高強(qiáng)度螺栓含義及誤區(qū)

1、高強(qiáng)度螺栓含義及誤區(qū)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可見，我們中文施工中所說的高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)度摩擦預(yù)緊螺栓的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了 “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：材料等級(jí)超過 8.8級(jí)的螺栓，就是“高強(qiáng)度螺栓”高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓的核心區(qū)別并不在于使用材料的強(qiáng)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。實(shí)際上在英標(biāo)規(guī)范，美標(biāo)規(guī)范中提到的高強(qiáng)度螺栓( HSFG

2、 BOLT只有8.8 級(jí)和 10.9 級(jí)兩種(BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490 ),而普通螺 栓卻有包含有 4.6, 5.6, 8.8, 10.9, 12.9 等(BS 3692 11 款表 2);由 此可見，材料強(qiáng)度高低并不是區(qū)別高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓的關(guān)鍵。誤區(qū)二：高強(qiáng)度螺栓的承載能力高于普通螺栓，是為“高強(qiáng)”由單個(gè)螺栓的計(jì)算可知，高強(qiáng)度螺栓抗拉和抗剪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度均低于普 通螺栓。其高強(qiáng)實(shí)質(zhì)是：正常工作時(shí)，節(jié)點(diǎn)不允許發(fā)生任何相對(duì)滑移，即： 彈塑性變形小，節(jié)點(diǎn)剛度大?？梢姡涸诮o定設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)荷載的情況下，用高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)并不 一定能節(jié)省螺栓使用數(shù)量，但是其變形小

3、，剛度大，安全儲(chǔ)備高。適合用 主梁，等要求節(jié)點(diǎn)剛度較大的位置，符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱桿件”的基本抗震 設(shè)計(jì)原理。高強(qiáng)度螺栓之強(qiáng)，并非在于其本身的承載能力設(shè)計(jì)值，而是表現(xiàn)于其 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的剛度大，安全性能高，抗破壞的能力強(qiáng)。02高強(qiáng)度螺栓規(guī)格國內(nèi)常用的高強(qiáng)度螺栓分為ASTM及JIS 規(guī)格。通常用的ASTM高強(qiáng)度螺栓有A325及A490兩種，具體使用情況如表一所示。表一ASTM高強(qiáng)度螺栓通用情況里別特性旭用情況A325TYPE1中碟星，碳鼬或中碳合金忸通用T 般忸結(jié)構(gòu)，可熱漫鍍鋅TYPE2L991年1工月停用TYPF3TYPE3耐帔觀耐慢性抗蝕性能等同f A242/A566/A709等鋼 村.詁介。耐候鋼

4、材他E 1 .A490TYPE1螺檢以合金斜制成，標(biāo)稱直徑在1/-適用一段銅結(jié)構(gòu)汴可熱就 偉TYPE2L*栓遹常以假碳麻散鎂擱制戒，標(biāo)曾比徑在IZ2二不可熱皺缽.TVPEW耐候fit耐候性抗蝕性值等同于A34MAs88/G09等綱材一適介。射假朋 H 一起使用,4、同熱鍍鋅A449TYPE1中黑露標(biāo)稱宜桂在WTFI適用F *般新結(jié)構(gòu)*r用耐高枇用以熱浸 位用TYPE2低做鐵刎的成，林徐道戶/川熱幅已A325螺栓主要成分為 TYPE1及TYPE3兩種，TYPE1為一般結(jié)構(gòu)用，如需要時(shí)可以熱浸鍍鋅，耐候鋼材應(yīng)配合使用TYPE3螺栓，采用TYPE3螺栓時(shí)設(shè)計(jì)圖上應(yīng)特別標(biāo)明，A325螺栓的機(jī)械性如表二

5、所示表二ASTM高強(qiáng)度螺栓機(jī)械性能螺槍規(guī)格直徑（in顯眼強(qiáng)度抗拉怪度MinMokAW5口 51SP44S.4-1425-155.67Z35 一A49O0.5-1.59110.51L9AM90.25 1&,44氏4*1-125-1.55.677.351625-34,066.2A490螺栓的材料強(qiáng)度比A325高，但是 A490螺栓不可熱浸鍍鋅。A490螺栓分為3種TYPE同樣耐候鋼材配合使用TYPE3型螺栓。A325及A490螺栓標(biāo)準(zhǔn)直徑以英尺為單位，以 1/8 英尺為單位增量，且皆介于 1英尺至1.5 英尺之間，以1英尺左右的直徑較常用。有些特殊的情況，所需螺栓直徑超過1.5 ,此時(shí)可采用 A4

