钢结构工程高强度螺栓连接
高强度螺栓在生产中的全称是高强度螺栓连接副,一般简称为高强螺栓。每个连接副包括一个螺栓、一个螺母、两个垫圈,都是同一批生产、同一种热处理工艺加工而成。根据安装特点又分为大六角头螺栓、扭剪螺栓等。
等级
8.8 和 10.9
力量
400MPa级
螺栓性能
高强度螺栓按性能等级分为8.8级和10.9级,其中扭剪型仅10.9级采用。在标记方式上,小数点前的数字表示热处理后的抗拉强度,小数点后的数字表示屈强比,即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。8.8级表示螺栓杆抗拉强度不小于800MPa,屈强比为0.8;10.9级表示螺栓杆抗拉强度不小于1000MPa,屈强比为0.9。在结构设计中,高强度螺栓直径一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30,但M22/M27为次选系列。 一般情况下主要使用M16/M20/M24/M30。
装配高强度螺栓连接副时,螺母带有圆台面的一侧应朝向带有倒角垫圈的一侧。装配大六角头高强度螺栓连接副时,螺栓头下方带有倒角垫圈的一侧应朝向螺栓头。大六角高强度螺栓为承压型。
等级强度
用于钢结构连接的螺栓性能等级共分为10多个等级,有3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等。其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢,并经热处理(调质),一般称为高强度螺栓,其余一般称为普通螺栓。螺栓性能等级数字由两部分数字组成,分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比。例如性能等级为4.6的螺栓含义为:
1、螺栓材料公称抗拉强度达到400MPa;
2、螺栓材料的屈强比为0.6;螺栓材料公称屈服强度达到400×0.6=240MPa。
性能等级10.9级高强度螺栓材质经热处理后可达到:
1、螺栓材料公称抗拉强度达到1000MPa;
2、螺栓材料的屈强比为0.9;螺栓材料的公称屈服强度=1000×0.9=900MPa。
螺栓性能等级含义是国际通用的标准,相同性能等级的螺栓高强度钢结构螺栓,不论材质、产地,性能都是一样的,设计时只需选定性能等级即可。
防滑系数测试
钢结构验收规范GB50205明确规定高强度钢结构螺栓,制造、安装单位应分别进行抗滑移试验和复试(强条6.3.1),抗滑移系数必须大于或等于设计值。
现场制作试件时,试件与其所代表的钢结构构件应为同一材料、同一批次、采用同一摩擦表面处理工艺和同一表面状态,并应采用同一批次、同一性能等级的高强度螺栓,存放在同一环境中进行抗滑移试验。若构件为出厂成品,除厂内要求提供抗滑移系数试验报告外,制造厂还应提供每批三组试件,以便构件到达现场后,现场检查抗滑移系数是否符合要求。
在工程资料检验时,很多施工现场仅有厂家在厂内的抗滑移系数检测报告,缺少提供给施工现场的试件抗滑移系数复测报告。
抗滑移系数试验应以钢结构制造批次为基准,单个工程每2000t为一个制造批次,不足2000t为一批次。当单个工程的构件摩擦面采用两种或两种以上表面处理工艺时,必须对每种表面处理工艺进行试验。每批取3组试件。
GB50017-2003中提到,摩擦表面常规处理方法有:喷砂(喷丸)、喷砂(喷丸)后涂无机富锌漆、喷砂(喷丸)后除红锈等。
需要指出的是:很多工程抗滑移系数很高,但实际构件摩擦面处理不良,不能满足设计要求;或设计要求摩擦面先喷砂(抛丸)处理后再涂装无机富锌漆,但送检的却没有涂装(涂装后摩擦系数降低)。抗滑移系数设计值较大的工程,现场监理人员如发现此类情况,必须责令整改,对处理后的摩擦面重新进行检测,否则可能留下严重的质量隐患。
验收规范GB50205要求:大六角高强螺栓连接副使用前必须复检扭矩系数,扭剪型高强螺栓连接副必须复检预拉力,合格后方可使用。 复验批为每3000套8对(作者注:对于强度等级相同、直径相同、螺栓长度不同的高强度螺栓连接副,如不能证明属同一批次,则视为不同规格,应分别取样试验。GB/T3632-2008扭剪型高强度螺栓和GB/T1231-2006大六角高强度螺栓规范规定:在同一批次的前提下,但螺栓长度≤100mm时,长度差≤15mm;或螺栓长度≥100mm时,长度差≤20mm,可视为相同长度。)。高强度螺栓的紧固应分为初紧和终紧,对于大节点,应分为初紧、复紧和终紧。 初拧力矩约为施工力矩的50%,复拧力矩等于初拧力矩。为防止遗漏,初拧或复拧后的高强螺栓螺母应用颜色标记,终拧后的高强螺栓螺母应用其它颜色标记。高强螺栓现场安装时严禁气割、扩孔。高强螺栓外露一般要求不少于2-3圈,允许10%的螺栓外露1圈或4圈。
高强度螺栓初紧、复紧、终紧时,应按一定的顺序对连接处的螺栓进行紧固,一般从螺栓组的中心向外依次进行。高强度螺栓的初紧、复紧、终紧应在同一天完成,终紧不得在第二天以后完成。
施工扭矩计算
根据GB50205-2001规范,初始紧固扭矩的计算公式为:
扭剪型T0=0.065Pc*d
大六角型T0=0.05Tc
终拧时,剪力型高强度螺栓以拧掉梅花头为拧紧标准。因结构原因不能用工具拧掉的,终拧时未拆下的梅花头不得超过该节点螺栓总数的5%,并按规范要求用扭矩法做好标记,并检查终拧扭矩。