高强度螺栓

定义

    关于高强度螺栓的几个概念1.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#钢或其它材料，制成后进行热处理，提高了强度。

    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，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，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。

    更具体的来说：

    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。

分类

    摩擦型高强度螺栓：适用于钢框架结构梁、柱连接，实腹梁连接，工业厂房的重型吊车梁连接，制动系统和承受动荷载的重要结构的连接。

    承压型高强度螺栓：可用于允许产生少量滑动的静载结构或间接承受动荷载的构件中的抗剪连接。

    抗拉型高强度螺栓：螺栓受拉时，疲劳强度较低，在动载作用下，其承载能力不易0.6P(P为螺栓的允许轴力)，因此，仅适用于静载作用下使用，如受压杆件的法蓝对接、T型接头等。

品质

    当今大飞机、大型发电设备、汽车、高速火车、大型船舶、大型成套设备等为代表的制造已将进入重要的发展方向。由此，紧固件将进入重要的发展阶段。高强度螺栓用于重要机械的连接，反复的拆装或各式的安装扭矩法对高强度螺栓要求极高。因此，对其表面状况及螺纹精度的好坏，将直接影响主机的使用寿命及安全。为了改善摩擦系数，避免在使用过程中出现锈蚀、咬死或卡住，技术要求规定其表面应进行镍磷镀处理。镀层厚度保证在0.02～0.03mm范围内，镀层均匀，致密、无针孔等。

    螺栓材料为：18Cr2Ni4W、25Cr2MoV钢；螺栓规格：M27～M48。由于该类钢容易在表面形成一层钝化膜，而此钝化膜将使螺栓不能获得附着力良好的化学镍磷层，所以必须采取特殊的前处理措施将膜先行除去，并且应采取措施阻止其再生成，才能保证镀后的镀层与基体之间具有良好的结合力。同时由于该螺栓几何尺寸大，都给镍磷镀处理及过程的检测增加了难度。

施工工艺

    技术要求

    1　主题内容与适用范围

    本技术要求规定了移动机械设备的钢结构高强度螺栓副连接件在制造、安装和检验过程中的技术要求。本技术要求未规定的内容，按有关国家标准执行。

    本技术要求适用于需要应用高强度螺栓连接的移动机械钢结构。本技术要求应用于制造厂内和现场安装的质量控制和施工方法。

    2 结合面处理

    2.1 摩擦型高强度螺栓连接，要求接头处的结合面密贴，并具有足够的摩擦系数。当设计图样对该结合面的处理要求未作规定时，按以下规定进行处理：对高强度螺栓结合面进行喷砂或抛丸处理，清除表面上铁锈、油污等杂质，达到Sa2.5级标准，粗糙度50～75um，其摩擦系数不得低于0.40。图纸有规定时，按图纸规定执行。

    2.2经处理后的高强度螺栓连接处摩擦面，应采取保护措施，防止沾染脏物和油污。严禁在高强度螺栓连接处摩擦面上作任何标记。在厂内存放，或在运输，到安装现场保管中要特别防止连接表面的污染。安装单位要特别注意保护好高强度螺栓的连接板和母体的连接表面的清洁度摩擦表面的特性。不允许随意使用砂轮机打磨连接板连接面和母体连接表面。

    3 高强度螺栓摩擦面的抗滑移系数检验

    抗滑移系数检验应以钢结构制造批为单位，以单项工程每2000t为一制造批，不足2000t者视作一批，单项工程的构件摩擦面选用两种及两种以上表面处理工艺时，则每种表面处理工艺均需检验。每批三组试件。若连接处为扩散到外部企业时，相应的每个企业都应做抗滑移系数检验。

    3.1抗滑移系数试验用的试件应由厂内或扩散企业加工，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。抗滑移系数试验按GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》试验方法进行。

