高强螺栓

概述

高强螺栓的形状、连接构造与普通螺栓基本相同，两者的主要区别是：普通螺栓连接依靠杆身承压和抗剪来传递剪力，在扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，其影响不予考虑；高强螺栓连接的工作原理是有意给螺栓施加很大的预拉力，使被连接件接触面之间产生挤压力，因而垂直于螺杆方向有很大摩擦力，依靠这种摩擦力来传递连接剪力。高强螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的，普通高强螺栓一般采用扭矩法、转角法。扭剪型高强螺栓则采用扭断螺栓尾部以控制预拉力。

高强螺栓连接的螺栓采用10.9S级或8.8S级优质合金结构钢并经过热处理制作而成，高强度螺栓孔应采用钻成孔。摩擦型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径d大1.5～2.0mm；承压型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径d大1.0～1.5mm。

应用

高强螺栓主要应用在钢结构工程上。高强螺栓的一个非常重要的特点就是限单次使用，一般用于永久连接，严禁重复使用！

在结构工程中广泛应用的高强螺栓摩擦型连接是钢结构重要的连接形式，螺栓预紧力是高强螺栓摩擦型连接的重要参数，在实际工程中难以控制，将影响钢结构连接的可靠性。

分类

按受力状态分为：摩擦型和承压型：

实际上是设计计算方法上有区别，摩擦型高强螺栓以板层间出现滑动作为承载能力极限状态；承压型高强螺栓以板层间出现滑动作为正常使用极限状态，而以连接破坏作为承载能力极限状态。摩擦型高强螺栓并不能充分发挥螺栓的潜能。在实际应用中，对十分重要的结构或承受动力荷载的结构，尤其是荷载引起反向应力时，应该用摩擦型高强螺拴，此时可把未发挥的螺栓潜能作为安全储备。除此以外的地方应采用承压型高强螺栓连接以降低造价。

按施工工艺分为：扭剪型高强螺栓和大六角高强螺栓。

大六角高强螺栓属于普通螺丝的高强度级，而扭剪型高强螺栓则是大六角高强螺栓的改进型，为了更好施工。

高强螺栓的施工必须先初拧后终拧，初拧高强螺栓需用冲击型电动扳手或扭矩可调电动扳手；而终拧高强螺栓有严格的要求，终拧扭剪型高强螺栓必须用扭剪型电动扳手，终拧扭矩型高强螺栓必须用扭矩型电动扳手。

大六角强螺栓由一个螺栓，一个螺母，两个垫圈组成。扭剪型高强螺栓由一个螺栓，一个螺母，一个垫圈组成。

区别

一般情况下，高强度螺栓可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大。

普通螺栓的材料是Q235（即A3）制造的。

高强度螺栓的材料45#钢、合金钢（如20MnTiB、35VB）或其它优质材料，制成后进行热处理，提高了强度。

两者的区别是材料强度的不同。

第一点：从原材料看：

高强度螺栓采用高强度材料制造。高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作，常用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢。普通螺栓常用Q235钢制造。

第二点：从强度等级上看：

高强螺栓，使用日益广泛。常用8.8和10.9两个强度等级，其中10.9级居多。普通螺栓强度等级要低，一般为4.4级、4.8级、5.6级。（8.8S和10.9S为钢结构专用）

生产

高强螺栓所选用的线材是45号钢等等，对于该螺丝进行热处理的时候是采用C1035进行加硬处理的，这种加硬处理的方法一般可以达到22--32HRC这种高强度。

对于这种高强螺栓8.8级对应8级螺母，10.9级对应10级螺母。很多人都是会问为什么螺母的使用比螺丝的硬度低呢？这个是有原因的，在使用的过程中，为了能够保护高强螺栓，延长使用寿命，在不断拆卸的过程中肯定是会有一定的磨损的，当8级螺母的硬度比较低，这样就能够有效的保护到螺丝，在对于这类紧固件的使用成本中，这样的搭配是比较合理的，就像跟扳手的硬度相比时扳手的硬度是最高的是一样的道理的。

可以说对于高强螺栓的生产有着非常高的水平，如今高强螺栓在工业上，汽车行业中都有着广泛的运用，对于该类螺丝的生产技术要求也是越来越高。

计算

高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，拧紧螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计，而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力，而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。

根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12，常用M16~M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。

