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高强度螺栓基础知识及紧固方法.pdf

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高强度螺栓基础知识及紧固方法 高强度螺栓，英文直译为：高强度摩擦预紧螺栓，英文简称： HSFG。可见，我们中文施工中所说的高强度螺栓是高强度摩擦预紧螺 栓的简称。在日常沟通中，仅仅是简略了“摩擦”“预紧”两个词， 却造成了许多工程技术人员对高强度螺栓基本定义的理解，产生了误 区。 误区一：材料等级超过8.8级的螺栓，就是“高强度螺栓”？ 高强度螺栓和普通螺栓的核心区别并不在于使用材料的强度， 而是受力的形式。本质是是否施加预紧力，并利用静摩擦力抗剪。 实际上在英标规范，美标规范中提到的高强度螺栓（HSFGBOLT） 只有8.8级和10.9级两种（BSEN14399/ASTM-A325&ASTM-490）， 而普通螺栓却有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS369211 款表2）；由此可见，材料强度高低并不是区别高强度螺栓与普通螺 栓的关键。 误区二：高强度螺栓的承载能力高于普通螺栓，是为“高强”？ 由单个螺栓的计算可知，高强度螺栓抗拉和抗剪的设计强度均 低于普通螺栓。其高强实质是：正常工作时，节点不允许发生任何相 对滑移，即：弹塑性变形小，节点刚度大。 可见：在给定设计节点荷载的情况下，用高强度螺栓设计的节 点并不一定能节省螺栓使用数量，但是其变形小，刚度大，安全储备 高。适合用主梁，等要求节点刚度较大的位置，符合“强节点，弱杆 件”的基本抗震设计原理。 高强度螺栓之强，并非在于其本身的承载能力设计值，而是表 现于其设计节点的刚度大，安全性能高，抗破坏的能力强。 高强度螺栓规格 国内常用的高强度螺栓分为ASTM及JIS规格。通常用的 ASTM高强度螺栓有A325及A490两种，具体使用情况如表一所示。 表一ASTM高强度螺栓通用情况 A325螺栓主要成分为TYPE1及TYPE3两种，TYPE1为一 般结构用，如需要时可以热浸镀锌，耐候钢材应配合使用TYPE3螺栓， 采用TYPE3螺栓时设计图上应特别标明，A325螺栓的机械性如表二 所示。 表二ASTM高强度螺栓机械性能 A490螺栓的材料强度比A325高，但是A490螺栓不可热浸 镀锌。A490螺栓分为3种TYPE同样耐候钢材配合使用TYPE3型 螺栓。A325及A490螺栓标准直径以英尺为单位，以1/8英尺为单 位增量，且皆介于1英尺至1.5英尺之间，以1英尺左右的直径 较常用。 有些特殊的情况，所需螺栓直径超过1.5，此时可采用A490 螺栓。A490螺栓使用情况如表一所示，材料强度如表二所示。ASTM高 强度螺栓的螺头及螺帽皆为六角形头，其中螺帽必须为重型六角形螺 帽。 JIS规格的高强度螺栓分为六角螺栓头的F系列以及为减轻 材料用量及美观需求而发展之圆螺栓头之S系列（见图一），圆螺 栓头在安装后拆卸较困难。 图一JISF10T圆头型扭矩控制高强度螺栓 材料强度不同，F系列又分为F8t、F10t及F11t三种，s系 列则分成s8t及s10t二种，其中F11t材质因品质较不易控制， 仅部分制造商有制造生产资质，其材料强度如表三所示。 表三JIS高强度螺栓材料强度 JIS螺栓直径以mm为单位，一般常用的直径规格在12mm至 24mm之间。有过去的热浸镀锌经验可知，高强度螺栓在热浸镀锌前 处理酸洗过程中会吸收氢氧，因此会产生延迟破坏现象，延迟破坏就 是高强度螺栓紧固一段时间后发生突然断裂现象，这是因为金属结晶 内蓄含的氢氧压力过大的结果。 延迟破坏在F10t以上之高强度螺栓才会发生，F8t以下不会 发生，故摩擦结合所使用的热浸镀锌高强度螺栓只能用F8t以下。 因为中国土木水利工程学会所编著的《热浸镀锌钢桥设计施工 手册》明确标明建筑使用F8t螺栓、F10螺帽、F35的华司组合及 镀锌试验片的疲劳强度约比黑漆母材低12kgf/mm2，因此对热浸镀锌 的高强度螺母F8t应视情况考虑酌增螺栓用量。 螺栓的外观如图二所示，螺栓在螺栓头会标识其种类，如图三 及四所示，以方便使用及施工管理。 图二螺栓外观及尺寸 图三ASTM高强度螺栓之标示 图四JIS高强度螺栓之标示 螺栓需配合螺帽及垫圈使用，螺栓、螺帽加上垫圈组成螺栓组， 表四及表五分别为ASTM及JIS高强度螺栓组的组合。耐候钢材应 该配合耐候型螺栓、螺帽及垫圈使用。 表四ASTM高强度螺栓组 注：螺帽除A563-B外，其余皆为重型六角形螺栓。 表五JIS高强度螺栓组 另外垫圈可以避免螺栓或螺帽锁紧过程因旋转而伤及钢板，亦 可分散螺栓顶部压力过于集中，此外，将垫圈在旋转端（螺栓头端或 螺帽端）可以降低旋转面的摩擦力。 03、螺栓轴拉力-轴向变形曲线