扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓抗滑移系数试验的对比[精品资料]

扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓抗滑移系数试验的对
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摘要: 扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓均可运
用于钢结构的连接。

通过抗滑移系数试验发现在同一试验条件
下，扭剪型螺栓因为预拉力值大可以获得更大的抗滑移载荷，
从而提高钢结构连接的可靠性和安全性。

此外，扭剪型高强螺
栓在施工性能上也要优于大六角头高强螺栓。

Abstract: Torshear type high strength bolt and high strength bolt with large hexagon head can be used for the connection of steel structure. By anti-sliding coefficient test， it can be found that the sliding
load of torshear type high strength bolt is higher as for higher pretension value base on the same experiment condition. Then the reliability and safety for the connections of steel structure can be improved by this way. Meanwhile the construction performance of torshear type high strength bolt is better than the construction performance of high strength bolt with large hexagon head.
关键词: 扭剪型高强螺栓;大六角头高强螺栓;抗滑
移系数;预拉力;紧固轴力
Key words: torshear type high strength bolt;
high strength bolt with large hexagon head;anti-
sliding coefficient;ptetension;fastening axial force
TH131 A 1006-4311(2013)14-0152-03
0 引言
在钢结构的连接形式中，高强度螺栓连接具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳、以及在动力荷载作用下不致松动等优点，已普遍应用于航空航天、道路桥梁、高层房屋和钢网架结构等工程领域，成为钢结构连接的重要手段之一。

按照施工工艺，高强螺栓可分为扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓。

大六角头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头高强螺栓的改进型。

大六角头高强螺栓按性能等级分为8.8S和10.9S，扭剪型高强螺栓只有10.9S一个等级。

扭剪型和大六角头高强螺栓螺栓由于工艺不同，进行抗滑移系数试验的方法也有所不同。

本文简单介绍和对比两种高强螺栓抗滑移系数试验的方法，以期比较哪种高强螺栓更适用于钢结构的工程施工中。

1 试验制备与试验方法
1.1 试验制备抗滑移系数试验应采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件(见图1)。

试验所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。

本次试验取表面采用喷丸处理的的拉力构件共6套(材质为Q235B钢)，同批M24、10.9S大六角头高强螺栓连接副20套，同批M24，10.9S扭剪型高强螺栓连接副20套。

1.2 试验方法先将冲钉打入试件孔定位，然后逐个换成装有压力传感器的高强度螺栓，或换成同批经预拉力复验的扭剪型高强度螺栓。

高强度螺栓应分初拧、终拧。

初拧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:
1.2.1 大六角头高强螺栓对装有压力传感器高强度螺栓，采用电阻应变仪实测控制试件试件中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。

1.2.2 扭剪型高强螺栓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。

试样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，试件的轴线应于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，再平稳加载，加荷速度为3,5kN/s。

直拉至滑动破坏(试验机发生回针现象或试件侧面发生错动或X-Y记录仪变形曲线发生突变或试件发生“嘣”的响声)，测得滑移荷载Nv。

2 试验结果
抗滑移系数就是使连接件摩擦面产生滑动时的外力与垂直于摩擦面的高强螺栓预拉力之和的比值。

在构件摩擦面处理工艺相同的情况下，构件间的预紧力是由对螺栓施加的预拉力来实现的，应根据试验所测得的滑移荷载Nv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。

μ=? (1)
式中Nv——由试验测得的滑移载荷(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(取三位有效数字)(kN);
m——试件一侧螺栓数量，取m=2[1]。

2.1 大六角头高强螺栓为确保螺栓连接的安全性，在进行抗滑移系数试验前应对大六角头高强螺栓进行扭矩系数的复验[2]，应取同批大六角头高强螺栓连接副8套进行扭矩系数复验。

计算公式如下:
K=? (2)
式中 T——施拧扭矩(N?m);
d——高强螺栓的公称直径(mm); P——螺栓预拉力(kN)。

本次试验的M24大六角高强螺栓扭矩系数为0.122，标准偏差为0.0043，符合扭矩系数平均值为0.110,0.150，标准偏差应小于或等于0.0100的要求[3]。

根据JGJ 82-2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》的规定，大六角头高强螺栓的预拉力设计值应符合表1的要求。

在本次试验中，采用的是M24，10.9S的大六角头高强螺栓，预拉力值范围
0.95P,1.05P(214,236kN)，通过压力传感器可以将扭矩扳手施加的预拉力值读出，其试验结果见表2。

