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高强度螺栓与普通螺栓误区

更新时间:2020-08-25 点击数:2123

一、什么是高强度螺栓




高强度螺栓(High-Strength Friction Grip Bolt),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(Friction)”“预紧(Grip)”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(HSFG BOLT)只有8.8级和10.9级两种(BS EN 14399 / 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(BS 3692 11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。




二、正确理解“高强”,强在何处


按照GB50017,计算单个普通螺栓(B类)8.8级和高强度螺栓8.8级抗拉及抗剪强度。


通过计算我们可以看到,相同等级的情况下,普通螺栓的抗拉强度和抗剪强度的设计值都要高于高强度螺栓。


那么高强度螺栓,“强”在哪里?


为回答这一个问题,必须从两种螺栓的设计工作状态入手,研究其弹塑性变形的规律,并理解到设计破坏时的极限状态。


普通螺栓和高强螺栓工作状态下应力应变曲线





设计破坏时的极限状态


普通螺栓:螺杆本身发生超过设计允许的塑性变形,螺杆被剪坏。


普通螺栓连接,开始承受剪力前连接板间就会发生相对滑移,继而螺栓杆和连接板接触,发生弹塑性形变,承受剪力。


高强螺栓:有效摩擦面间的静摩擦力被攻克,两块钢板发生相对位移,设计考量上即为破坏。


高强螺栓连接,摩擦力首先承受剪力,当荷载增大到摩擦力不足以抵抗剪力,静摩擦力被攻克,连接板发生相对滑移(极限状态)。但此时虽然破坏,但螺栓杆与连接板发生接触,依然可以利用其本身的弹塑性形变,承受剪力。


误区二:


高强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。


三、高强度螺栓与普通螺栓的对比




普通螺栓和高强螺栓由于其设计的受力原理不同,其在施工检验方法上有极大的区别。


同等级普通螺栓各项机械性能要求均比高强螺栓略高,但高强螺栓较普通螺栓多一项冲击功的验收要求。



普通螺栓和高强度螺栓的标示是对同等级螺栓现场识别的基本方法。由于英美标准中对于高强度螺栓扭矩值计算的取值并不相同,所以识别两种标准的螺栓也有必要。


高强螺栓:(M24,L60,8.8级)




普通螺栓:(M24,L60,8.8级)


可见普通螺栓大约为高强度螺栓价格的70%,结合其验收要求的对比,可以得出,其溢价部分就应该是为了保证材料的冲击功(韧性)性能


四、总结


对于一个看似简单的问题,想要从本质上深入,全面,正确的理解,也并不是一件简单的事情。高强度螺栓和普通螺栓的定义、含义、深意的区别,是我们正确理解,运用高强度螺栓,并进行施工管理的基础前提。




观 点


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