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資料來源： 海拓蜘蛛緊固件金屬加工

高強(qiáng)度螺栓是鋼結(jié)構(gòu)施工中*常見的施工內(nèi)容，所有鋼結(jié)構(gòu)工程師都會(huì)感到熟悉。然而，事實(shí)可能并非如此。今天，我們將從*基本的概念開始，帶您重新理解高強(qiáng)度螺栓，這可能會(huì)逆轉(zhuǎn)您*基本的理解。

1.什么是高強(qiáng)度螺栓？

高強(qiáng)度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強(qiáng)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(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)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）”兩個(gè)詞，卻造成了許多工程技術(shù)人員對(duì)高強(qiáng)度螺栓基本定義的理解，產(chǎn)生了誤區(qū)。

誤區(qū)一：

超過材料等級(jí)8.8等級(jí)螺栓是高強(qiáng)度螺栓？

高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓的核心區(qū)別不在于材料的強(qiáng)度，而在于應(yīng)力的形式。本質(zhì)是預(yù)緊力是否施加，靜摩擦力是否用于剪切。

事實(shí)上，美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中提到的高強(qiáng)度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8級(jí)和10.9級(jí)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(qiáng)度螺栓與普通螺栓的區(qū)別并非關(guān)鍵。

二、正確理解高強(qiáng)

按照GB50017，計(jì)算單個(gè)普通螺栓（B類）8.8等級(jí)和高強(qiáng)度螺栓8.8等級(jí)抗拉和抗剪強(qiáng)度。

通過計(jì)算，我們可以看到，在相同等級(jí)下，普通螺栓的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值高于高強(qiáng)度螺栓。

那么高強(qiáng)度螺栓，強(qiáng)在哪里呢？

為了回答這個(gè)問題，我們必須從兩個(gè)螺栓的設(shè)計(jì)狀態(tài)開始，研究其彈性變形的規(guī)律，并了解設(shè)計(jì)損壞的極限狀態(tài)。

應(yīng)力應(yīng)變曲線 在普通螺栓和高強(qiáng)度

設(shè)計(jì)破壞時(shí)的極限狀態(tài)

普通螺栓：螺釘本身超過設(shè)計(jì)允許的塑性變形，螺釘被切斷。

普通螺栓連接時(shí)，在開始承受剪力之前，連接板之間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，然后螺栓桿與連接板接觸，產(chǎn)生彈性塑性變形，承受剪力。

高強(qiáng)度 螺栓： 有效摩擦表面之間的靜摩擦被克服，兩塊鋼板相對(duì)位移，設(shè)計(jì)考慮為損壞。

高強(qiáng)度 螺栓連接時(shí)，摩擦力首先承受剪切力。當(dāng)荷載增加到摩擦力不足以抵抗剪切力時(shí)，靜摩擦力被克服，連接板相對(duì)滑動(dòng)（極限狀態(tài)）。但此時(shí)，雖然損壞，但螺栓桿與連接板接觸，仍可利用自身的彈性塑性變形來承受剪切力。

誤區(qū)二：

為高強(qiáng)度，高強(qiáng)度 螺栓的承載能力高于普通螺栓？

根據(jù)單個(gè)螺栓的計(jì)算，高強(qiáng)度螺栓的抗拉和剪切設(shè)計(jì)強(qiáng)度低于普通螺栓。其高強(qiáng)度本質(zhì)是：在正常工作中，節(jié)點(diǎn)不允許發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，即彈性變形小，節(jié)點(diǎn)剛度大。

可以看出，在給定設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷下，高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)不一定能節(jié)省螺栓數(shù)量，但變形小、剛度大、安全儲(chǔ)備高。適用于節(jié)點(diǎn)剛度大的主梁，符合強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱桿的基本抗震設(shè)計(jì)原理。

高強(qiáng)度 螺栓的強(qiáng)度不在于其自身的承載設(shè)計(jì)值，而在于其設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)剛度大、安全性高、抗破壞性強(qiáng)。

三、高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓的比較

由于其設(shè)計(jì)的應(yīng)力原理不同，普通螺栓和高強(qiáng)度 螺栓在施工檢驗(yàn)方法上在很大差異。

同級(jí)普通螺栓的機(jī)械性能要求略高于高強(qiáng)度 度螺栓，但高強(qiáng)度 度螺栓的驗(yàn)收要求略高于普通螺栓。

標(biāo)記普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓是現(xiàn)場識(shí)別同級(jí)螺栓的基本方法。由于英國和美國標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)算高強(qiáng)度螺栓扭矩值的值不同，識(shí)別兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺栓。

：（M24，L60，8.8級(jí)）

普通螺栓：（M24，L60，8.8級(jí)）

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

四、總結(jié)

對(duì)于一個(gè)看似簡單的問題來說，從本質(zhì)上深入、全面、正確地理解它并不是一件簡單的事情。高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓的定義、含義和含義的區(qū)別是我們正確理解、使用高強(qiáng)度螺栓和施工管理的基本前提。

觀 點(diǎn)

