正确理解高强度螺栓与普通螺栓

          高强螺栓是我们钢结构施工中最普遍常见的施工内容,所有钢结构工程师都会觉得熟悉的不能再熟悉。然而事实可能并非如此,我们从最基本的概念的入手,带你重新认识高强螺栓,可能会颠覆你最基本的认识。

    01.什么是高强螺栓

          高强螺栓(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螺栓基本定义的理解,产生了误区。

    颠覆一:
    误区:材料等级超过8.8级的螺栓,就是”高强螺栓“。

          高强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。(1)*

          实际上在英标规范,美标规范中提到的高强螺栓(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螺栓与普通螺栓的关键。

    02.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螺栓。 (2)*

    那么高强螺栓,“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。 (3)

     颠覆二:

    误区: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。

    03.高强螺栓的对比

          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。


    标识样式对比

          普通螺栓和高强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。

    价格对比

    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。

     

    04.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,运用高强螺栓,并进行施工管理的基础前提。


    观点:
      
    (1)*:在有些钢结构的书中确实有提出,高强螺栓是指强度超过8.8级的螺栓。对于这种观点,首先英美标准是不支持的,没有针对某种特定强度等级来界定“强”与“弱”。其次,也并不符合我们工作中提及的“高强螺栓”。

    (2)*:为便于对比,此处不考虑复杂螺栓群的受力情况。

    (3)*:承压型高强螺栓在设计时也考虑了螺杆的承压受力,将在后面的“高强螺栓承压型和摩擦型对比“中进行详细介绍。

      内六角,圆柱头,台阶,螺钉 轴承螺丝,非标轴肩,塞打 导向圆柱端 紧定 螺钉 内六角 沉头,十字槽,螺丝 电表螺丝 铅封螺丝 穿孔螺丝 十字,盘头螺丝 外六角,小螺丝 圆柱头,十一字槽,螺钉 圆头,十一字槽,方垫,二组合螺丝 圆头,米字槽,方垫,二组合螺丝 圆头,盘头,十字槽,六角垫,二组合螺丝 外六角,二组合螺丝 GB9074.4,盘头,十字,三组合,螺丝 杯形,内六角,自攻螺钉,直修螺丝 过山丝 圆头,内六角,自攻螺丝 圆头,米字,自攻螺丝 盘头,一字,两边槽,自攻螺丝 沉头,十字,自攻螺丝 半圆头,十字槽,自攻螺丝 大脑马车,螺栓 一字槽,双头,螺栓 平头型,尾端,内六角,螺栓 内六角,半圆头,防盗,螺钉, 焊点螺钉 焊接螺栓 对锁螺丝,锁具螺丝 刀把螺丝、梅花螺丝、刀杆螺丝、数控刀具螺丝 圆柱头,内六角,法兰螺栓 十字,外六角,法兰面,螺栓 平脑,六角,法兰螺栓 内六角,半圆头,法兰螺栓 DIN34800,小法兰,梅花头,螺栓,DIN34801,大法兰 非标,圆柱头,螺钉 内六角无头螺钉 非标,平脑,台阶螺栓, 非标,内六角,台阶螺钉 内六角,伞脑螺钉,球形螺钉 非标,内六角,无头螺丝 非标螺丝 柳钉 六角柳钉 非标,紧定螺钉 非标件 异形件 非标,大脑,内六角,螺栓 非标,大脑螺栓 半圆头,尾端,穿洞螺栓 非标,半圆头,螺栓 球形螺栓 塔形螺栓 T形螺栓