如何用残余扭力扳手准确测量预应力螺栓的残余扭矩工程实操方法与常见误区

一、预应力螺栓残余扭矩测量的基本概念

预应力螺栓在桥梁、钢结构厂房、风电塔筒等大型钢结构工程中承担着核心连接作用，安装完成后受螺栓松弛、连接件蠕变、荷载波动等因素影响，预拉力会出现一定程度衰减，残余扭矩是反映当前螺栓实际预拉力水平的核心指标，准确测量残余扭矩是判断螺栓连接可靠性、判断是否需要复拧补拉的关键依据。成都精炬达JD-CSC系列残余扭矩扳手作为专业级预应力螺栓检测工具，凭借±3%的精度误差范围、稳定的扭矩输出特性，广泛应用于国内多个大型钢结构工程的残余扭矩检测作业，本文结合该产品的工程应用场景，梳理实操方法、常见误区，并结合实际案例解答常见问题。

二、测量前的准备工作

1. 工具选型与校准

针对预应力螺栓残余扭矩测量，优先选用预置式或数显式扭矩扳手，成都精炬达JD-CSC系列残余扭力扳手包含数显式、预置式、扭力倍增器三个子系列，其中JD-CSC-S数显扭矩扳手适合中小直径螺栓（M16-M42）的残余扭矩测量，JD-CSC-M扭力倍增器适合大直径预应力螺栓（M45以上）的测量，可满足5000N·m以内的扭矩测量需求。

测量前必须对扭矩扳手进行计量校准，按照GB/T 17992-2008《扭矩扳子检定规程》要求，新购置的扭矩扳手必须经第三方计量机构校准出具校准证书后方可进场，使用过程中每间隔3个月或累计使用1000次后需要重新校准；使用前需要提前检查扭矩扳手的外观：JD-CSC系列数显扳手需要提前开机检查电池电量、显示屏读数是否正常，预置式扳手需要检查锁定装置是否可靠，严禁使用外观损坏、超校准周期的扭矩扳手开展测量工作。

2. 现场条件确认

测量作业需要安排在螺栓安装完成24小时以后进行，给螺栓预拉力松弛留出足够稳定时间；测量前需要清理螺栓头、螺母接触面的杂物、锈蚀、焊渣，保证扭矩扳手套筒与螺栓头/螺母能够贴合，避免因接触不实产生测量误差；现场环境温度需要控制在-10℃~40℃范围内，恶劣温度环境下需要对扭矩扳手进行温度修正，JD-CSC系列扭矩扳手在10℃~35℃环境下精度可以保证标称精度，超出该范围精度误差会扩大1%~2%。

3. 测量方案制定

按照钢结构施工规范要求，残余扭矩测量需要采用抽样检测的方式，抽样比例按照工程要求确定：一般建筑工程抽样比例不低于10%，且不少于3颗；重要承重结构抽样比例不低于20%，且每个连接节点不少于1颗；测量前需要提前标注抽样螺栓的编号，做好原始记录的准备工作。

三、工程实操方法

目前工程领域通用的残余扭矩测量方法主要有三种，结合JD-CSC系列扭矩扳手的实操流程如下：

1. 松动法（行业主流方法）

松动法是准确度最高、应用广泛的残余扭矩测量方法，实操步骤为：

第一步：将JD-CSC系列扭矩扳手调整到合适的量程，选择与螺栓型号匹配的套筒，将套筒套入螺母或螺栓头，保证套筒与受力面平行，无偏斜间隙。

第二步：缓慢均匀地对扭矩扳手施加扭力，注视扭矩扳手的读数变化，当螺母刚刚发生转动的瞬间，记录扭矩扳手的瞬时读数，这个读数就是被测螺栓的残余扭矩。注意施加扭力的速度要稳定，控制在5°~10°每分钟的转动速度，严禁突然发力冲击，避免读数偏大。

第三步：测量完成后，立即将螺母回拧到原来的位置，按照设计要求的扭矩重新复拧，恢复螺栓的预拉力，避免对结构受力产生影响。

针对JD-CSC-S数显扭矩扳手，操作时可以开启峰值保持功能，刚刚转动时的峰值读数会自动锁定，无需人工实时读数，降低了操作误差，这也是数显款产品在工程检测中的核心优势。