高强螺栓是指螺栓的等级硬底等性能比较强，也叫高强度螺栓。一般是指8.8级以上的.比如说10.9级螺栓，12.9级螺栓。都是硬度性能很强的。扛扭力性能很强的。

高强螺栓长度计算

高强螺栓连接必须严格控制螺栓的长度。扭剪型高强螺栓的长度为螺头下支承面至螺尾切口处的长度；对高强大六角头螺栓应该再加一个垫圈的厚度。

高强螺栓长度一般计算式如下：

L=L''+△L

其中△L=M+NS+3P

式中L—高强螺栓的长度；

L''—连接板层总厚度；

△L—附加长度，即紧固长度加长值；

M—高强螺母公称厚度；

N—垫圈个数，扭剪型高强螺栓为1，高强大六角头螺栓为2

S—高强度垫圈公称厚度

P—螺纹的螺距。

高强螺栓的紧固长度加长值=螺栓长度-板层厚度。一般按连接板厚加表L的加

长值，并取5mm的整倍数。

高强度螺栓施工前，应按出厂批复验高强度螺栓连接副的扭矩系数，每批复验8套，8套扭矩系数的平均值应在0.110～0.150范围之内，其标准偏差应小于或等于0.010。其扭矩系数复检方法按GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》规定进行。试验后应在较短的时间内进行高强度螺栓的安装。

高强度螺栓的施工扭矩按下式计算确定：

Tc=1.05k·Pc·d

Tc—施工扭矩(N·m)；

k—高强度螺栓连接副的扭矩系数的平均值；

Pc—高强度螺栓施工预拉力(kN)，见表1；

d—高强度螺栓螺杆直径(mm)；

表1高强度螺栓施工预拉力Pc(kN)

高强度螺栓施工前所用的扭矩扳手，在使用前必须校正，其扭矩误差不得大于±5%，合格后方准使用。校正用的扭矩扳手，其扭矩误差不得大于±3%。

试验

钢结构制作和安装单位应按规范GB50205-2001附录B的规定分别进行高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验和复验，现场处理的构件磨擦应单独进行磨擦面抗滑移系数试验，其结果应符合设计要求。

高强度螺栓作为钢结构重要连接方式之一，在国内外建筑、桥梁和机械等钢结构紧固件连接工程中得到了广泛的应用。

基本要求

制造厂和安装单位应分别以钢结构制造批为单位进行抗滑移系数检验。制造批可按分部（子分部）工程划分规定的工程量每2000t为一批，不足2000t的可视为一批。选用两种及两种以上表面处理工艺时，每种处理工艺应单独检验。每批三组试件。

抗滑移系数检验应采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件（如图B.0.5）

抗滑移系数检验用的试件应由制造厂加工，试件与所代表的钢结构构件应为同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态，并应用同批同一性能等级的高强度螺栓连接副，在同一环境条件下存放。

试件钢板的厚度t1、t2应根据钢结构工程中有代表性的板材厚度来确定,同时应考虑在摩擦面滑移之前，试件钢板的净载面始终处于弹性状态;宽度b可参照表B.0.5规定取值。L1应根据试验机夹具的要求确定。

表B.0.5试件板的宽度（mm）

螺栓直径d

16

20

22

24

27

30

板宽b

100

100

105

110

120

120

试件板面应平整，无油污，孔和板的边缘无飞边、毛刺。

试验方法

试验用的试验机误差应在1%以内。

试验用的贴有电阻片的高强度螺栓、压力传感器和电阻应变仪应在试验前用试验机进行标定，其误差应在2%以内。

试件的组装顺序应符合下列规定：

先将冲钉打入试件孔定位，然后逐个换成装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓，或换成同批经预拉力复验的扭剪型高强度螺栓。

紧固高强度螺栓应分初柠、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右。终拧后，螺栓预拉力应符合下列规定：

1）对装有压力传感器或贴有电的高强度螺栓，采用电阻应变仪实测控制试件每个螺栓的预拉力值在0.95P-1.05P（P为高强度螺栓设计预拉力值）之间;

2）不进行实测时，扭剪型高强度螺栓的预拉力（紧固轴力）可按同批复验预拉力的平均值取用。

试件应在其侧面画出观察滑移的直线。

将组装好的试件置于拉力试验机上，试件的轴线应与试验机夹具中心严格对中。

加荷时，应先加10%的抗滑移设计荷载值，停1min后，再平稳加荷，加荷速度为3-5kN/s。直拉至滑移破坏，测得滑移荷载。

在试验中当发生以下情况之一时，所对应的荷载可定为件的滑移荷载：

1）试验机发生回针现象;

2）试件侧面画线发生错动;

3）X-Y记录仪上变形曲线发生突变;

4）试件突然发生“嘣”的响声。

抗滑移系数，应根据试验所测得的滑移荷载和螺栓预拉力P的实测值，按下式计算，宜取小数点二位有效数字。

式中：Nv——由试验测得的滑移荷载（KN）;

nf——摩擦面面数取nf=2;

∑Pi——试件滑移一侧高强度螺栓预拉力实测值（或同批螺栓连接副的预拉力平均值）之和

（取三位有效数）（KN）；

m——试件一侧螺栓数量，取m=2。