆欣.《钢结构高强度螺栓连接紧固原理分析及螺母转角法的试验研究》.建筑结构，2013，（S1）
[2]陈斌强.《钢结构用10.9S扭剪型高强螺栓连接副紧固轴力偏低原因分析》.理化检验（物理分册），2009，（12）
[3]刘德鑫.《高强螺栓“螺母转角法”施工工艺》.河北电力技术，2004，（01）
[4]周焕廷.冯郑红.《高强螺栓连接的极限承载能力研究》.武汉理工大学学报，2009，（09）
[5]杜运兴.宦慧玲.霍静思.《构件强度控制的高强螺栓承压型连接研究》.湖南大学学报（自然科学版），2011，（01）
[6]王哲夫.李云涛.《摩擦型高强螺栓连接节点性能试验研究》.国外建材科技，2007，（01）
[7]台化公司工务部营建工事处.《钢构工程改良型张力指示器技术应用》.《台塑企业杂志》电子报，2013，（3）
[8]陈琦峰.直接张力指示器DTIs.浙江省海盐标准件技术创新服务平台，2011-03-30