鋼結(jié)構(gòu)鋼格柵板使用焊接加圓盤(pán)射釘固定施工工藝，即在焊接連接的基礎(chǔ)上增設(shè)直接緊固技術(shù)，雙重加固。直接緊固技術(shù)是指以射釘槍為工具，利用火藥爆炸和瓦斯氣體爆炸產(chǎn)生能量推動(dòng)射釘槍里的撞針高速撞擊射釘從而把射釘?shù)尼敿馊亢筒糠猪敆U打入基材(混凝土、鋼鐵、石塊等）中起到緊固的作用。它是當(dāng)今世界最先進(jìn)的緊固技術(shù)之一，在金屬與金屬連接方面，可部分地代替鉚、焊、螺栓連接、粘接工藝。
相對(duì)錨栓緊固，通過(guò)射釘槍把各種緊固件直接安裝于混凝土或各種鋼制基材之上可以在有效地提高工人安裝效率的同時(shí)顯著的降低勞動(dòng)強(qiáng)度。但是直接緊固系統(tǒng)在具有上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也具有射釘失敗率高，負(fù)載不穩(wěn)定，可靠性低等先天缺陷。在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)射釘施工時(shí)，同時(shí)使有尖頭和平頭兩種緊固射釘。分別從原材、施工工藝、射釘失敗率、負(fù)載和經(jīng)濟(jì)性方面對(duì)這兩種射釘進(jìn)行比對(duì)和分析，提出在現(xiàn)場(chǎng)射釘施工過(guò)程中選型的基本原則和質(zhì)量控制的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，以達(dá)到設(shè)計(jì)施工過(guò)程有效管理的目的。
2、射釘在鋼結(jié)構(gòu)上的緊固原理
尖頭射釘和平頭射釘在鋼材上的緊固力主要取決于以下三個(gè)方面的因素。
(1)射釘和鋼材的融焊和錫焊。射釘在被射釘槍撞針撞擊后，會(huì)以約100m/s的速度進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)中，此時(shí)射釘釘尖、釘桿表面和鋼材相互摩擦產(chǎn)生大量的熱量，溫度急劇升高，穿入過(guò)程中產(chǎn)生的900℃高溫，和與其接觸的鋼材熔合在一起形成熔焊和錫焊的效果。嵌入在鋼材中，起到錨固的作用。由于釘尖部位在進(jìn)入鋼材的過(guò)程中溫度最高，所以燒結(jié)現(xiàn)象也最明顯，燒結(jié)塊也最大。又因?yàn)獒敿獠课煌巧钊脘摬闹凶钌畹牟课唬源颂幍娜酆感?yīng)對(duì)于射釘負(fù)載的貢獻(xiàn)也最大。
(2)咬合力。如果射釘在進(jìn)入鋼材的過(guò)程中所產(chǎn)生的溫度不足以發(fā)生較大的熔焊和錫焊效果。在這種情況下由于燒結(jié)的鋼材接觸面表面凸凹不平，會(huì)和與其接觸并咬合在一起。
(3)當(dāng)鋼釘穿入鋼材時(shí)，釘身周?chē)匿摬谋粩D向四周，反過(guò)來(lái)對(duì)鋼釘產(chǎn)生很大的擠壓應(yīng)力，并擠壓進(jìn)釘身的人字文中，形成鎖鍵力和靜摩擦力。
在上面三個(gè)因素中，高溫產(chǎn)生的熔焊和錫焊效果對(duì)射釘?shù)呢?fù)載貢獻(xiàn)最大，其次為較小的熔焊效果所提供的咬合力，由于射釘和鋼材的擠壓力所形成的靜摩擦力貢獻(xiàn)最小。
3、射釘選型的測(cè)試和分析方法
考慮到尖頭和平頭射釘釘頭構(gòu)造形式不一樣，所以施工方法也不一樣。尖頭射釘由專(zhuān)用射釘槍進(jìn)行安裝；平頭射釘由于釘頭設(shè)計(jì)為平面，需要在鋼材表面人工鉆孔3mm~5mm后再用專(zhuān)用射釘槍進(jìn)行安裝。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量實(shí)際情況可以粗略判別，射釘槍所采用的火藥爆炸當(dāng)量能夠使尖頭射釘(平頭射釘)在Q235B的鋼材表面穿透9±lmm(5+lmm)。
本次測(cè)試擬選取三組母材(Q235B)型鋼(HM250×175×11mm/HW250mm×250mm×14mm/角鋼120mm×10mm)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量其有效貫入深度、最大拉拔力、垂直度和一次成功率等數(shù)值，比對(duì)分析各項(xiàng)指標(biāo)。