(1)在一些鋼結(jié)構(gòu)的書中確實(shí)提出，高強(qiáng)度螺栓是指強(qiáng)度超過8.8等級(jí)螺栓。對(duì)于這種觀點(diǎn)，首先，英國和美國的標(biāo)準(zhǔn)不支持，強(qiáng)和弱沒有針對(duì)特定的強(qiáng)度等級(jí)來定義。其次，它不符合我們工作中提到的高強(qiáng)度螺栓。

(2)為便于比較，這里不考慮復(fù)雜螺栓組的應(yīng)力。

(3)在設(shè)計(jì)承壓型高強(qiáng)度螺栓時(shí)，還考慮了螺桿的承壓力，詳細(xì)介紹了以下高強(qiáng)度螺栓承壓型與摩擦型對(duì)比。

你對(duì)高強(qiáng)度螺栓了解多少？

生產(chǎn)中高強(qiáng)度螺栓稱為高強(qiáng)度螺栓連接副，一般不稱為高強(qiáng)度螺栓。

根據(jù)安裝特點(diǎn)，可分為大六角頭螺栓和扭剪螺栓。扭剪型只有10.9級(jí)中使用。

按高強(qiáng)度螺栓的性能等級(jí)分為：8.8級(jí)和10.9級(jí)。其中8.8等級(jí)僅為大六角形高強(qiáng)度螺栓。在標(biāo)記方法上，小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示熱處理后的抗拉強(qiáng)度；小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示屈服強(qiáng)度測量值與極限抗拉強(qiáng)度測量值之比。8.8螺栓桿的抗拉強(qiáng)度不小于800MPa，屈強(qiáng)比為0.8；10.9螺栓桿的抗拉強(qiáng)度不小于1000MPa，屈強(qiáng)比為0.9。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，高強(qiáng)度螺栓的直徑一般為M16/M20/M22/M24/M27/M30，不過M22/M27正常情況下選擇第二系列M16/M20 /M24/M30為主。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，高強(qiáng)度螺栓分為高強(qiáng)度螺栓壓縮型和高強(qiáng)度螺栓摩擦型。

摩擦型的承載能力取決于傳力摩擦表面的滑動(dòng)系數(shù)和摩擦表面的數(shù)量。噴砂（球）后生銹的摩擦系數(shù)*高，但實(shí)際操作受施工水平影響較大。許多監(jiān)理單位提出是否降低標(biāo)準(zhǔn)，以確保工程質(zhì)量。

承壓型的承載能力取決于螺栓的抗剪能力和螺栓桿的*小承壓能力。只有一個(gè)連接面，M16摩擦型抗剪承載力為21.6~45.0kN，而M16耐壓抗剪承載力 39.2~48.6 kN，性能優(yōu)于摩擦型。

在安裝方面，壓縮工藝應(yīng)簡單，連接面只需清除油污和浮銹。沿軸桿方向的拉伸承載力在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中非常有趣。摩擦設(shè)計(jì)值等于0.8雙預(yù)拉力、承壓設(shè)計(jì)值等于螺桿有效面積乘以材料抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，看起來差別很大，實(shí)際上兩個(gè)值基本相同。

當(dāng)同時(shí)承受剪力和桿軸方向的拉力時(shí)，摩擦型要求螺栓承受的剪力與剪力承載力之比加上軸力與拉力承載力之比小于1.0，承壓型要求螺栓承受的剪力與受剪承載力之比的平方加上軸力與受拉承載力之比的平方之和小于1.0，也就是說，在相同荷載組合的情況下，相同直徑的壓力高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)備高于摩擦高強(qiáng)度螺栓。

考慮到連接摩擦面在強(qiáng)震反復(fù)作用下可能無效，此時(shí)的剪切承載力仍取決于螺栓剪切能力和板壓力承載能力，因此地震規(guī)范規(guī)定了高強(qiáng)度螺栓極限剪切的承載力計(jì)算公式。

雖然壓力類型在設(shè)計(jì)價(jià)值上具有優(yōu)勢，但由于它屬于剪切壓力損傷類型，螺栓孔類似于普通螺栓孔，負(fù)荷變形遠(yuǎn)大于摩擦類型，因此高強(qiáng)度螺栓壓力類型主要用于非抗震構(gòu)件連接、非承載動(dòng)載構(gòu)件連接、非重復(fù)構(gòu)件連接。

這兩種類型的正常使用極限狀態(tài)也不同：

摩擦連接是指在基本載荷組合的作用下，摩擦面相對(duì)滑動(dòng)。

承壓連接是指在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的作用下，連接件之間的相對(duì)滑動(dòng)。

普通螺栓

1. 普通螺栓分A、B、C三種。前兩種是精制螺栓，使用較少。一般來說，普通螺栓是指C一級(jí)普通螺栓。

2. 常用于一些臨時(shí)連接和需要拆卸的連接C一級(jí)普通螺栓。建筑結(jié)構(gòu)中常用的普通螺栓包括M16、M20、M24。一些機(jī)械工業(yè)粗螺栓可能直徑大，用途特殊。

