高強度螺栓緊固與普通螺栓有什么區(qū)別？緊固方法有哪些？

時間：2022-06-07

什么是高強度螺栓？

高強度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強度摩擦預(yù)緊螺栓，英文簡稱：HSFG。可以看出，我們在中文施工中所說的高強度螺栓是高強度摩擦預(yù)緊螺栓的縮寫。在日常溝通中，只有摩擦（Friction）”“預(yù)緊（Grip）這兩個詞引起了許多工程技術(shù)人員對高強度螺栓基本定義的理解和誤解。

誤解1：材料等級**過1：8.8等級螺栓是高強度螺栓？

高強度螺栓和普通螺栓的**區(qū)別并不在于使用材料的強度，而是受力的形式。本質(zhì)是是否施加預(yù)緊力，并利用靜摩擦力抗剪。

事實上，美標準準規(guī)范中提到的高強度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8級和10.9級兩種（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490），但是普通螺栓包含4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11表2)；由此可見，高強度螺栓與普通螺栓的區(qū)別并非關(guān)鍵。

誤區(qū)二:高強度螺栓的承載能力**普通螺栓，是高強度嗎？

根據(jù)單個螺栓的計算，高強度螺栓的抗拉和剪切設(shè)計強度**普通螺栓。其高強度本質(zhì)是：在正常工作中，節(jié)點不允許發(fā)生相對滑動，即彈性變形小，節(jié)點剛度大。

可以看出，在給定設(shè)計節(jié)點負荷下，高強度螺栓設(shè)計的節(jié)點不一定能節(jié)省螺栓數(shù)量，但變形小、剛度大、安全儲備高。適用于節(jié)點剛度大的主梁，符合強節(jié)點、弱桿的基本抗震設(shè)計原理。

高強度螺栓的強度不在于其自身的承載設(shè)計值，而在于其設(shè)計節(jié)點剛度大、安全性高、抗破壞性強。

高強度螺栓規(guī)格

國內(nèi)常用的高強度螺栓分為 ASTM 及 JIS 規(guī)格。通常使用 ASTM 高強度螺栓有 A325 及 A490 兩種，具體使用情況如表一所示。

表一 ASTM 通用高強度螺栓

A325 螺栓的主要成分是 TYPE1 及 TYPE3 兩種，TYPE1 用于一般結(jié)構(gòu)，必要時可熱浸鍍鋅，耐候鋼應(yīng)配合使用TYPE3 用于螺栓TYPE3 螺栓設(shè)計圖紙應(yīng)特別注明，A325 螺栓的機械性如表2所示。

表二 ASTM機械性能高強度螺栓

A490 螺栓的材料強度比 A325 高，但 A490 螺栓不得熱浸鍍鋅。A490 螺栓分為 3 TYPE 同樣的耐候鋼也用 TYPE3 型螺栓。A325 及 A490 螺栓的標準直徑以英尺為單位，以 1/8 英尺為單位，均介于 1 英尺至 1.5 英尺之間常用 1 英尺左右的直徑。

在某些特殊情況下，螺栓直徑**過 1.5，可用于此時A490 螺栓。A490 螺栓的使用如表1所示，材料強度如表2所示。ASTM 高強度螺栓的螺頭和螺帽均為六角形，其中螺帽必須為重型六角形螺帽。

JIS規(guī)格的高強度螺栓分為六角螺栓頭的 F 是為減少材料用量和美觀需求而開發(fā)的圓螺栓頭S 系列(見圖1)安裝后很難拆卸圓螺栓頭。

圖一 JIS F10T圓頭扭矩控制高強度螺栓

材料強度不同，F(xiàn)又分為系列F8t、F10t 及 F11t 三種，s該系列分為 s8t 及 s10t 兩種，其中 F11t 由于質(zhì)量難以控制，只有一些制造商具有制造資質(zhì)，其材料強度如表3所示。

表三 JIS 高強度螺栓材料的強度

JIS 螺栓直徑以 mm 為單位，常用的直徑規(guī)格為 12mm 至 24mm 之間。根據(jù)過去的熱浸鍍鋅經(jīng)驗，高強度螺栓在熱浸鍍鋅前的酸洗過程中會吸收氫氧，導(dǎo)致延遲損壞。延遲損壞是由于金屬結(jié)晶中氫氧壓力過大，高強度螺栓緊固一段時間后突然斷裂的結(jié)果。

延遲損壞F10t 會發(fā)生上述高強度螺栓，F(xiàn)8t 以下不會發(fā)生，所以熱浸鍍鋅高強度螺栓只能使用 F8t 以下。

中國土木水利工程學(xué)會編制的《熱浸鍍鋅鋼橋設(shè)計施工手冊》明確規(guī)定建筑使用 F8t 螺栓、F10 螺帽、F35 華司組合和鍍鋅試驗片的疲勞強度約**黑漆母材 12kgf/mm2，因此，熱浸鍍鋅的高強度螺母 F8t 應(yīng)根據(jù)情況考慮增加螺栓用量。

