交通技術標準規範公路類公路工程部「公路橋梁設計規範」 修訂「扭矩控制型螺栓不能熱浸鍍鋅」

目前國內公共設施與工程的相關設計規範,並未對設計年限加以明確訂定,雖然部分設計規範,對於有特殊耐久性需求之考量時,有較為嚴格之設計標準,然亦無使用年限或壽年之設計依據或標準;有鑑於此,行政院公共工程委員會爰請各設計規範主管機關,進行相關規範編修作業,針對公共設施設計年限與耐久性相關項目,進行檢討修訂,並依據公共設施的重要性訂定相對應之設計年限需求。

交通部為期「公路橋梁設計規範」修訂更周延完整,遂委託交通部臺灣區國道新建工程局,辦理規範修訂草案之研擬,另委請財團法人臺灣營建研究院執行編修作業,修訂作業已於103年12月完成草案報部。嗣經該部於104年2月13日邀請專家學者、相關機關召開規範條文修正審查會議,討論修訂完成,交通部爰於104年4月13日以交技字第1045004678號頒布實施。

本次修訂,將「公路橋梁設計規範」第十二章「海洋環境下防蝕設計」,修改為「耐久性設計」並增訂部分內容,包含適用範圍、設計原則、設計考量因素、混凝土橋及鋼橋等5節;另第七章7.1.5鋼筋之混凝土保護層,部分條文配合修訂。其中,有關鋼橋以螺栓接合之接頭部分,有修訂如下。

螺栓接頭

1.螺栓接頭處之塗裝,應採用適當塗料或增加塗層厚度,並應審慎施工,特別在使用斷尾螺栓時,避免斷尾螺栓斷裂面於箱外,並應注意箱外之斷裂面及尖銳處,應予以研磨滑順,以確保螺栓接頭各部位,均有足夠塗膜厚度與防蝕能力。

2.鋼橋鍍鋅時仍應搭配鍍鋅螺栓,不應採斷尾螺栓以避免銳緣腐蝕。

目前國內所生產之結構用高強度螺栓,主要有美國ASTM規格之A325及A490螺栓,及日本JIS規格之F8T、F10T及S8T、S10T螺栓。國內螺栓生產廠商,同時有生產日本及美國規格之螺栓,乃因目前國內所使用的設計規範,主要係參考美國AISC規範;而國內鋼構廠之製造與施工,卻是依日本鋼結構品質管制作業標準,以致於目前國內工程,大多使用日本規格之扭力控制型高強度螺栓。高強度螺栓在安裝時,除非規範有特殊規定,否則均需以旋轉螺帽法、直接拉力指示器或以扭力板鉗等工具,按規定的程序施拉預張力。而近年來扭矩控制螺栓已廣泛應用於土木及建築工程之鋼結構。

扭斷型高強度螺栓(Torque Control Bolt 簡稱T.C.Bolt),在橋樑工程施工現場施作完螺栓鎖緊作業後,調查接合部位之高強度螺栓扭斷後,尾端會殘留斷裂面的凹凸面及銳利之金屬毛邊 (burr),此種銳利之金屬毛邊,會導致塗裝作業品質不良的現象。銹蝕現象會從螺栓扭斷之斷裂面毛邊首先出現,並由此處向外逐漸擴大,銹蝕的螺栓將會失去鎖緊強度,進而影響到鋼結構的安全, 如欲改善此種情況,則需於在斷尾螺栓鎖緊作業後,將銳利之金屬毛邊加以施作倒角研磨處理後,再施作塗裝作業,以防止銹蝕首先由此處產生。

因此,在西元2005年 2月修訂出版的日本"鋼道路橋塗裝‧防蝕手冊"中,該手冊明載了螺栓扭斷後,尾端斷裂面須修整成平滑面,用以確保塗裝品質符合耐久性的保證。筆者認為螺栓採用熱浸鍍鋅防蝕,須考慮螺栓材質在酸洗除銹過程有吸收氫氣,產生延遲破壞現象。延遲破壞就是高強度螺栓鎖固一段時間後,發生突然斷裂的現象,此乃金屬結晶內蓄積氫氣壓力過大的結果。延遲破壞在F10T以上之高強度螺栓才會發生,F8T以下不會發生,故摩擦接合用之熱浸鍍鋅高強度螺栓只能用F8T以下。除造成氫脆化問題之疑慮外,尚須考慮高強度螺栓扭斷後,尾端會殘留斷裂面的凹凸面及銳利之金屬毛邊,油漆防蝕不易的問題,因此「機械鍍鋅」、「鉻酸鹽皮膜處理」、「磷酸鹽皮膜處理」及「烘覆型鋅鉻酸鹽處理」,等均不適用於扭斷型高強度螺栓(見照片1至3)。此次「公路橋梁設計規範」修訂,其中,「螺栓接頭」部分與螺栓扭斷後,尾端會殘留斷裂面的凹凸面及銳利之金屬毛邊,油漆防蝕不易的問題有關。

 

照片1  烘覆型鋅鉻酸鹽處理高強度斷尾螺栓

 

照片2  烘覆型鋅鉻酸鹽處理高強度螺栓墊圈

照片3  烘覆型鋅鉻酸鹽處理高強度螺栓螺帽

 

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