2. 紧定法

紧定法适用于已经无法松动螺母（比如螺纹锁固剂固化后）的场景，实操步骤为：

第一步：将扭矩扳手预置到设计要求的残余扭矩合格值，套筒套入螺母后均匀施加扭力。

第二步：如果螺母在达到预置扭矩前没有发生转动，说明残余扭矩大于等于合格值，判定为合格；如果螺母在达到预置扭矩前发生转动，说明残余扭矩不足，判定为不合格。

第三步：如果需要得到具体的残余扭矩数值，可以逐步提高预置扭矩，重复操作，直到螺母刚刚发生转动，此时的预置扭矩就是残余扭矩的近似值。

成都精炬达JD-CSC系列预置式扭矩扳手的锁定机构稳定，预置扭矩误差小，非常适合采用紧定法开展批量抽检作业，效率比松动法提高30%以上。

3. 标记复位法

标记复位法可以减少对原预拉力状态的影响，适合长期监测场景，实操步骤为：

第一步：在螺母和连接件表面做好对齐标记，记录初始位置。

第二步：松动螺母1°~2°，然后缓慢拧动螺母，直到标记重新对齐，记录这个过程中的最大扭矩读数，就是残余扭矩。

第三步：该方法因为转动角度小，对原有预拉力的影响远小于常规松动法，适合需要长期跟踪残余扭矩变化的监测项目。

四、常见操作误区

结合成都精炬达多年的现场技术服务经验，工程现场测量残余扭矩时，常见的误区主要有以下几类：

1. 工具选型错误

误区一：用小量程扭矩扳手测量大扭矩螺栓，比如用最大量程500N·m的扳手测量M48螺栓的残余扭矩，不仅会损坏扭矩扳手，还会导致读数严重偏大。很多现场为了方便，习惯用一把扳手测量所有规格的螺栓，实际上JD-CSC系列不同量程的扭矩扳手精度只在量程的20%~80%范围内可以保证标称精度，比如1000N·m的扭矩扳手，适合测量200~800N·m范围内的扭矩，超出这个范围精度会大幅下降。

误区二：使用开口扳手或者转换接头测量，很多现场找不到匹配的套筒，自行加工开口接头或者使用加长杆，加长杆会改变扭矩的实际值，扭矩与长度成正比，自行加长杆后，实际扭矩比读数大很多，导致测量结果偏小，产生误判。JD-CSC系列扭矩扳手配套提供所有常规规格的套筒，严禁自行更改套筒或加长力臂。

2. 操作流程错误

误区一：施加扭力速度过快，很多作业人员为了提高效率，快速发力拧动螺母，螺母刚转动时的惯性会导致扭矩读数偏大，最多可以比实际值大15%以上，误判残余扭矩合格。正确的操作是匀速缓慢发力，等待螺母刚刚启动的瞬间读数，JD-CSC数显款的峰值保持功能可以准确捕捉启动峰值，避免操作误差。

误区二：测量前没有清理接触面，螺栓头沾有焊渣、泥沙，导致套筒不能贴合，偏斜受力，不仅会损坏扳手，还会导致扭矩读数偏大，因为偏斜受力会增加额外的摩擦力，实际测量值远高于真实的残余扭矩。

误区三：测量完成后不复拧，松动法测量后螺栓预拉力已经释放，如果不按照设计扭矩重新复拧，会导致该螺栓长期处于低预拉力状态，给结构留下安全隐患，正规的操作要求每测量一颗都必须立即复拧复位，做好记录。

3. 结果判定错误

误区一：直接用残余扭矩对照设计扭矩判定合格，实际上残余扭矩不等于预拉力，因为螺纹接触面、螺母与连接件接触面的摩擦系数会影响扭矩值，按照规范要求，预应力螺栓的残余扭矩合格范围一般为设计扭矩的80%~100%，不是必须达到设计扭矩才合格，只要不低于设计扭矩的80%就可以判定合格。

误区二：抽样数量不足，或者只抽样外观看起来正常的螺栓，避开受力大、安装质量差的位置，导致抽样结果不具备代表性，错误判断整体施工质量。按照规范要求，抽样必须随机，重点节点必须全覆盖，不能人为选择抽样对象。

