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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。
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6 \( F$ t& X+ T% d, V* M3 K01.什么是高强螺栓
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+ B$ Q a; Q5 {; R! v2 G8 Q8 o& s 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。 " H4 H3 K/ `8 g* I; |' X
& s( f4 B8 K H3 D* ~* e颠覆一：
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误区：材料等级超过8.8级的螺栓，就是”高强螺栓“。
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0 e0 E# ?, L% N6 p% q; Q- k 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）** L4 M$ t: k$ r+ w5 z# f
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) A0 |# m- c3 V2 _# m9 }. B 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。' c$ s8 x/ I2 u& r$ \. S% L4 i
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02.正确理解“高强”，强在何处 3 i" Y( a7 T# S( b* G# {* Z3 k
: ?5 [- Q& F" j6 n" \' B 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。* P- s) I* A8 r0 j* D" K, d
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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）*
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那么高强螺栓，“强”在哪里？
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( g2 e7 j u( ?; P c- f 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。
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普通螺栓和高强螺栓工作状态下应力应变曲线. g; ?$ b/ Q2 o5 b; U
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设计破坏时的极限状态 $ g* G: \8 L& n" Q
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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。 8 @' d! h; O7 W. r& `
5 N. Y$ O# p; f: ^2 s, T& |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。
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6 H% Q' r7 T: w$ v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。
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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）
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颠覆二： 1 B9 {% M2 C3 W1 v# i. {
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误区：高强螺栓的承载能力高于普通螺栓，是为”高强“。
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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。
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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。 4 q9 F+ ?/ ?$ z( d
. v( D) O3 f7 ^9 x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。 ; n9 ~4 l4 |+ n; t+ ]4 u
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03.高强螺栓的对比5 `1 r% F7 U6 E3 L" \# R
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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。
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0 a6 H9 z; N& ]) ]0 S6 t1 ?$ Z 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。
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标识样式对比 / l* o6 i9 Q6 X5 z" d5 B
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' u- E+ ^9 ^$ V+ z% M 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。
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价格对比 6 |3 P. n( m, x" C* f1 \
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高强螺栓：（M24，L60，8.8级）3 e6 m1 P8 b: V; K8 e/ [
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7 `$ _' U8 n2 y! _) l% F普通螺栓：（M24，L60，8.8级）
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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。
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04.总结
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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。 3 W5 B4 h0 s; C5 g! S( g$ z
, F# w+ V6 F( ?2 J" r0 V3 g观点:
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（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”。 5 T: v2 h6 H/ O8 f8 U% P; |6 l
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（2）*：为便于对比，此处不考虑复杂螺栓群的受力情况。 : Z9 @& z" J/ L m' o7 J+ W1 G
0 r8 D+ m% `6 ~' h% E. n（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。 |
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发表于 2018-8-22 14:58:58
