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高强度螺栓采用哪一种类型较好?怎样选择其紧固方法?

发布于：2023-09-22 16:14:22 来自：建筑结构/建筑加固 [复制转发]

来源：亨瑞老于的结构设计

高强度螺栓分大六角头和扭剪型两种类型。

它们只是在形状和紧固方法上有所区别，在受力性能上两者相同。本文对两者的紧固方法加以介绍。

一、大六角头高强度螺栓的紧固方法

大六角头高强度螺栓属普通类型，欧美和我国仍大量采用，尤其在铁路桥梁上，我国只采用此种类型。

大六角头高强度螺栓的紧固方法分扭矩法和转角法两种，前者是《施工规范》采用的方法。

1、扭矩法

扭矩法是采用可显示扭矩值的扭矩扳手拧紧螺母。

操作一般应分初拧和终拧两步进行，对于大型节点则应分初拧、复拧和终拧三步进行。

初拧和复拧的目的是先使连接的板叠靠拢，初拧扭矩应为施工扭矩的 50%左右，复拧扭矩等于初拧扭矩。

初拧或复拧后的高强度螺栓应用颜色在螺母上涂上标记，然后按施工扭矩值进行终拧。终拧完毕再用另一种颜色在螺母上涂上标记。

施工扭矩 T 应按下式确定:

T=kd（P+δP）（式1-1 ）

式中：

d 一螺栓公称直径;

P一螺栓的预拉力(参见《钢结构设计标准》表 11.4.2-2);

δP 一补偿紧固后螺栓松驰造成的预拉力损失值，一般为预拉力的 10%

k 一扭矩系数。

由上式可见，施拧扭矩除和螺栓公称直径和规定的预拉力两常量成正比外，还和扭矩系数有关。

扭矩系数须事先经试验测定，工厂一般对每批螺栓在出厂时均要提供，它可代表扭矩系数的基本值，即反映螺栓的制造质量。如螺栓副表面的处理方法(发黑、磷化)、光洁度、螺纹的精度、润滑等，但它是在工厂特定条件下得出的。

其他影响扭矩系数的外在因素还很多，如运输、保管、使用时螺纹有否碰伤，是否沾有尘埃油污，有否受潮生锈等。

即使这些都能避免，其它诸如被连接板叠的层数、厚度和平整度，螺栓群的紧固顺序，施拧速度的快慢，螺母与螺栓或与垫圈之间有无润滑剂（脂），施拧时的气温高低 ( 随温度上升而减小)、终拧是否及时等因素都对扭矩系数有一定的影响。

若扭矩系数大且离散率高，则表示施工扭矩大且螺栓预拉力不稳定，这将必然难以保证质量。再者，施工扭矩增大，不但要增加施拧时产生的剪应力，同时施拧的机具和劳动强度都将增大。因此，在采用扭矩法时，施工前还应结合工程实际情况对扭矩系数进行测定，以确定施工扭矩，保证工程质量。

2、转角法

转角法不须使用专用扳手，它只控制螺母的转角，即控制螺栓的应变来获得规定的预拉力。因此，它是一种简单而有效的紧固方法，在美国应用较多。

转角法亦须分初拧和终拧两步施拧。

初拧可用短扳手(长 30~50cm，用一人施拧，约使预拉力达 20%~30%)将螺母拧至使板叠靠拢，并作出标记。然后用长扳手(或电动、风动扳手)将螺母从标记位置再拧 1/3~1/2圈 (120°~180°)达到位置。

终拧角度须根据和预拉力之间的关系确定，它和板叠厚度 h 和螺栓直径d有关。现将日本和美国的规定选列如下：

日本：

h≤8d 或 h≤200mm 1/2圈；

h＞8d 或 h＞200mm 2/3圈；

美国：

h≤4d 1/3圈；

4d＜h≤8d 1/2圈；

8d＜h≤12d 2/3圈；

二、扭剪型高强度螺栓的紧固方法

扭剪型高强度螺栓为日本首创，我国在 20 世纪 70 年代末随上海宝山钢铁总厂一期工程引进。

由于螺栓本身构造系在螺栓尾部设有槽口和梅花头，且槽口深度是按最终拧断梅花头的扭矩和预拉力之间的关系确定，故当梅花头拧掉，螺栓亦达到规定的预拉力值。

扭剪型高强度螺栓的拧紧也分初拧和终拧，对于大型节点同样在中间增加一次复拧。

初拧和复拧可用扭矩扳手施拧，其扭矩值亦按式(1-1)的 50%采用，扭矩系数可取0.13，即初拧(和复拧)矩:

T0=0.065d（P+δP）（式2-1）

初拧或复拧后的高强度螺栓同样应用颜色在螺母上涂上标记，然后采用 TC 型专用电动扳手套住螺母和梅花头终拧，直至梅花头拧掉。

扭剪型高强度螺栓紧固简单，且便于检查螺栓是否存在漏拧和欠拧，故很受施工单位的欢迎，缺点是梅花头要多消耗一点钢材。另外若槽口深度制造误差控制不严，会给螺栓的预拉力带来一定的离散性。

三、两种高强螺栓的应用分析

扭剪型高强度螺栓的紧固方法简便，易于检查，故只要有货源和配备 TC 型电动报手且螺栓质量符合国标要求，在建筑结构中使用是可取的。

大六角头高强度螺栓的制造相对较易，货源较广，但其紧固工艺须有一定的要求，尤其是对扭矩系数和施拧扭矩的确定，虽然影响扭矩系数的因数较多，但是只要加强螺栓制造质量和施工技术管理，连接质量的可靠程度可达到较高水平。

保证螺栓质量的关键，首先要在螺栓的制造上降低扭矩系数和减小其离散率。

铁道部大桥工程局桥梁科学研究所的大量试验研究表明，对高强度螺栓、螺母、垫圈进行表面磷化处理，可使扭矩系数和其离散率大大降低。扭矩系数约可降低50%左右，一般为 0.115~0.120，标准差为 0.0026~0.0098，预拉力离散率为 0.016~0.096。这一成果已在九江长江大桥中得到应用。

大六角头高强度螺栓的紧固方法以转角法简单易行，但应严格掌握终拧角度，否则可能造成欠拧或超拧(超拧的可能性更大)。

正常情况下，用扭矩法得到的螺栓预拉力值一般比较稳定。但是，由于施工中条件变化而影响扭矩系数的因索较多，如施工期间温差的影响 (变化量约k=士6.15X 10 ^-4 ~士6.6X 10 ^-4 /℃，每摄氏度平均变化率约 0.48%~0.50%)、终拧不及时的影响 (按《施工规范》规定，当天安装的螺栓应在当天终完毕)等，都会增加(或降低)扭矩系数，且往往不易作出定量分析。

此时，可考虑将终拧改用转角法，即采用扭矩法和转角法混合使用。在采用转角法时，除在终拧结束后，采用0.3~0.5kg 的小锤逐个敲击检查外，还应辅以扭矩扳手抽查其扭矩值 (将紧固好的螺母回退 30~50°后再拧至原位)是否偏差较大(不得大于10%)。这样，可使两种紧固方法互补短长检查扭矩应按下式计算:

Tzb=kdP （式3-1）

螺栓强度