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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。 ' X7 ?, \: O* Z9 x
' E5 z( R. l% n$ N01.什么是高强螺栓 2 r- q. s* b& _3 Q
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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。
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颠覆一：
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3 ]+ S. p. R0 ]$ ~+ S6 g4 w误区：材料等级超过8.8级的螺栓，就是”高强螺栓“。
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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）*8 f0 z/ a6 m6 o* h% L- r
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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。
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02.正确理解“高强”，强在何处
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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。
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I. D0 l' \# j& X 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）*3 H, r* W3 C+ x0 a" n
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$ K1 t9 w* H0 o' L P# {那么高强螺栓，“强”在哪里？
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9 @) l* {3 B. s/ A2 J' ] 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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/ A4 [1 O3 Y! e, y0 g* V" c 普通螺栓和高强螺栓工作状态下应力应变曲线9 o+ D6 B- h. I2 ?& K- D. Z
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设计破坏时的极限状态
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( N9 J: K1 i9 ~7 H I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。
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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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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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6 }; n Q# F% V# 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）
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( g; b, h' {4 L3 l/ G$ ^ 颠覆二：
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3 j$ T* b" m$ ]3 `/ E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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" U: _2 Y/ J. |$ G 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。 8 v. j& R" S h3 v+ N8 j) [
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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。 9 u' x, R0 A2 N
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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。
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* Z2 v' \) G! p! y' B( y2 j: w03.高强螺栓的对比
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) ^- g, j7 v) @& K& r3 n+ {2 T 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。 ! z: ]# M% k- H: b
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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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; i$ X0 [& i0 ?9 W" g8 o标识样式对比
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9 ]8 V1 ~6 ?6 } 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
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高强螺栓：（M24，L60，8.8级）
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5 Z8 k6 Y9 ?) [! D, P* P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。7 f* L* z7 I7 x9 `
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; V; ]7 ^' U$ C3 X, ?1 ?04.总结
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; S8 ^) F1 T3 L- B! ^1 A 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。
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观点: , v- t- k3 n$ A+ J: S
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7 w/ C- v2 W/ i8 C6 w, l/ [, ]' t（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”。
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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。
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: h6 G$ Y. R' X0 H3 B! r6 A( J2 U（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