4、射釘測(cè)試實(shí)測(cè)結(jié)果比對(duì)分析
按照上述試驗(yàn)方法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)測(cè)量，對(duì)其有效貫入深度、最大拉拔力、垂直度和一次成功率等進(jìn)行分析。
4.1垂直度分析
在平頭射釘和尖頭射釘各實(shí)測(cè)的24點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，其中平頭射釘垂直度存在問(wèn)題的共計(jì)8點(diǎn)，尖頭射釘4點(diǎn)。即一次成功率為66.7%和83.3%。結(jié)合貫人深度比對(duì)尖頭射釘和平頭射釘一次成功率可以得出：尖頭射釘在9.7mm~10.00mm內(nèi)出現(xiàn)4次垂直度問(wèn)題，平頭射釘在5.96mm~11mm內(nèi)出現(xiàn)8次垂直度問(wèn)題。
4.2貫入度與最大拉拔力比對(duì)分析
在實(shí)測(cè)的24點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中提取尖頭射釘貫入深度和最大拉拔力數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，尖頭射釘?shù)淖畲罄瘟禐?9.849kN，遠(yuǎn)高于項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的8kN數(shù)值，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需求，且貫入深度、是否穿透以及垂直度情況對(duì)尖頭射釘?shù)淖畲罄瘟τ绊懖⒉煌怀觯谠O(shè)計(jì)要求的數(shù)值范圍內(nèi)。除去尖14和尖16兩組因射釘頂尖損壞的數(shù)據(jù)，可得出以下線性分布圖(圖1)。
再在實(shí)測(cè)的24點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中提取平頭射釘貫入深度和最大拉拔力數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，尖頭射釘?shù)淖畲罄瘟禐?.652kN，基本滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的8kN數(shù)值，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需求，貫入深度和是否穿透對(duì)平頭射釘?shù)淖畲罄瘟τ绊懖⒉煌怀觯谴怪倍惹闆r對(duì)其最大拉拔力有明顯影響，可以從數(shù)據(jù)線性分布圖(圖2）中發(fā)現(xiàn)，存在垂直度問(wèn)題的試驗(yàn)點(diǎn)的拉拔力均由明顯下降，受影響程度大。
4.3穿透和非穿透試件最大拉拔力比對(duì)分析
分別實(shí)測(cè)的24點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中先去除受垂直度以及釘頭損壞影響的非正常數(shù)據(jù)，整理比對(duì)可以分為兩類(lèi)進(jìn)行比較，一類(lèi)為穿透試件型材，另一類(lèi)為未穿透試件型材。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此類(lèi)尖頭射釘最大拉拔力區(qū)間為16.352kN~18.620kN，平均值為17.363kN，平頭射釘最大拉拔力區(qū)間為4.587kN~9.399kN，平均值為6.670kN。穿透型的測(cè)試點(diǎn)中僅尖頭射釘滿足了設(shè)計(jì)8kN的設(shè)計(jì)要求，平頭射釘并不能完全滿足。
篩選非穿透型數(shù)據(jù)，此類(lèi)尖頭射釘最大拉拔力區(qū)間為16.692kN~24.722kN，平均值為21.256kN，平頭射釘最大拉拔力區(qū)間為10.462kN~15.460kN，平均值為12.255kN。從數(shù)據(jù)可以看出非穿透型的試件中尖頭射釘和平頭射釘均能滿足了設(shè)計(jì)8kN的設(shè)計(jì)要求。
4.4最大拉拔力安全性分析