6、90螺栓。A490螺栓使用情況如表一所示，材料強(qiáng)度如表二所示。ASTM高強(qiáng)度螺栓的螺頭及螺帽皆為六角形頭，其中螺帽必須為重型六角形螺帽。JIS規(guī)格的高強(qiáng)度螺栓分為六角螺栓頭的F系列以及為減輕材料用量及美觀需求而發(fā)展之圓螺栓頭之S系列（見圖一），圓螺栓頭在安裝后拆卸較困難。圖一 JIS F10T圖一 JIS F10T圓頭型扭矩控制高強(qiáng)度螺栓材料強(qiáng)度不同，F(xiàn)系列又分為F8t、F10t及F11t三種，s系列則分 成s8t及s10t二種，其中F11t材質(zhì)因品質(zhì)較不易控制，僅部分制造商 有制造生產(chǎn)資質(zhì)，其材料強(qiáng)度如表三所示表三 JIS高強(qiáng)度螺栓材料強(qiáng)度螺槍規(guī)格屈報(bào)強(qiáng)度 (tf/cm)抗拉強(qiáng)度(tf/CM

7、)|MinMaxF8t&s8t6.4a,o10.0FlOt&slOt9.010.012.0Flit9.511.013.0JIS螺栓直徑以 mm為單位，一般常用的直徑規(guī)格在12mm至24mm之間。有過去的熱浸鍍鋅經(jīng)驗(yàn)可知，高強(qiáng)度螺栓在熱浸鍍鋅前處理酸洗過 程中會(huì)吸收氫氧，因此會(huì)產(chǎn)生延遲破壞現(xiàn)象，延遲破壞就是高強(qiáng)度螺栓緊 周一段時(shí)間后發(fā)生突然斷裂現(xiàn)象，這是因?yàn)榻饘俳Y(jié)晶內(nèi)蓄含的氫氧壓力過 大的結(jié)果。延遲破壞在F10t以上之高強(qiáng)度螺栓才會(huì)發(fā)生，F(xiàn)8t以下不會(huì)發(fā)生，故摩擦結(jié)合所使用的熱浸鍍鋅高強(qiáng)度螺栓只能用F8t以下。因?yàn)橹袊聊舅こ虒W(xué)會(huì)所編著的熱浸鍍鋅鋼橋設(shè)計(jì)施工手冊(cè)明確標(biāo)明建筑使用 F8t螺栓、

8、F10螺帽、F35的華司組合及鍍鋅試驗(yàn)片的疲勞強(qiáng)度約比黑漆母材低12kgf/mm2 ,因此對(duì)熱浸鍍鋅的高強(qiáng)度螺母F8t應(yīng)視情況考慮酌增螺栓用量。螺栓的外觀如圖二所示，螺栓在螺栓頭會(huì)標(biāo)識(shí)其種類，如圖三及四所 示，以方便使用及施工管理OK鎏二蝶桂外觀度尺寸圖三 AS7M高強(qiáng)度螺模之標(biāo)示F，打名四 JIS高品度售栓工標(biāo)示螺栓需配合螺帽及墊圈使用，螺栓、螺帽加上墊圈組成螺栓組，表四及表五分別為ASTM及JIS高強(qiáng)度螺栓組的組合。耐候鋼材應(yīng)該配合耐候 型螺栓、螺帽及墊圈使用。表四 ASTM高強(qiáng)度螺栓組蝶松種類型別標(biāo)準(zhǔn)直徑Cm）噓布型式塔僧暨式回5TYPtl0.5-L5A5&3-CWbTYPtl7YPE1

9、 （熱陵低鋅）0.5-L5A563DHF43mpElHPE30.5-1,5AS63-C3F436TYPE3M9GTYPF1.,?0.5-L5A563-DHF436TVPF1T7PE305-1.5A56j-DH3F436TYPE3A449TYPEL；025-1.5AS53-BF436TYPE11.625-3AS63-AF436TYPC1rvPEL.21拉沒鍵 鋅）0.25-3A563 OHM36TYPE1注：螺帽除 A563-B外，其余皆為重型六角形螺栓。表五 JIS高強(qiáng)度螺栓組螺栓種類螺相型式里網(wǎng)型式F8TaS8TF10 或 F8F3SFlOT&SldTF10r35另外墊圈可以避免螺栓或螺帽鎖

