钢结构用高强度螺栓连接副试验方法

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【摘要】本文梳理了钢结构用高强度螺栓的工程应用和复检要求，重点研究高强度螺栓中大六角头型的扭矩系数、扭剪型的预拉力、螺栓连接的钢板摩擦面抗滑移系数等参数的试验方法，讨论了试验过程注意要点及螺栓连接副的工程施工经验，对做好施工前螺栓连接副的质量检测对保证钢结构建设质量具有重要意义。

【关键词】钢结构;螺栓;抗滑移系数;试验

前言

钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接等，其中前两种用得多［1］。焊接的优点是截面不变、加工方便、可部分自动化操作、连接强度高等;螺栓连接的优点是拆装方便、施工容易。钢结构工程中很多构件的现场施工连接必须使用高强度螺栓连接，连接优势无法替代。

1钢结构用高强度螺栓的概况

1.1工程应用

高强度螺栓连接分为大六角头和扭剪型两种［2］。现场操作施拧时，为使螺栓连接处板层能更好密贴，螺栓群由中央顺序向外拧紧;整个钢结构工程施拧时，为舒缓应力集中，由厂房中间榀向外围榀顺序施工拧紧。大六角头型以扭矩扳手作为主要操作工具，由于是高空作业，施拧不方便，但扭剪型以电动扳手作为操作工具，把梅花头扭掉即算完成，施工及检查都方便。螺栓的选用应依据工程设计要求，一般厂房门式钢架采用大六角头高强度螺栓，高层建筑更多选择扭剪型高强度螺栓。

1.2复检要求

螺栓应按规定进行性能复检，检验合格后使用，严格把好质量关。GB50205－2020《钢结构工程施工质量验收规范》中，进场验收把扭矩系数(大六角头)和预拉力(扭剪型)作为复检项目，JGJ82－2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》把抗滑移系数作为复检项目。螺栓连接副的复检按产品标准规定的数量来组批检验，摩擦面抗滑移系数检验批的划分除应考虑高强度螺栓连接副的批量外，还应考虑不同的处理工艺和钢结构用量。

2大六角头高强度螺栓扭矩系数试验

使用轴力计(扭矩系数测试仪)进行，螺栓应随机抽取，每批做8套连接副，一副只可试验一次，分别测出扭矩系数平均值及标准偏差。在检测螺栓的预拉力P时，同时记录螺母的扭矩值T，按照K=T/(P•d)得出扭矩系数，其中d是螺栓直径，T是扭矩峰值，选择工具时要考虑扭矩扳手和轴力计的精度。试验时，为使扭矩系数有效，需把预拉力P控制在表1的范围内。检测过程中，垫圈不允许发生转动。按标准规定，扭矩系数为0.110～0.150，标准偏差不大于0.010。

3扭剪型高强度螺栓预拉力试验

试验使用轴力计(或测力环)进行，每批样品随机抽取8套连接副，每套试样只能一次性使用，测出预拉力平均值和标准偏差。每个连接副的试验分为初拧和终拧两个步骤，第一步骤使用手动扭矩扳手，拧到标准值的一半，第二步骤使用专用电动扳手，把梅花头拧掉之前的峰值记为预拉力值。其中需注意垫圈倒角的方向、仪器误差要达标、垫圈不允许转动。表2是各种规格的螺栓对应的标准值。

4抗滑移系数试验

抗滑移系数是钢结构设计中由高强度螺栓连接后钢板之间摩擦面的重要指标［3］。试验的组批要综合考虑钢板材质、摩擦面的加工工艺、螺栓的强度等级等因素，不同因素的组合需分别试验，试样可由钢构厂或现场制作方来完成。试验样品见图1所示，钢板厚度t1、t2，孔直径b0，板宽b，要求2t2≥t1，按照螺栓规格来选择合适的板宽，M16、M20采用100mm宽，M22采用105mm宽，M24采用110mm宽，M27、M30采用120mm宽。试件板面应平整、无油污，孔和板的边缘无飞边、毛刺。抗滑移系数计算公式为［4］见式(1)。擦面面数，由图1可知为2面;∑mi=1Pi—试件滑移一侧高强螺检预拉力实测值之和(kN);m—为试件一侧螺栓的数量，由图1可知为2副。滑移载荷Nv，当试验开始时先加一个设计载荷，再持续加载，直至钢板之间滑动破坏时，拉伸机的显示值即为Nv，钢板之间是否滑动以拉伸曲线回落、手工画线错位或听到响声为原则。摩擦面数nf为2，因为中轴线上的钢板是两面都受摩擦的。按图1设计，P为样品单侧的2个螺栓的预拉力之和，采用的预拉力当大六角头时用实测值、当扭剪型时用平均值。抗滑移系数的大小取决于工程构件的摩擦面，钢结构标准中对构件的表面处理方法很多，常见的有喷砂、抛丸［5］。抗滑移系数在工程的钢结构设计总说明中由设计单位综合各种因素后给出，例如一般钢结构厂房规定，摩擦面采用喷砂(抛丸)后生赤锈处理，Q235钢的抗滑移系数为0.45，Q345钢的抗滑移系数为0.50。

5讨论

(1)螺栓连接在钢结构制作中的作用越来越重要，在焊接施工有困难的部位，尤其是现场施工中，焊接质量无法保证时，应尽量设计成高强螺栓连接。(2)钢结构在工厂制作的构件，在运输过程中极易因螺栓连接的摩擦面起变化而导致抗滑移系数降低。预防措施是出厂前抛丸处理好，保证粗糙度，严禁涂油漆，并做好摩擦面防护。(3)试验所用钢板、螺栓等均取自工程进货的相应批次，以及采用与钢结构制作相一致的生产工艺，试验结果才具有参考价值。(4)螺栓试验时受人为因素影响，其中抗滑移系数试件是否严格按推荐尺寸加工，影响到摩擦面的接触面积是否满足设定值，而判定摩擦面是否已经滑移的时机，直接关系到滑移载荷是否存在异常偏差。

6结语

(1)钢板摩擦面在制作、施工各环节的保护特别重要，直接关系到钢结构在役使用中的摩擦面抗滑移系数。(2)严格按照标准规定来进行扭矩系统、预拉力、抗滑移系数的试验，试验过程中样品准备、试验条件、试验操作等都是关键。应避免人为因素干扰，提高试验结果的准确度。(3)减少施工现场安装、减少高空操作，提高智能化、自动化施工，让高强度螺栓连接成为提高钢结构质量的重要手段。

作者：傅枞春 杨开怀 程艳 林燕清 单位：福建船政交通职业学院机械与智能制造学院