浅析常用钢结构高强度螺栓选型与复验

浅析常用钢结构高强度螺栓选型与复验

摘要：从理论角度对钢结构高强度螺栓进行分类；从试验测量得出的数据，介绍影响高强度螺栓紧固轴力和扭矩系数检测结果的因素及对策。

关键词：钢结构；紧固件；扭剪型高强度螺栓；大六角型高强度螺栓；紧固轴力；扭矩系数；达克罗高强度螺栓；螺栓复验检测abstract: from theoretical point of view on the strength bolted classification; derived from the experimental measurement data on the factors and countermeasures for high strength bolts fastening axial force and torque coefficient test results.

keywords: steel; fasteners; torsional shear type high strength bolts; hexagonal high strength bolts; fastening axial force; torque coefficient; dacromet high strength bolts; bolt reinspection detection

1 概述

由于钢结构具有强度高、结构轻巧、施工周期短和精度高等特点，频繁应用于各种建筑工程中，如高层及超高层建筑、石油化工装置、体育和文化展示场馆等。而且在现场安装时采用更方便和灵活的高强度螺栓连接，从而大大的提高了生产效率。但与此同时，钢结构工程的螺栓选型和检测亦受到了广泛的关注。在钢结构工程中，紧

固件连接是钢结构连接的主要形式，特别是高强度螺栓的连接，更是钢结构最重要的连接形式之一。

2 高强度螺栓连接型式分类

高强度螺栓连接按连接型式分为摩擦连接、张力连接和承压连接三种。在工业与民用建筑、桥梁等结构中，通常在摩擦连接和承压连接中进行选则。

摩擦连接和承压连接均属抗剪连接。螺栓摩擦型连接是通过板件间的抗滑移力来传递剪力的，以板件之间出现滑动作为其承载能力的极限状态，这种连接即称为抗滑型连接或摩擦连接。采用摩擦型高强度螺栓连接所受的力靠钢板表面的摩擦力传递。

3 高强度螺栓分类

在抗剪设计时，摩擦型连接高强螺栓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。这类螺栓就是我们通常所说的“结构用扭剪型高强度螺栓连接副”。

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。这类螺栓就是我们通常所说的“钢结构用高强度大六角头螺栓”。

在现代的钢结构设计中，设计者根据结构的载荷情况以及结构的形变特征，在结构的设计过程中往往已经选定了高强度螺栓连接副的类型，比如说“结构用扭剪型高强度螺栓连接副”或“钢结构用高强度大六角头螺栓”。一般说来，由于允许接头滑移，承压型连接一般应用于承受静力荷载和间接承受力荷载的结构中，特别是允许变形的结构构件；重要的结构或承受动力荷载的结构应采用摩擦型连接，但用来耗能的连接接头可采用承压型连接。

4 高强度螺栓施用前的复验

根据“钢结构工程施工质量验收规范”的要求，高强度螺栓在使用前需要进行复验。扭剪型高强度螺栓连接副需要进行预拉力(紧固轴力)测试，而高强度大六角头螺栓需要进行扭矩系数复验。除此之外，使用扭剪型高强度螺栓连接的钢结构还需要进行螺栓连接摩擦面的抗滑移系数检验。

对于高强度螺栓复验时的检测方法，读者可以查阅“钢结构工程施工质量验收规范”的附录b。笔者经常碰到同一批次的送检螺栓，在不同的检测机构得出完全不同的检测结果。有幸对检测过程进行调查和分析，发现检测仪器的型号、检测员的操作技能、检测的环境和温度、螺栓的外观、包装质量等，都会给检测结果带来很大的影响。

4.1 螺栓取样和送检

在取样过程中，个别的施工单位和监理单位对螺栓的取样送检要求并不了解，从而影响检测结果。最大的误区是在螺栓取样时，将出厂分开包装的螺栓副（螺栓、螺母、垫片）组合成一套完整的螺栓（螺栓、螺母、垫片配合在一起）之后送检到实验室。实验室在进行螺栓检测时，需要将组合好的螺栓再次分开，然后装到试验设备仪器后在此将螺栓、螺母、垫片重新组装。但殊不知在此拆装组合过程中，会损坏螺栓上螺纹的加工工艺（如螺纹的表面粗糙度、螺纹的润滑质量），从而严重影响螺纹的扭矩系数。

所以笔者建议在螺栓取样和送检以及检测准备过程中，要保持螺栓、螺母以及垫片的出厂状态。另外高强度螺栓在使用过程中要轻拿轻放，防止螺栓螺纹的损伤。

4.2 实验室的环境

高强度螺栓在出厂前，厂家会对螺栓进行抽样检测。为了保证检测的公证型，螺栓生产厂家一般选择20℃±2℃的检测环境温度。尽管gb/t3632要求试样在室温（10℃~35℃）下进行（而gb/t 1231没有对试验温度提出要求），但笔者的建议对螺栓的复验温度宜在20℃±2℃的环境下进行，不管试验失败或成功，其结果更具有代表性。而这一温度也是螺栓连接副紧固轴力的仲裁试验温度要求。

4.3 实验室的空气质量

笔者遇到的试验室各不相同，有些实验室的空气质量非常好，空

气无灰尘。但有的实验室和机加工车间在一起，空气中悬浮着很多的颗粒灰尘。由于空气中飞满灰尘，在试验准备过程中，螺栓表面的螺纹上、螺母内部的螺纹上不可避免的会沾染上灰尘，沾染在螺纹表面的灰尘对螺纹牙侧的表面粗糙度会产生影响，从而对实验结果会产生很大的影响。

在螺栓取样、送检过程中，要尽量保证螺栓副的干净整洁，避免受到杂质的污染。

4.4 仪器设备、人为因素

检测仪器如轴力计等在实验前应进行标定，相对误差的绝对值不得大于测试轴力值的2%，刻度最小值应在1kn以下。模具和测试台的刚度性能要高，如果螺栓不能在模具和测试台上稳定的固定，试验很难进行。人为因素是指仪器调零和试验所用的机具、仪表以及被检测的螺栓连接副应在试验环境下放置至少2小时以上，这样试验温度才能均衡。

4.5 垫圈的影响

实验员对同一批次、同一规格螺栓的几组试样表明，垫圈的有无以及厚薄对检测结果产生很大的差异。所以垫圈的薄厚也要按照规范在实验前进行检测，这一点往往是工程检测的盲区。

规格为m24x80-10.9s的扭剪型高强度螺栓连接副紧固轴力检测试验1：装有后垫圈的螺栓试验数据