正确理解高强度螺栓与普通螺栓

Insigne

1 W, }6 v4 j$ w; t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

) h+ x' j# m6 r" C
      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：

' b, T$ r! L6 W1 y* }. U9 v
% l2 M4 k% z7 g: Y! p误区：材料等级超过8.8级的螺栓，就是”高强螺栓“。




& N; s" x! S# _/ b) {
' K; S7 O2 A; R+ R      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。
5 b6 M4 h7 c) V3 z$ P6 @4 s







02.正确理解“高强”，强在何处


7 X% _4 u* l, p# c0 d4 o       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。





( l6 m, d& Y  y% P  i1 X. m
& z: }/ W0 G$ b3 t; _0 K# B      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）*

/ }) C4 f$ g; i0 C9 B8 R" n
3 ]3 Y: Y2 M0 \% Z' y


那么高强螺栓，“强”在哪里？

" P) n) ]! v: }4 ^+ L2 E
3 q, n# v1 @" S8 C- U       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。


# I6 o) {( ~3 d$ i1 t      普通螺栓和高强螺栓工作状态下应力应变曲线
/ ^6 S" a+ g" s5 I8 k4 i" N




1 \* F2 B9 ?4 y

+ D# `: \  g7 w$ A- M2 K' M# @' u/ Z设计破坏时的极限状态

! M* e0 A# x, n1 U; m6 K* r8 S
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。

, c2 X: L, c, ^* R: R
- L( [- k* O6 J3 A% m$ e


5 P1 j/ V" v9 [) z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。


) _; @# G4 A, j3 z1 Z# m& G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）


) c4 j7 m) j, _* H; S2 K0 k


颠覆二：




误区：高强螺栓的承载能力高于普通螺栓，是为”高强“。


7 S* S# O( M& f; ~' y* Y) ?. N      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。




, }7 K6 L0 i% d/ i2 }3 N      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。


6 Z" `0 S1 o( W1 L* [+ t

03.高强螺栓的对比


- w5 m) F) K% ~5 K- L

% y8 P+ j; `+ k; L2 \8 |: {0 K
      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。

! q1 k1 Z9 g$ D5 V& i' o

7 {8 b7 ]( P9 ^3 @; n* ^. z# x
# ~) j/ ?* w8 A4 r5 T5 s$ n



      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。


$ V8 f* h* A: O- J# D, `

& f$ K& r" i4 s* q/ f5 ^6 b

$ m3 A6 t# p( _( l" u; ]) Z; M: ~

标识样式对比


, q2 ]7 E, h) C0 ~, o5 |" X

      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。

$ f1 X0 {( u* B/ O6 T, {
价格对比

! J5 k0 j- g2 G4 o
高强螺栓：（M24，L60，8.8级）

( a  w1 I7 g$ U# J

. q% N! F. o" w* q
5 Q2 }/ H3 R9 j- W2 a普通螺栓：（M24，L60，8.8级）

! j) ^& m5 H, y" V2 U# r
3 Y  k6 v3 n3 @; l% T/ A      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。
" D8 u' j& _7 B# ~" J: S
/ W, U6 F. K4 ~: n


' E- O4 Z# W7 M04.总结

; p+ i% Q) x! }
7 W" v9 i/ l% @7 N+ Q* O8 W

      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:




7 p; _- S) L1 A' w（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”。

$ s% F. u/ a5 s! n2 R8 c# {
（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。

远祥

性能高，相应的价格也会高啊！

远祥

很多情况下都是需要的，但却有用不起的忧伤

高级灰

学习学习！

702736

翻译理解有误

一水江山JS

翻译误解吧

3983596

学习了，感谢分享

江苏阿虎wyh

基础概念真是很重要啊！谢谢楼主的分享！

梦寒

感谢楼主

0377zjp

普通螺栓也不是靠螺杆承受剪力