螺栓的外觀如圖2所示，螺栓的類型將在螺栓頭上標記，如圖3、4所示，便于使用和施工管理。

圖2 螺栓的外觀和尺寸

圖三 ASTM 標注高強度螺栓

圖四 JIS 標注高強度螺栓

螺栓應(yīng)與螺帽和墊圈配合使用。螺栓組由螺栓、螺帽和墊圈組成。表四和表五分別為 ASTM 及 JIS 高強度螺栓組的組合。耐候鋼應(yīng)配合耐候螺栓、螺帽和墊圈。

表四 ASTM 高強度螺栓組

注：螺帽除A563-B其余為重型六角形螺栓。

表五 JIS 高強度螺栓組

此外，墊圈可以避免螺栓或螺母鎖緊過程中因旋轉(zhuǎn)而損壞鋼板，也可以分散螺栓**部的壓力過于集中。此外，在旋轉(zhuǎn)端（螺栓頭或螺母端）墊圈可以減少旋轉(zhuǎn)表面的摩擦。

螺栓軸拉力- 軸向變形曲線

螺栓緊固過程會先鎖到緊貼狀態(tài)，所謂的緊貼狀態(tài)就是使用**的扳手擰螺栓數(shù)圈是結(jié)合面貼合之緊固狀態(tài)。緊密狀態(tài)下的螺栓內(nèi)已經(jīng)承受了部分預(yù)拉力。

圖8為螺栓自緊固情況開始，螺栓軸拉軸向變形曲線關(guān)系，橫坐標為螺帽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，相當(dāng)于軸向變形，縱坐標為螺栓張力，曲線至緊固狀態(tài)開始呈線性關(guān)系，然后線進入非線性階段，然后螺釘收縮，強度開始下降，最后螺釘斷裂。

圖8 螺栓的軸拉力-軸向變形關(guān)系曲線

當(dāng)螺栓張力時，臨界斷面發(fā)生在螺釘上。螺釘?shù)妮^大張力強度是材料的抗拉強度和張力表面As乘積。=0.75 至 0.79Abn = 每厘米螺齒數(shù) d=螺栓的標準直徑Ab=螺栓標準斷面積（cm2）=πd/4 材料的屈服發(fā)生在螺釘?shù)陌己厶帲葆數(shù)那窒抻诰植繀^(qū)域，螺栓軸向拉變形的關(guān)系曲線當(dāng)時不明確，螺栓屈服時的載荷為 proof load，等于螺栓材料的屈服強度和張力面積的乘積，A325 螺栓的 proof load 約為自身抗拉強度的 70%，A490 螺栓的 proof load 約為自身抗拉強度的 80%。

因此，安裝高強度螺栓時需要增加預(yù)緊力 Tb，這種預(yù)緊力是80%的螺栓抗拉強度表8 A325 與 A490 螺栓較小預(yù)緊力為 JIS 螺栓較小預(yù)緊力。

A572 螺栓的較小預(yù)拉力約等于 proof load，A490 螺栓的較小預(yù)緊力也非常接近 proof load，預(yù)拉力在實際施工中會**較小預(yù)緊力，因此螺栓在施加預(yù)緊力時基本屈服。

原則上，螺栓的預(yù)緊力越大越好，不會使螺栓*塑性變形，不易松弛。

表八 A325 及 A490 螺栓較小預(yù)緊力

表九 JIS 螺栓較小預(yù)緊力

與高強度螺栓相比

普通螺栓和高強度螺栓不同，普通螺栓和高強度螺栓(微信官方賬號:維修圈)在施工檢驗方法上有很大差異。

同級普通螺栓的機械性能要求略**高強度螺栓，但高強度螺栓的驗收要求略**普通螺栓。

對比標識樣式

價格對比

高強度螺栓：（M24，L60，8.8級）

普通螺栓：（M24，L60，8.8級）

可以看出，普通螺栓的價格約為高強度螺栓的70%。結(jié)合驗收要求，可以得出結(jié)論，其溢價部分應(yīng)保證材料的沖擊功率（韌性）性能。

螺栓緊固方法

普通螺栓的緊固程度沒有明確規(guī)定。鎖緊時施加的力一般只需連接緊密即可。但由于鎖緊時沒有張力，螺母容易松動脫落。為了防止松動，可以使用彈簧墊圈或雙螺母將內(nèi)螺母壓緊，以防止兩個螺母同步旋轉(zhuǎn)和松動。

采用雙螺帽時內(nèi)螺帽需使用重型六角螺帽，外螺帽可采用一般螺帽（見圖九），一般高強度螺栓不論承載型的或者擦阻型因預(yù)緊后存在張力，此預(yù)緊力引致接觸面正應(yīng)力可產(chǎn)生抗扭轉(zhuǎn)摩擦阻力，因而可使螺帽產(chǎn)生不松脫現(xiàn)象，所以不必附加防脫裝置。

圖九

但是，由于特殊用途（如振動機械或車身重要結(jié)構(gòu)位置），必須使用特殊夾頭防止螺母松動。螺栓夾頭決定螺栓和螺釘?shù)拈L度或形式，以防止松動。螺母夾緊裝置的詳細信息見圖10。

圖十