黃小歡

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了高強(qiáng)度螺栓的種類、連接特點(diǎn)等；重點(diǎn)闡述了高強(qiáng)度螺栓連接施工中的主要控制指標(biāo)及影響因素：扭矩系數(shù)、緊固軸力（預(yù)拉力）、抗滑移系數(shù)；從高強(qiáng)度螺栓連接副、連接件板材等方面對(duì)有關(guān)影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了預(yù)控方法。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度螺栓；扭矩系數(shù)；緊固軸力（預(yù)拉力）；抗滑移系數(shù)；影響因素

1 概述

近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接已經(jīng)發(fā)展為與焊接并舉的鋼結(jié)構(gòu)主要連接形式之一，它具有結(jié)構(gòu)受力性能簡(jiǎn)單明確（耐疲勞、抗震性能好，連接剛度高）、施工（制作、運(yùn)輸、安裝、維修）方便、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)和設(shè)備基礎(chǔ)、構(gòu)架、管廊等鋼結(jié)構(gòu)的工程連接中。

鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接按其受力狀況，可分為摩擦型、摩擦-承壓型、承壓型和張拉型連接等幾種類型。其中的摩擦型連接是目前廣泛被采用的基本連接形式，其主要連接件——鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓，從外形上可分為大六角頭螺栓和扭剪型螺栓兩種；按性能等級(jí)可分為8.8級(jí)、10.9級(jí)等。目前我國(guó)使用的大六角頭螺栓有8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種。

鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接一般用于直接承受動(dòng)力荷載的重要結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)是通過(guò)接觸摩擦面來(lái)傳遞剪力，其連接強(qiáng)度、防松性能直接關(guān)系工程質(zhì)量。

2 影響鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)的因素

高強(qiáng)度大六角頭螺栓連接副的扭矩系數(shù)和扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副的緊固軸力（預(yù)拉力）是影響高強(qiáng)度螺栓連接質(zhì)量最主要的因素，也是施工的重要依據(jù)。抗滑移系數(shù)是高強(qiáng)度螺栓連接的主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一，直接影響構(gòu)件的承載力。構(gòu)件摩擦面無(wú)論是由制造廠處理還是由現(xiàn)場(chǎng)處理，均應(yīng)對(duì)抗滑移系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得的抗滑移系數(shù)最小值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。扭矩系數(shù)、緊固軸力（預(yù)拉力）、抗滑移系數(shù)是高強(qiáng)度螺栓施工中應(yīng)重點(diǎn)控制的指標(biāo)。需對(duì)其影響因素加以分析、預(yù)控。

2.1 高強(qiáng)度螺栓連接副的影響

（1）扭矩系數(shù)（或緊固軸力）的因素：扭矩系數(shù)（或緊固軸力）是鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接副檢測(cè)的主要參數(shù)之一，它的數(shù)值大小也一直影響著鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓抗滑移系數(shù)實(shí)測(cè)值，是影響抗滑移系數(shù)的主要因素，只有在扭矩系數(shù)合格的基礎(chǔ)上，才能做抗滑移系數(shù)。在檢測(cè)抗滑移系數(shù)之前，大六角頭鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件組裝時(shí)需要測(cè)定施加于螺母上的施擰扭矩值T，K值反映螺栓連接副的扭矩與軸力的關(guān)系。如果螺栓強(qiáng)度一定，扭矩一定，則扭矩系數(shù)K與緊固軸力（預(yù)拉力）P成反比，即扭矩系數(shù)越小，則產(chǎn)生的緊固軸力越大；如果扭矩系數(shù)越大，則產(chǎn)生的緊固軸力越小。當(dāng)扭矩系數(shù)小到一定的程度，在一定的扭矩作用下預(yù)緊力超過(guò)了螺栓的強(qiáng)度極限，高強(qiáng)度螺栓就會(huì)產(chǎn)生斷頭的現(xiàn)象；反之，扭矩系數(shù)過(guò)大，則產(chǎn)生的緊固軸力就會(huì)過(guò)小，螺栓連接副就達(dá)不到鎖緊的功能，連接副就會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)。扭矩系數(shù)屬于摩擦系數(shù)的范疇，是指在扭轉(zhuǎn)狀況下的摩擦系數(shù)。通過(guò)螺紋間以及支撐面與加緊面的摩擦力的大小來(lái)決定扭矩系數(shù)的大小。摩擦分有效摩擦和無(wú)效摩擦兩種。螺栓與螺母之間的摩擦是有效摩擦，通過(guò)施加扭矩，有效摩擦?xí)孤菟菽钢饾u鎖緊，對(duì)安裝起積極的作用，而墊圈與夾緊面的摩擦是無(wú)效摩擦，因此在安裝時(shí)應(yīng)盡量減少和避免。

