高强度螺栓的基本介绍与计算

高强螺栓长度的计算：
五、其它相关知识

普通螺栓 1. 普通螺栓分A、B、C三种。前两种是精制螺栓， 较少用。一般说的普通螺栓，均指C级普通螺栓。 2. 在一些临时连接及需拆卸的连接中，常用到C 级普通螺栓。建筑结构常用的普通螺栓有M16、 M20、M24。某些机械工业粗制螺栓直径可能比较 大，用途特殊。
基本介绍与计算
整理人：龚英明 2016.6
目
高强度螺栓的分类
高强度螺栓的组成
录
高强度螺栓的计算
高强度螺栓的构造要求 其它相关知识
一、高强度螺栓的分类：
1、分类 (1).按性能等级可分为：8.8、9.8、 10.9、 12.9共4个性能等级 （普通螺栓有4.6、4.8、 5.6、8.8性能等级）。 (2).按现场安装特点来分：扭剪型（GB3632) 和大六角头（GB1228)（普通六角螺栓GB5782) （扭剪型的只有10.9级）。
在轴心力和剪力作用下的螺栓群受剪，（a）并列，（b）错列
当轴心力和剪力同时作用时，则一个螺栓所分担的全剪力为NS， 设计时要求：
3）螺栓群在扭矩T、剪力V和轴心力N共同作用下的剪力计算：
如图，计算时假定被连接的构件是刚性的，在扭矩T的作用下，各 螺栓绕螺栓群形心C旋转，各螺栓受力的大小与其至螺栓群形心的 距离成正比，力的方向与其和螺栓群形心的连线相垂直。由扭矩引 起的受力最大的1号螺栓在x、y轴方向的分剪力分别为：
四、构造要求

每个杆件在节点上或拼接连接的一侧，高强 度螺栓数目不宜小于2个，对组合构件的斜撑， 其端部连接可采用一个螺栓。 抗震设计结 构，每一杆件在节点上或拼接连接的一侧， 高强度螺栓数目不应少于3个。 高强螺栓应采用钻成孔，螺栓与孔径匹配及 孔径允许偏差参考下表：

高强度螺栓连接的孔径匹配与允许偏差：（mm）
m为螺栓排到的纵列数，本图中m=2
弯矩作用下高强度螺栓抗拉计算
5、高强度螺栓的扭力值：
1）高强度大六角螺栓终拧扭矩值按下式计算：
Tc—终拧扭矩值（N·m）； 1.05为衰减系数，预紧张力时适当的存在一定的过张力； K—扭矩系数，由制造商提供或经过试验的方法获得， 实验方法参考GB/T 1231 Pc—施工预拉力值（KN）,见下表； d—螺栓公称直径（mm）。 4.4；
构件的钢号 Q235 Q345 Q390 Q420 0.45 0.5 0.5 0.45 0.5 0.5
0.3
0.35
0.4
— — —
0.4 0.45 — 0.3 0.35 — 0.25 — —
注： 1. 除锈方向应与受力方向垂直，砂轮打磨时，打磨范围不得小于螺栓孔4倍； 2.当连接构件采用不同钢号时，μ值应按相应的较低值取用； 3.采用其它方法处理时，其处理工艺及抗滑移系数值均应经试验确定。
二、螺栓的组成：
大六角高强螺栓由一个大六角头螺栓、一个螺母、 两个垫圈组成。 扭剪型高强螺栓有一个螺杆、一个螺母、一个垫 圈组成。
大六角头高强螺栓
扭剪型高强螺栓
高强螺栓的材质：（GB 1231）
注意：本公司使用的螺栓有日本和美国的，详细信息请参考本公司 《新进工程人员增培训资料：第五章 螺栓基础知识》
摩擦型承压型高强螺栓均适用
2、摩擦型高强螺栓计算：

