高强度螺栓是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得不能再熟悉了。
然而事实可能并非如此,今天我们从最基本的概念的入手,带你重新认识高强度螺栓,可能会颠覆你最基本的认识。
01、什么是高强度螺栓高强度螺栓(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度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度螺栓基本定义的理解,产生了误区。
误区一:材料等级超过8.8级的螺栓,就是“高强度螺栓”?高强度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。
实际上在英标规范,美标规范中提到的高强度螺栓(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度螺栓与普通螺栓的关键。
误区二:高强度螺栓的承载能力高于普通螺栓,是为“高强”?由单个螺栓的计算可知,高强度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。
可见:在给定设计节点荷载的情况下,用高强度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。
高强度螺栓之强,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。
02、高强度螺栓规格国内常用的高强度螺栓分为 ASTM 及 JIS 规格。通常用的 ASTM 高强度螺栓有 A325 及 A490 两种,具体使用情况如表一所示。
表一 ASTM 高强度螺栓通用情况
A325 螺栓主要成分为 TYPE1 及 TYPE3 两种,TYPE1 为一般结构用,如需要时可以热浸镀锌,耐候钢材应配合使用TYPE3螺栓,采用 TYPE3 螺栓时设计图上应特别标明,A325 螺栓的机械性如表二所示。
表二 ASTM高强度螺栓机械性能
A490 螺栓的材料强度比 A325 高,但是 A490 螺栓不可热浸镀锌。A490 螺栓分为 3 种 TYPE 同样耐候钢材配合使用 TYPE3 型螺栓。A325 及 A490 螺栓标准直径以英尺为单位,以 1/8 英尺为单位增量,且皆介于 1 英尺至 1.5 英尺之间,以 1 英尺左右的直径较常用。
有些特殊的情况,所需螺栓直径超过 1.5,此时可采用 A490 螺栓。A490 螺栓使用情况如表一所示,材料强度如表二所示。ASTM 高强度螺栓的螺头及螺帽皆为六角形头,其中螺帽必须为重型六角形螺帽。
JIS规格的高强度螺栓分为六角螺栓头的 F 系列以及为减轻材料用量及美观需求而发展之圆螺栓头之 S 系列(见图一),圆螺栓头在安装后拆卸较困难。