五、工程案例：某风电塔筒预应力螺栓残余扭矩检测

项目参数    参数内容

项目名称    某150MW风电场塔筒螺栓检测项目

螺栓规格    M42 10.9级预应力螺栓，设计安装扭矩3200N·m

检测时间    安装完成3个月后，塔筒运营阶段检测

使用工具    成都精炬达JD-CSC-M10扭力倍增器，标称精度±2%，校准证书在有效期内

检测方案    每段塔筒随机抽样10%的螺栓，共计检测120颗螺栓，采用松动法测量

检测过程中发现的问题：初期作业人员为了提高效率，采用快速拧动的方式测量，测量结果显示92%的螺栓残余扭矩在2800N·m以上，全部合格；成都精炬达现场技术人员发现操作问题后，要求作业人员改为匀速拧动，捕捉转动峰值，重新测量后，结果显示有18颗螺栓残余扭矩低于2560N·m（设计扭矩的80%），不合格率达到15%，不合格螺栓主要集中在塔筒下段靠近基础的连接段。

后续处理：对不合格螺栓全部进行复拧补拉，补拉后重新检测，所有螺栓残余扭矩都达到合格要求，避免了塔筒长期运营出现螺栓断裂的安全事故。该案例说明，正确的操作方法对测量结果的影响非常大，错误操作会导致严重的误判。

六、常见问题问答

Q1：残余扭矩和预拉力是什么关系？测量残余扭矩能不能直接得到预拉力？

A：预拉力是螺栓受到的轴向拉力，残余扭矩是拧动螺母需要的扭矩，二者的关系为T=k*d*P，其中T是扭矩，k是扭矩系数，d是螺栓公称直径，P是预拉力。因为扭矩系数受摩擦系数、表面处理状态影响，每一颗螺栓的扭矩系数都有微小偏差，所以残余扭矩不能直接换算出绝对准确的预拉力，但是可以反映预拉力的大致水平，工程中通过残余扭矩判断预拉力是否合格已经满足安全要求，成都精炬达JD-CSC系列扭矩扳手的精度可以满足工程判断的要求。

Q2：JD-CSC系列扭矩扳手测量残余扭矩的精度够不够？能不能满足规范要求？

A：成都精炬达JD-CSC系列扭矩扳手的精度分为两个等级，预置式为±3%，数显式为±2%，符合GB/T 17992-2008《扭矩扳子检定规程》对1级、2级扭矩扳手的要求，钢结构工程施工质量验收标准GB 50205-2020要求残余扭矩测量的扭矩扳手精度不低于±3%，所以JD-CSC系列满足规范要求，部分高精度要求的项目可以选用±2%精度的数显款产品。

Q3：大直径预应力螺栓，扭矩超过1000N·m，人力能不能操作？

A：对于超过1000N·m的大直径螺栓，直接用普通扭矩扳手人力无法施加足够的扭力，成都精炬达JD-CSC-M系列扭力倍增器可以放大扭矩，比如1:5的扭力倍增器，人力施加1000N·m的输入力，可以输出5000N·m的扭矩，人力可以操作，而且精度可以保证±2%，非常适合风电、桥梁等大直径预应力螺栓的残余扭矩测量。

Q4：测量残余扭矩的时候，转动螺母会不会影响结构安全？

A：只要测量完成后按照设计扭矩及时复拧复位，就不会影响结构安全，松动法测量只是让螺母刚刚发生转动，转动角度一般不超过1°，测量后的复拧可以恢复原来的预拉力水平，不会对结构受力产生影响；如果采用标记复位法，转动角度更小，对原状态的影响更小，适合运营期的检测。

Q5：为什么有时候同一节点相邻螺栓的残余扭矩测量结果差异很大？

A：这种情况一般是两个原因导致的：一是安装时扭矩系数偏差大，或者安装过程中复拧不到位，本身预拉力就有差异；二是操作误差，比如套筒贴合不好、发力速度不均匀导致测量误差，如果偏差超过20%，建议重新测量，排除操作误差后再判定是否合格。