高强度螺栓介绍及其使用

高强度螺栓介绍及其使用
（陈凯江苏张家港 0945601105 江苏科技大学）
摘要：通常情况下，对于钢结构连接，一般分两种，而对于螺栓连接中的高强度螺栓，大家也有一定的了解。

本文对高强度螺栓进行了简单的介绍，并对其应用前景进行了展望。

关键词：高强度螺栓钢结构连接用途
所谓高强度螺栓，粗略的说：用高强度钢制造的,或者需要施以较大预紧力的螺栓,皆可称为高强度螺栓。

高强度螺栓多用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的连接.这种螺栓的断裂多为脆性断裂。

应用于超高压设备上的高强度螺栓,为了保证容器的密封,需要施以较大的预应力。

按规定螺栓的性能等级在8.8级以上者,称为高强度螺栓。

现国家标准只罗列到M39,对于大尺寸规格,特别是长度大于10%~15%倍的高强度螺栓,国内生产尚属短线。

高强螺栓与普通螺栓区别：高强度螺栓就是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35#钢或其它优质材料，制成后进行热处理，提高了强度。

对于两者的区别是材料强度的不同。

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、35CrMoA等。

普通螺栓常用Q235（相当于过去的A3）钢制造。

从强度等级上看：高强螺栓，使用日益广泛。

常用8.8s和10.9s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级和8.8级。

从受力特点来看：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。

高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别：高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。

在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。

板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。

在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺
栓，只不过是设计是否考虑滑移。

摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏（螺栓剪坏或钢板压坏）。

从使用上看：建筑结构的主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接。

普通螺栓可重复使用，高强螺栓不可重复使用。

高强螺栓一般用于永久连接。

高强螺栓是预应力螺栓,摩擦型用扭矩扳手施加规定预应力,承压型拧掉梅花头。

普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。

普通螺栓只需拧紧即可。

普通螺栓一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级。

高强螺栓一般为8.8级和10.9级，其中10.9级居多。

8.8级与8.8S 是相同等级。

普通螺栓与高强螺栓的受力性能与计算方法均有所区别的。

高强螺栓的受力首先是通过在其内部施加预拉力P，然后在被连接件之间的接触面上产生摩擦阻力来承受外荷载的，而普通螺栓则是直接承受外荷载的。

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，是很有发展前途的连接方法。

高强度螺栓是用特制的扳手上紧螺帽，使螺栓产生巨大而又受控制的预拉力，通过螺帽和垫板，对被连接件也产生了同样大小的预压力。

在预压力作用下，沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力，显然，只要轴力小于此摩擦力，构件便不会滑移，连接就不会受到破坏，这就是高强度螺栓连接的原理。

高强度螺栓连接是靠连接件接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移的，为使接触面有足够的摩擦力，就必须提高构件的夹紧力和增大构件接触面的摩擦系数。

构件间的夹紧力是靠对螺栓施加预拉力来实现的，所以螺栓必须采用高强度钢制造，这也就是称为高强度螺栓连接的原因。

高强度螺栓连接中，摩擦系数的大小对承载力的影响很大。

试验表明，摩擦系数主要受接触面的形式和构件的材质影响。

为了增大接触面的摩擦系数，施工时常采用应喷砂、用钢丝刷清理等方法对连接范围内构件接触面进行处理。

高强度螺栓实际上有摩擦型和承压型两种。

摩擦型高强度螺栓承受剪力的准则是设计荷载引起的剪力不超过摩擦力。

承压型高强度螺栓则是以杆身不被剪坏或板件不被压坏为设计准则。

高强度螺栓连接摩擦面必须符合设计要求，摩擦系数必须达到设计要求。

摩擦面不允许有残留氧化铁皮。

摩擦面的处理与保存时间、保存条件应与摩擦系数试件的保存时间、条件相同。

施工部位摩擦面应防止被油污和油漆等污染，如有污染必须彻底清理干净。

调整扭矩扳手。

根据施工技术要求，认真调整扭矩扳手。

扭矩扳手的扭矩值应在允许偏差范围之内。

施工用的扭矩扳手，其误差应控制在±5%以内。

校正用的扭矩扳手。

其误差应控制在±3%以内。

当施工采用电动扳手时，在调好档位后应用扭矩测量扳手反复校正电动扳手的扭矩力与设计要求是否一致。

扭矩值过高，会使高强度螺栓过拧，造成螺栓超负载运行，随着时间过长，会使大六角头高强度螺栓产生裂纹等隐患。

当扭矩值过低时，会使高强度螺栓达不到预定紧固值，从而造成钢结构连接面摩擦系数下降，承载能力下降。

高强螺栓高强螺栓的材料与普通螺栓不同。

高强螺栓一般用于永久连接。

常用的有M16~M30。

超大规格的高强螺栓性能不稳定，应慎重使用。

建筑结构的主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接。

工厂出厂的高强螺栓并不分承压型还是摩擦型。

究竟是摩擦型高强螺栓与承压型高强螺栓？实际上是设计计算方法上有区别：
（1）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。

（2）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。

高强度螺栓在生产上全称叫高强度螺栓连接副，一般不简称为高强螺栓。

根据安装特点分为：大六角头螺栓和扭剪型螺栓。

其中扭剪型只在10.9级中使用。

根据高强度螺栓的性能等级分为：8.8级和10.9级。

其中8.8级仅有大六角型高强度螺栓，在标示方法上，小数点前数字表示热处理后的抗拉强度；小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。

8.8级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa，屈强比为0.8；
10.9级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为0.9。

结构设计中高强度螺栓直径一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30，不过M22/M27为第二选择系列，正常情况下选用M16/M20 /M24/M30为主。

高强度螺栓在抗剪设计上根据设计要求分为：高强度度螺栓承压型和高强度螺栓摩擦型。

摩擦型的承载能力取决于传力摩擦面的抗滑移系数和摩擦面数量，喷砂（丸）后生赤锈的摩擦系数最高，但从实际操作来看受施工水平影响很大，很多监理单位都提出能否降低标准来确保工程质量。

承压型的承载能力取决于螺栓抗剪能力和栓杆承压能力能力的最小值。

在只有一个连接面的情况下，M16摩擦型抗剪承载力为21.6~45.0kN，而M16承压型抗剪承载力为39.2~48.6 kN，性能要优于摩擦型。

在安装上，承压型工艺要简单一些，连接面仅需清除油污及浮锈。