2.2 扭剪型高强螺栓扭剪型高强螺栓在进行抗滑移试验时，不需要测试预拉力，只需在同批中随机抽取8套连接副测试紧固轴力，若符合表2规定的要求则使用该批螺栓进行抗滑移系数试验。

通过测试8个批次的扭剪型高强螺栓的紧固轴力分别为261、258、247、258、265、249、257、252kN，标准偏差为6.10 ，符合表3的要求。

将同批螺栓替换冲钉装入拉力构件中，置于拉力试验机上进行试验，其试验结果见表4。

测得三个试件抗滑移系数的最小值必须等于或大于设计规定值。

当不符合设计规定值时，构件摩擦面应重新处理。

处理后的构件摩擦面抗滑移系数应重新检验。

3 结果分析
本次试验采用的螺栓规格均为M24，扭剪型螺栓的预拉力(紧固轴力)大于大六角头高强螺栓，而在一定范围内增加高强度螺栓的预拉力值，滑移载荷也相应增加。

两者均呈线性增长。

根据公式(1)可以看出，提高预拉力值，抗滑移系数降低;提高滑移载荷，抗滑移系数增加。

一般来说，在标准规定范围内提高预拉力值可以获得更大的滑移载荷值，从而可以获得更高的抗滑移系数[5]。

根据表2和表4两组数据比较，可以看出在同种条件下，两者之间计算得出抗滑移系数区别并不明显。

这是因为抗
滑移系数试验采用的是摩擦型连接形式，通过构件的结合面产生的摩擦力来传递工作载荷，以结合面出现相对滑动作为其承载力的极限状态，这意味着螺栓本身不承受剪力，一旦摩擦面被外力克服产生相对滑动，则视为该连接达到破坏状态，试验结束[6]。

这也说明在抗滑移系数差不多的情况下，由于扭剪型高强螺栓的预拉力值大于大六角头高强螺栓，可以获得了更大的抗滑移载荷，从而提高连接的可靠性，防松动能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密型和刚性。

大六角高强螺栓的预拉力是靠特制的扭矩扳手施加扭矩来实现控制的。

本次试验的M24大六角头高强螺栓的扭矩系数为0.122，预拉力为223,228kN，通过公式(2)可以计算施拧扭矩为653,668kN。

由于其值过大，在进行试验需通过加长力臂来完成施拧。

随着螺栓规格变大，施拧扭矩会进一步加大，甚至达到1500kN以上，从而会造成施拧困难，甚至导致在终拧中很难达到规定要求的预拉力设计值。

而在实际的施工中，往往没有配备相适应的扭矩扳手，甚至用普通扳手进行施工紧固[7]，使得这一情况更显突出，从而导致预拉力值过低，出现很小的外力载荷就导致结合面滑动，甚至失去了连接能力。

而扭剪型高强螺栓在抗滑移试验和实际施工中则不需要检查扭矩，在紧固轴力复验合格的前提下，采用电动扳手进行施拧，只需观察尾部梅花头是否拧掉就可以确保预拉力符合相关要求。

相比较来说，扭剪型高强螺栓更适合于工程施工中，特别是高空施工不便于施拧和检查的情况下。

在GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》中扭剪型高强螺栓的规格为M16,M24，而在GB/T 3632-2008
《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》中新增了M27和M30两种规格，覆盖了整个高强度螺栓规格范围，这也解决了因为缺少大规格的扭剪型高强螺栓，而在一些工程施工中不得不采用大六角头高强螺栓进行施工的问题。

4结论
4.1 扭剪型高强螺栓的预拉力(紧固轴力)要大于大六角头高强螺栓，使得在同种条件下进行抗滑移系数试验时，可以获得更大的滑移载荷，从而提高了钢结构中连接构件的安全性。

从设计角度来看，采用扭剪型高强螺栓可以降低工程成本、提高效益。

4.2 在抗滑移系数试验中，由于扭剪型高强螺栓采用电动扳手，同时不需要通过传感器对预拉力值进行控制，因此在施工性能上要优于大六角头高强螺栓。

参考文献:
[1]GB 50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S].
[2]夏祁寒.钢结构用高强度螺栓扭矩系数的测试方法[J].甘肃科技，
2008(19):111-112.
[3]GB/T 1231-2006钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件[S].
[4]JGJ 82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程[S]
[5]李超华，闫月梅，苏献祥.钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨[J].钢结构，2008(12):16-18.
[6]陈绍蕃，顾强.钢结构[M].北京:中国建筑工业出版社，2003.
[7]黄佩兵，肖士燕，万月英.浅析设计与施工中的高强螺栓连接[J].钢结构，2012(4):43-45.
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