（2）螺栓預(yù)拉力的因素：從扭矩系數(shù)的計(jì)算公式K=T/P·d中可以看出螺栓預(yù)拉力P在公式中直接影響到扭矩系數(shù)，P（kN）應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（3）螺栓存放、運(yùn)輸、裝卸的因素。《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》JGJ 82-2011第6.1.5條規(guī)定：鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接副的保管時(shí)間不應(yīng)超過(guò)6個(gè)月，當(dāng)保管時(shí)間超過(guò)6個(gè)月后使用時(shí)，必須按要求重新進(jìn)行扭矩系數(shù)或緊固軸力試驗(yàn)。因此除要具備一般的高強(qiáng)度螺栓的機(jī)械性能外，在連接過(guò)程中更強(qiáng)調(diào)扭矩系數(shù)的穩(wěn)定性，只有扭矩系數(shù)穩(wěn)定了，抗滑移系數(shù)才能得到保證。鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓在生產(chǎn)工藝中進(jìn)行了表面磷化處理，主要是為了增加扭矩系數(shù)的穩(wěn)定性。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材的影響。

（1）連接件板材材質(zhì)的因素：鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材通常采用Q235和Q345兩種普通鋼材。在做抗滑移系數(shù)檢驗(yàn)時(shí)，試件鋼板的厚度應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程中有代表性的板材厚度來(lái)確定，同時(shí)考慮在摩擦面滑移之前，連接件所用的鋼板的凈截面始終處于彈性狀態(tài)，也就是說(shuō)在拉伸連接件時(shí)所測(cè)得的滑移荷載值是在鋼板沒(méi)有變形之前（屈服之前）所得的力值，這樣最終利用滑移荷載值計(jì)算出來(lái)的抗滑移系數(shù)才是有效的。

（2）連接件板材摩擦面處理因素：鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接件板材中，其不同的表面處理方式對(duì)抗滑移系數(shù)的影響是不同的：當(dāng)設(shè)計(jì)摩擦面抗滑移系數(shù)值大（如0.45、0.55）時(shí)，連接件宜采用噴砂、拋丸、噴砂（丸）后生赤銹的表面處理方法完成；當(dāng)抗滑移系數(shù)值小（如0.30、0.35）時(shí)，宜采用人工除銹、噴砂（丸）后涂無(wú)機(jī)富鋅漆、鍍鋅表面的表面處理方法。

（3）連接件板材摩擦面的重復(fù)使用因素：抗滑移系數(shù)試驗(yàn)用的板材試件應(yīng)是沒(méi)有經(jīng)過(guò)拉伸用過(guò)的材料，拉伸用過(guò)的試件由于板材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，屈服強(qiáng)度也提高了許多，摩擦面也有了變化，有的甚至發(fā)生了變形，這樣再用的話，勢(shì)必影響抗滑移系數(shù)的大小。

（4）連接件板材組裝因素。連接件板材上的高強(qiáng)度螺栓孔徑應(yīng)略大于螺栓直徑，不應(yīng)采用氣割擴(kuò)孔，應(yīng)用鉆孔成型方法；螺栓孔應(yīng)能保證高強(qiáng)度螺栓自由穿入，嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入，否則容易損傷螺絲，進(jìn)而影響扭矩系數(shù)和施擰扭矩，造成抗滑移系數(shù)不準(zhǔn)。

（5）試驗(yàn)儀器精度的影響。施擰用的扭矩扳手在用前必須進(jìn)行標(biāo)定，其扭矩誤差不得超過(guò)2%。螺栓預(yù)拉力用軸力計(jì)，其誤差不得大于測(cè)定螺栓預(yù)拉力的2%，軸力計(jì)的最小示值應(yīng)在1kN以下。測(cè)抗滑移系數(shù)用的拉力試驗(yàn)機(jī)誤差應(yīng)在1%以內(nèi)。

（6）試驗(yàn)過(guò)程的影響?？够葡禂?shù)試驗(yàn)應(yīng)采用雙摩擦面的二栓拼接的拉力試件，連接件板材在緊固高強(qiáng)度螺栓時(shí)應(yīng)分初擰、終擰。初擰應(yīng)達(dá)到螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值的50%左右；終擰扭矩由公式T=K·P·d求得。加載時(shí)，應(yīng)先加10%的抗滑移設(shè)計(jì)荷載值，停1min后，再平穩(wěn)加載，加載速度為3～5kN/s，直拉至滑動(dòng)破壞，測(cè)得滑移荷載NV在試驗(yàn)中當(dāng)發(fā)生以下情況之一時(shí)，所對(duì)應(yīng)的荷載可定為試件的滑移荷載：試驗(yàn)機(jī)發(fā)生回針現(xiàn)象；試件側(cè)面畫(huà)線發(fā)生錯(cuò)動(dòng)；X-Y記錄儀上變形曲線發(fā)生突變；試件突然發(fā)生“嘣”的響聲。最后根據(jù)試驗(yàn)所測(cè)得的滑移荷載Nv和螺栓預(yù)拉力P的實(shí)測(cè)值，按公式：？滋=Nv/nf·ΣPi計(jì)算出抗滑移系數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今，鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程普遍存在，其中暴露出的問(wèn)題也越來(lái)越多，因素也是錯(cuò)綜復(fù)雜，除施工過(guò)程質(zhì)量控制不力的原因外，高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量差，連接件抗滑移系數(shù)不好也時(shí)有發(fā)生。為保證鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程的質(zhì)量，需要我們?cè)谄綍r(shí)的工作中不斷總結(jié)，找出更多的影響因素，分析原因，使鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接工程處于受控的境地。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50205-2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]JGJ82-2011.鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程[S].