高強(qiáng)度螺栓

3. 高強(qiáng)度螺栓的材料不同于普通螺栓。高強(qiáng)度螺栓通常用于永久連接。M16~M30。超大型高強(qiáng)度螺栓性能不穩(wěn)定，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

4. 建筑結(jié)構(gòu)主構(gòu)件的螺栓連接一般采用高強(qiáng)度螺栓連接。

5. 工廠出廠的高強(qiáng)度螺栓不分壓力型或摩擦型。

6. 是摩擦型高強(qiáng)度螺栓還是壓力型高強(qiáng)度螺栓？實(shí)際上，設(shè)計(jì)方法存在差異：

(1) 摩擦型高強(qiáng)度螺栓以板層間滑動(dòng)為承載能力極限。

(2)承壓型高強(qiáng)度螺栓以板層間滑動(dòng)為正常使用極限，以連接損壞為承載能力極限。

7. 摩擦高強(qiáng)度螺栓不能充分發(fā)揮螺栓的潛力。在實(shí)際應(yīng)用中，摩擦高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用于非常重要的結(jié)構(gòu)或承受動(dòng)力載荷的結(jié)構(gòu)，特別是當(dāng)載荷引起反向應(yīng)力時(shí)，未發(fā)揮的螺栓潛力可作為安全儲(chǔ)備。此外，壓力高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用于降低成本。

普通螺栓與高強(qiáng)度螺栓區(qū)別

8. 普通螺栓可重復(fù)使用，高強(qiáng)度螺栓不能重復(fù)使用。

9. 高強(qiáng)度螺栓一般由高強(qiáng)度鋼制成(45號(hào)鋼)(8.8s)，20MmTiB(10.9S)，它是一種預(yù)應(yīng)力螺栓。摩擦型用扭矩扳手施加規(guī)定的預(yù)應(yīng)力，壓力型擰下梅花頭。普通螺栓一般由普通鋼制成(Q235)制作，只需擰緊即可。

10. 普通螺栓一般為4.4級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和8.8等級(jí)。高強(qiáng)度螺栓一般為8.8級(jí)和10.9級(jí)，其中10.9級(jí)居多。

11. 普通螺栓的螺孔不一定大于高強(qiáng)度螺栓。事實(shí)上，普通螺栓的螺孔相對(duì)較小。

12. 普通螺栓A、B螺孔一般只比螺栓大0.3~0.5mm。C螺孔一般大于螺栓1.0~1.5mm。

13. 摩擦型高強(qiáng)度螺栓通過摩擦力傳遞載荷，因此螺釘與螺孔之間的差異可以達(dá)到1.5～2.0mm。

14. 承壓型高強(qiáng)度螺栓的傳力特性是保證剪力在正常使用下不超過摩擦力，與摩擦型高強(qiáng)度螺栓相同。當(dāng)荷載再次增加時(shí)，連接板之間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。連接取決于螺釘?shù)募羟泻涂妆诘膲毫?。它與普通螺栓相同，因此螺釘與螺孔之間的差異略小1.0～1.5mm。

柱腳錨栓

15. 錨栓沒有等級(jí)，只有材料:Q235和Q345。柱腳錨栓是建筑結(jié)構(gòu)中*常用的錨栓。

16. 柱腳錨栓既不是普通螺栓也不是高強(qiáng)度螺栓。嚴(yán)格來說，它不是螺栓。柱腳錨栓一般采用M20或M24。

17. 柱腳錨栓的制造標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與普通螺栓的制造標(biāo)準(zhǔn)相同。柱腳錨栓混凝土之間的摩擦和錨栓的形式有關(guān)。

膨脹螺栓和化學(xué)螺栓

18. 無論是膨脹錨栓還是化學(xué)錨栓，都不是國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的連接形式，應(yīng)避免使用此類連接，特別是在重要連接中。應(yīng)使用預(yù)埋件。

19. 膨脹錨栓主要依靠膨脹管的張開和混凝土的摩擦?？估Φ拇笮∨c施工工藝密切相關(guān)，人為因素較大，抽樣試驗(yàn)無用。

20. 化學(xué)錨栓采用打孔機(jī)打孔成型，然后灌入化學(xué)漿料，將螺栓放入錨中。

21. 膨脹螺栓和化學(xué)螺栓實(shí)際上屬于錨栓的性質(zhì)。在某些情況下，膨脹螺栓或化學(xué)錨栓需要使用，因?yàn)闆]有事先預(yù)埋。但在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免這種情況。因?yàn)樗械腻^栓都應(yīng)該預(yù)埋。例如，柱腳錨栓。因?yàn)橹挥羞@樣，才能保證*佳的粘接和應(yīng)力。此外，事后鉆孔往往會(huì)損壞混凝土中的應(yīng)力鋼筋和混凝土本身。

22. 混凝土規(guī)范中，預(yù)埋混凝土構(gòu)件稱為預(yù)埋件。根據(jù)建設(shè)部文件，幕墻不得使用膨脹螺栓。一般新建工程，嚴(yán)禁使用膨脹錨栓，應(yīng)采用預(yù)埋。

                                                                                                                                                                                               
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