10、緊過程因旋轉(zhuǎn)而傷及鋼板，亦可分散 螺栓頂部壓力過于集中，止匕外，將墊圈在旋轉(zhuǎn)端（螺栓頭端或螺帽端）可 以降低旋轉(zhuǎn)面的摩擦力。螺栓緊固過程會(huì)先鎖到緊貼狀態(tài)，所謂的緊貼狀態(tài)就是使用專用的扳 手?jǐn)Q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。圖八為螺栓自貼緊情況開始，螺栓之軸拉軸向變形的曲線關(guān)系，橫坐 標(biāo)為螺帽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，等同于軸向變形，縱坐標(biāo)為螺栓拉力，曲線至緊貼狀 態(tài)開始呈線性關(guān)系，然后在螺牙處會(huì)先屈服，曲線進(jìn)入非線性階段，緊接 著螺牙處產(chǎn)生頸縮而強(qiáng)度開始下降，最后螺牙處斷裂。圖八 螺栓之軸拉力-軸向變形關(guān)系曲線螺栓受拉力時(shí)，臨界斷面發(fā)生在螺牙處，螺牙的最大拉力強(qiáng)度為材

11、料 抗拉強(qiáng)度與漲緊力面 As的乘積其中，=0.75至0.79Ab n = 每公分螺牙數(shù) d=螺栓標(biāo)準(zhǔn)直徑 Ab=螺栓標(biāo)準(zhǔn)斷面積（cm2） =nd/4材料的屈服發(fā)生在螺牙的凹痕處，螺牙的屈服會(huì)發(fā)生在局限在局部區(qū)域，而螺栓的軸向拉變形的關(guān)系曲線并沒明確的在那個(gè)時(shí)問點(diǎn)，螺栓在螺牙出屈服時(shí)的載重為proof load ,等于螺栓材料的屈服強(qiáng)度與張力面積的乘積，A325螺栓的proof load約為自身抗拉強(qiáng)度的 70%,A490螺栓的proof load約為自身抗拉強(qiáng)度的80%。所以高強(qiáng)度螺栓在安裝時(shí)需要加一預(yù)緊力Tb ,此預(yù)緊力為螺栓抗拉強(qiáng)度80%g八為A325與A490螺栓最小預(yù)緊力，表九為 JI

12、S 螺栓最小預(yù)緊 力。A572螺栓的最小預(yù)拉力約等于其proof load , A490螺栓最小預(yù)緊力也很接近其proof load ,實(shí)際施工時(shí)預(yù)拉力會(huì)高出最小預(yù)緊力，因此螺栓 在施加預(yù)緊力時(shí)基本上已經(jīng)屈服。原則上，在不使用螺栓破壞，且不至使螺栓產(chǎn)生永久塑性變形至易產(chǎn) 生松弛前提下，螺栓的預(yù)緊力越大越好。表八 A325及A490 螺栓最小預(yù)緊力螺柞標(biāo)冊(cè)n桂Un）被小餞拉ZintnA325螺檢A490螺栓。.5556.80625現(xiàn)610.90l751,72?.30.8517.829.1123J36.31425Z5.54S.41.7512J1.5珥767.31.珈甌871.J表九 JIS螺栓最小預(yù)緊力螺栓辰準(zhǔn)徑1圾小假找力T（tfJH0112-.85.9168.510,620133165221052419N2工E2724 230.13030.037.1普通螺栓可重復(fù)使用，高強(qiáng)度螺栓不可重復(fù)使用。高強(qiáng)度螺栓一般由高強(qiáng)鋼材制成（45號(hào)鋼（8.8s） , 20MmTiB（10.9S）,是預(yù)應(yīng)力螺栓，摩擦型用扭矩扳手施加規(guī)定預(yù)應(yīng)力，承壓型擰掉梅花頭。普通螺栓一般由普通鋼材（Q235）制成，只需擰緊即可。普通螺栓一般為 4.4級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和8.8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。普通螺栓的螺孔不一定比高強(qiáng)度螺栓大。實(shí)際上，普通螺栓螺孔比