在進(jìn)行測(cè)試點(diǎn)最大拉拔力實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，尖頭射釘在達(dá)到最大拉拔力后均垂直方向向上彈起，脫離試件本體。而平頭射釘在達(dá)到最大拉拔力后仍保持與試件本體相連，且如需使其離開(kāi)本體仍需要持續(xù)施工作用力，松動(dòng)后的平頭射釘非人力可以拔出。
5、射釘施工過(guò)程質(zhì)量控制要點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性分析
通過(guò)上述3個(gè)試件共計(jì)48個(gè)測(cè)試點(diǎn)測(cè)試的數(shù)據(jù)和測(cè)試過(guò)程，為確保鋼格柵直接緊固射釘施工能到達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，需要從以下兩個(gè)主要方面進(jìn)行質(zhì)量控制，一是原材料拉拔檢測(cè)，另一個(gè)是過(guò)程垂直度控制。
5.1原材料拉拔檢測(cè)
上述3個(gè)試件實(shí)際測(cè)試51點(diǎn)，其中有效數(shù)據(jù)48點(diǎn)，另3個(gè)平頭射釘測(cè)試數(shù)據(jù)由于在拉拔過(guò)程中射釘均在釘桿位置斷裂，且最大拉拔力平均值僅有1.432kN，無(wú)法形成有效數(shù)據(jù)。初步判斷為該射釘材質(zhì)選型錯(cuò)誤。通過(guò)送檢進(jìn)行光譜實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，材質(zhì)為410不銹鋼材質(zhì)。查相關(guān)不銹鋼特性可以發(fā)現(xiàn)，400系列不銹鋼硬度較高，理論上采用410不銹鋼材質(zhì)的射釘，在不到2kN的拉拔力情況下，不會(huì)出現(xiàn)釘桿斷裂的情況。更換后試驗(yàn)采用的平頭射釘同樣進(jìn)行了光譜送檢，檢查報(bào)告仍為410不銹鋼材質(zhì)。
事后分析出不合格的410不銹鋼平頭射釘因本身鍛造過(guò)程中淬火原因，導(dǎo)致釘身強(qiáng)度不合格，僅通過(guò)光譜檢測(cè)報(bào)告和質(zhì)量證明文件無(wú)法進(jìn)行該質(zhì)量隱患的排除工作。故以后的鋼格柵直接緊固射釘進(jìn)場(chǎng)前，需進(jìn)行試打，并將試打試件送往有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，一方面檢測(cè)其最大拉拔力，另一方面排除射釘本體強(qiáng)度隱患。
5.2過(guò)程垂直度控制
由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，尖頭射釘由于其釘身構(gòu)造為釘身+釘套結(jié)構(gòu)，在射釘槍撞針的作用下及時(shí)釘套發(fā)生垂直偏移，釘身仍能較垂直地貫入鋼材本體，從而保證了其最大拉拔力符合專(zhuān)利要求。相比較而言，由于平頭射釘為一次鍛造，整體受力，垂直度對(duì)其最大拉拔力的影響大。就要施工過(guò)程從鋼材本體鉆孔到射釘槍撞針運(yùn)動(dòng)軌跡都要嚴(yán)格控制。確保垂直度不影響到射釘?shù)淖畲罄瘟Α?BR> 5.3經(jīng)濟(jì)性分析
試驗(yàn)采用的尖頭射釘為喜利得X-ST-GR M8#2122460射釘，一套射釘綜合單價(jià)約為30元；平頭射釘為國(guó)產(chǎn)化后的技術(shù)產(chǎn)品，一套費(fèi)用綜合單位約為17元。費(fèi)用節(jié)省率約為43%。
6、射釘選型結(jié)論
在3組試件、2種穿透類(lèi)型和48個(gè)有效測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)分析的基礎(chǔ)上，可以得出以下初步結(jié)論。在常規(guī)穿透型的鋼格柵射釘選型時(shí)，優(yōu)選尖頭射釘，最大拉拔力數(shù)值受施工垂直度影響小，最大拉拔力滿足使用需求。在常規(guī)非穿透型的鋼格柵射釘緊選型時(shí)，優(yōu)選國(guó)產(chǎn)平頭射釘，在滿足最大拉拔力的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)，安全性高。但其施工過(guò)程中的垂直度需要嚴(yán)格把控。