    3.2抗滑移系数检验的小值必须等于或大于设计规定值。当不符合上述规定值时，构件摩擦面应重新处理。处理后的构件摩擦面重新检验。

    4钢结构用摩擦型高强度螺栓的连接安装

    4.1安装前的准备工作

    4.2选用检验合格的螺栓、螺母和垫圈。其连接副扭矩系数保证期为自出厂之日起六个月。

    4.3螺栓、螺母、垫圈有下列情况为不合格品，禁止使用。

    a. 来源(制造厂)不明者;

    b. 机械性能不明者;

    c. 扭矩系数k不明者;

    d. 有裂纹、伤痕 、毛刺、弯曲、铁锈、螺纹磨损、油污、被水淋湿过或有缺陷者;

    e. 未附带性能试验报告者;

    f. 与其它批号螺栓混合者;

    g. 长度不够的螺栓，即拧紧后螺栓头露不出螺母端面者。一般取伸出螺母端面的长度以2～3扣螺纹为宜。

    h. 连接副扭矩系数保证期的。

    在运输和保管中要特别注意防水。

    4.4大六角头高强度螺栓施工前，应按出厂批复验高强度螺栓连接副的扭矩系数，每批复验8套，8套扭矩系数的平均值应在0.110～0.150范围之内，其标准偏差应小于或等于0.010。其扭矩系数复检方法按GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》规定进行。试验后应在较短的时间内进行高强度螺栓的安装。

    工艺标准

    1 材料及主要机具：　　1.1 螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定。　　1.2 高强螺栓入库应按规格分类存放，并防雨、防潮。遇有螺栓、螺母不配套，螺纹损伤时，不得使用。螺栓、螺母、垫圈有锈蚀，应抽样检查紧固轴力，满足要求后方可使用。　　螺栓等不得被泥土、油污粘染，保持洁净、干燥状态。必须按批号，同批内配套使用，不得混放、混用。　　1.3 主要机具：电动扭矩扳手及控制仪、手动扭矩扳手、手工扳手、钢丝刷、工具袋等。　　2 作业条件：　　2.1 摩擦面处理：摩擦面采用喷砂、砂轮打磨等方法进行处理，摩擦系数应符合设计要求（一要求Q235 钢为0.45 以上，16 锰钢为0.55 以上）。摩擦面木允许有残留氧化铁皮，处理后的摩擦面可生成赤锈面后安装螺栓（一般露天存10d 左右），用喷砂处理的摩擦面不必生锈即可安装螺栓。采用砂轮打磨时，打磨范围不小于螺栓直径的4 倍，打磨方向与受力方向垂直，打磨后的摩擦面应无明显不平。摩擦面防止被油或油漆等污染，如污染应彻底清理干净。　　2.2 检查螺栓孔的孔径尺寸，孔边有毛刺必须清除掉。　　2.3 同一批号、规格的螺栓、螺母、垫圈，应配套装箱待用。　　2.4 电动扳手及手动扳手应经过标定。

    注意事项

    质量方面注意事项

    （1）、表面浮锈、油污、螺栓孔壁有毛刺、焊瘤等均应清理干净。

    （2）、接触摩擦面处理后要达到规定的抗划移系数要求。使用的高强度螺栓应有配套的螺母、垫圈，使用时按配套使用，不得互换。

    （3）、处理好的构件摩擦面安装时不允许沾油污、泥土等杂物。

    （4）、安装时组件摩擦面应保持干燥，不应在雨中作业。

    （5）、在安装前严格检查并校正连接的钢板的变形。

    （6）、安装时禁止锤击打入螺栓以防止螺栓丝扣受损。

    （7）、使用时定期检测的电动扳手，保证扭矩的准确度，并按正确的扭紧顺序操作。

    主要安全技术措施

    （1）、使用活动扳手的扳口尺寸应于螺母的尺寸相符，不应使用小扳手上加套管。高空中作业应使用死扳手，如用活扳手时用用绳子拴牢，人要系好安全带。

    （2）、组装钢构件连接螺栓时，严禁用手插连接面或探摸螺孔，取放垫铁板时，手指应放在垫铁板的两侧。