摩擦型连接中（承受垂直于螺栓杆轴方向的内力）， 一个高强螺栓受剪承载力应按下式计算：
连接处构件接触面的处理方法 普通 钢结构 冷弯 薄壁型 钢结构 喷砂（丸） 喷砂（丸）后生赤锈 钢丝刷清除浮锈或未经处理的 干净轧制表面 喷砂（丸） 热轧钢材轧制表面清除浮锈 冷轧钢材轧制表面清除浮锈
涂层类型 无机富锌漆 有机富锌漆（环氧富锌漆）
钢材表面处理要求
涂层厚度(μm) 60～80 60～80
抗滑移系数 0.4 0.35
锌加底漆（ZINGA）
防滑防锈硅酸锌漆 聚氨酯富锌底漆或醇酸铁红底漆
涂层厚度以及抗滑移系数均应经试验确定；
80～120
80～120 Sa2 60～80
0.5
0.45 0.15
同时承受剪力和螺栓杆轴方向的外拉力时，其承
载力应按下式计算：
3、承压型高强螺栓计算：
抗拉承载力设计值：
同时 承受剪力与拉力的螺栓承载力设计值：
注：式中的1.2为折减系数。
4.高强螺栓群的连接计算：《钢结构设计深化及详图表达》
1）螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算： 如图，当外力N 通过螺栓群形心时，假定各螺栓平均分担承 受的剪力，则所需螺栓数n为：
2、标识 螺栓头部顶面用凸字或凹字标志，或在头部侧 面用凹字标志。包括性能等级、厂标。 强度等级标记代号由“•”隔开的两部分数字 组成。标记代号中“•”前数字部分的含义表示螺 栓热处理后的最低抗拉强度的1/100，如8.8级的 “8”表示公称抗拉强度800N/mm2 的1/100。标记 代号中“•”和点后数字部分的含义表示屈强比为 0.8，即屈服强度与抗拉强度之比，如8.8级产品 的屈服強度为640 N/mm2。
公称直径 直径 标准 允许 圓孔 偏差 圓度 直径 孔 大圓孔 型 允许偏差 圓度 短向 长度 长向 槽孔 允许 偏差 短向 长向 M12 M16 13.5 17.5 +0.43 +0.43 0 0 1.0 16 20 +0.43 +0.43 0 0 1.0 13.5 17.5 22 30 +0.43 +0.43 0 0 +0.84 +0.84 0 0 M20 M22 M24 22 24 26 +0.52 +0.52 +0.52 0 0 0 1.5 24 28 30 +0.52 +0.52 +0.52 0 0 0 1.5 22 24 26 37 40 45 +0.52 +0.52 +0.52 0 0 0 +1.00 +1.00 +1.00 0 0 0 M27 M30 30 33 +0.84 +0.84 0 0 35 38 +0.84 +0.84 0 0 30 33 50 55 +0.84 +0.84 0 0 +1.00 +1.00 0 0
（机械设计手册 第1卷 第3篇 第1章 钢材-型钢）
注意：本公司常用螺栓的适用场合详细信息请参考本公司 《新进工程人员增培训资料：第五章 螺栓基础知识》
4、各类型下极限状态原则： 摩擦型高强螺栓：在荷载设计值下，连接件之 间产生相对滑移，作为其承载能力的极限状态。 承压型连接高强螺栓：在荷载设计值下，螺栓 或连接件达到最大承载能力，作为其承载能力 极限状态；在荷载标准值下，连接件产生相对 滑移，作为其正常的使用极限状态。
高强螺栓连接处施工扳手的可操作 Nhomakorabea间。最小尺寸（mm）
扳手类型 手动定矩扳手 扭剪型电动扳手 大六角电动扳手
a 45 65
60
b 140+c 530+c
500+c
（扳手的类型参考《钢结构制作安装手册》第四篇第四章 p485）
高强螺栓的孔距及边距应符合下表要求。
注：1.d0为高强度螺栓连接板的孔径，对槽孔为短向尺寸； t为外层较薄板件的厚度； 2.钢板边缘与同时发生构件（如角钢、槽钢）相连的高强度螺栓的 最大间距，可按中间排的数值采用。
M20 245
M22 303
M24 353
M27 459
M30 561
Ae
84.3
计算结果按5kN的倍数取整得螺栓设计预拉力P(kN) ：
（GB50017 P77）
螺栓的性能 等 级 8.8级 10.9级 M12 45 55 M14 60 75 M16 80 100 螺栓规格 M20 M22 125 150 155 190 M24 175 225 M27 230 290 M30 280 355
10.9s大六角头高强螺栓
10.9s扭剪型高强螺栓
3、使用范围：
高强度螺栓适用于大跨度房屋，工业厂房钢结构， 桥梁结构，高层房屋钢结构，重型起重机械及其他重 要结构 摩擦型高强螺栓：重要结构和承受动力载荷的结构 承压型高强螺栓：不得适用于以下各种构件的连接 直接承受动力荷载的构件连接 承受反复荷载的构件连接 冷弯薄壁型钢连接
高强度大六角头螺栓连接副初拧扭矩值To可按0.5Tc取值。
高强度大六角头螺栓施工预拉力（kN）：
2）扭剪型高强度螺栓初拧扭矩值To可按下式计算：
To—初拧扭矩值（N·m）；
Pc—施工预拉力标准值（KN）； d—螺栓公称直径（mm）；
扭剪型高强度螺栓初拧扭矩值也可按下表直接使用：
高强度螺终拧用专用扳手进行，直至拧掉螺栓尾部的梅花头。 对于个别不能用专用扳手进行终拧的扭剪型高强度螺栓，按 大六角头高强度螺栓公式计算，扭矩系数取0.13。
(3).按受力类型来分：
摩擦型高强螺栓--连接件间的剪力完全靠摩擦力传 递。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。
承压型高强螺栓--连接件间允许相互滑动。传力开 始时在标准荷载作用下连接件间无滑动，剪力由摩擦力 和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接件间有较 大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦 只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，其特点与普通螺 栓相同。 注意：工厂出厂的高强螺栓并不分承压型还是摩擦型。 只是在钢构连接设计上区别。
三、螺栓的计算
注： 1>在扭紧螺栓时扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的承拉能力， 故对材料的屈服强度除以系统1.2； 2>施工时为补偿预拉力的松弛要对螺栓超张拉5%~10%， 故乘以系数0.9； 3>材料抗力变异系统取0.9，由于心抗拉强度为准，再引进 一个附加安全系数0.9。
螺栓规格 M12
M16 157
x1、y1：所验算螺栓（受力最大的1号螺栓）至螺栓群形心C的水平和竖 直距离； xi、yi：第i个螺栓至螺栓群形心C的湮没水平和竖直距离。