高强螺栓连接作为钢桥连接的重要方式，以其效率高、性能好、安全可靠等优点，在工程领域得到了广泛的应用。
我国从1957年开始研究高强度螺栓连接技术，与工业发达国家相比，起步稍晚。但经过几代科技工作者的不断努力，走出了一条自主创新的研究道路。
目前，钢结构大六角高强螺栓已形成从M12到M36的完整体系。施工方法已经完成了从扭角法到扭矩法的跨越。相当于日本、美国、英国等发达国家，达到世界先进水平。
钢结构的连接方法有焊接连接、螺栓连接和铆钉连接，其中前两种较为常用。主要有GB/T1228~1231钢结构用高强度大六角头螺栓连接副、GB/T3632钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副、GB/T32076.1~32076.11预紧螺栓结构连接副、GB /T10433 电弧螺柱焊用圆柱头焊钉等国标系列制造。
焊接的优点是截面不变、加工方便、部分自动化操作、连接强度高；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采用高强螺栓，连接的优点是不可替代的。
一、钢结构用高强度螺栓概述
高强度钢结构螺栓是工业与民用钢结构的重要组成部分。近年来，随着我国钢结构的快速发展，钢结构用高强度螺栓的生产厂家和产量也不断增加，从事钢结构用高强度螺栓检测的机构也越来越多。钢结构。
但由于一些检测方法不规范或检测设备不合适，导致检测结果差异较大、分散，导致产品质量纠纷越来越多，给高强螺栓制造企业和施工企业带来麻烦和经济损失。给工程质量造成隐患。
用于钢结构的高强度大六角头螺栓连接副和扭剪螺栓连接副，在正常连续运行下，必须保证20年以上的使用寿命。
高强大六角头螺栓连接副和扭剪螺栓连接副的扭矩系数与高强螺栓在安装过程中的拧紧力直接相关。扭矩系数值和标准偏差的不准确将直接导致螺栓连接副的拧紧力不准确。过紧或过紧都会对工程质量产生影响。
1.1 工程应用
高强度螺栓连接有两种类型。现场拧紧作业时，为了保证螺栓连接处的板材能够更好的粘附，螺栓组从中心向外依次拧紧；整个钢结构工程紧固时，为了缓解应力集中，螺栓组从厂房中心向外边缘依次紧固。收紧。
大六角头型以扭力扳手为主要操作工具。由于是高空作业，不方便拉紧。然而，扭剪式使用电动扳手作为操作工具。拧开梅花头即可完成，施工、检查方便。
螺栓的选用应根据工程设计要求。一般工厂门式钢框架多采用大六角头高强螺栓，高层建筑多采用扭剪型高强螺栓。
1.2 复验要求
螺栓应按规定重新进行性能检验，检验合格后使用，严格质量控制。 GB 50205-2020《钢结构工程施工质量验收规范》中，现场验收将扭矩系数（大六角头）和预拉力（扭剪式）作为复验项目，JGJ 82 -2011年《钢结构高强螺栓连接技术规程》将抗滑移系数作为复验项目。
复检时唯一需要注意的是温度和湿度。建议在15℃～25℃、相对湿度50%～70%的环境条件下进行。
螺栓连接副的复验按产品标准规定的数量分批进行。摩擦面抗滑移系数检验批次的划分除高强度螺栓连接副的批量大小外，还应考虑不同的加工工艺和钢结构用途。 。
1.3 最终拧紧扭矩的检查
根据技术条件，高强螺栓连接副的最终拧紧扭矩检验应在最终拧紧后1小时内完成，24小时内完成。
按JGJ82-2011规定，每组螺栓的检验比例为10%。现部分桥梁钢结构按3%~5%的比例进行最终拧紧扭矩检验，但不少于1套。
检查采用松、踢法进行。画一条细直线标记螺栓、螺母和钢板的相对位置，然后将螺母松开30°左右，然后用检修扳手将螺母重新拧紧到原来的位置（使标记的细线重叠），测量此时的扭矩，扭矩在0.9Tch至1.1Tch之间视为合格。
Tch 根据以下公式计算：Tch = KPd
式中：Tch为检验扭矩，K为连接副扭矩系数钢结构用扭剪型高强度螺栓连接，P为设计预紧力，d为螺栓公称直径。
公式中的关键是P。P是设计预拉力，不是施工预拉力！
现场施工质量控制系统采用高强度螺栓连接。除了存储扳手内置存储卡外，扳手的拧紧数据还可以同时上传到后端数据服务器。
现场信息录入采用扫描二维码方式，快速、方便、无误。系统实现了操作者、拧紧工具、拧紧任务三者信息的协同关联。
2、大六角头高强度螺栓扭矩系数测试
为了保证扭矩系数检测的准确性，每个连接副只能使用一次，不能重复使用。测试采用轴向力机（扭矩系数测试仪）。螺栓应随机选择。每一批连接对都需要进行测试。 8套，其中需要注意的是，每个连接副包括1个螺栓、1个螺母和2个垫圈，且应同一批生产。应分别测量扭矩系数的平均值和标准差。
在检测螺栓预紧力P时，同时记录螺母的扭矩值T，根据K=T/(P·d)求得扭矩系数，其中：d为螺栓直径， T为峰值扭矩，选择工具时应考虑扭矩。扳手和轴向力机的精度。
为了使试验时扭矩系数有效，需要将预紧力P控制在表1的范围内。在检验过程中，垫圈不允许旋转。根据标准，扭矩系数为0.110~0.150，标准偏差不大于0.010。
表1 大六角头高强螺栓预紧力范围（单位：kN）
3、扭剪高强螺栓预拉试验
使用轴向力机（或测力环）进行测试。每批样品中随机抽取8组连接对。每组样品只能使用一次，测量预拉力的平均值和标准偏差。
每个连接副的测试分为两个步骤：初始拧紧和最终拧紧。第一步，用手动扭矩扳手拧紧至标准值的一半。第二步钢结构用扭剪型高强度螺栓连接，用专用电动扳手拧下梅花头，记录峰值作为预紧力值。扭剪型高强螺栓安装示意图如图1所示。
图1 扭剪型高强螺栓安装示意图
装配连接副时，螺栓头下方垫圈的倒角面应面向螺栓头，螺母下方垫圈的倒角面应面向螺母承载面。垫圈倒角方向和仪器误差必须符合标准，垫圈不允许旋转。
表2为各种规格螺栓对应的扭剪型高强螺栓的拧紧预紧力及标准偏差值。
轴向力机误差不应大于被测螺栓的2%；显示的测量值为轴向力的1%。扭矩扳手误差不大于试验扭矩值的1%；显示值小于9.8N·m。
表2 扭剪型高强螺栓拧紧预紧力及标准偏差（单位：kN）
预紧力检测柱压力传感器
预紧力检测垫片压力传感器
用应变仪检测预紧螺栓
超声波检测预紧力
4、防滑系数测试
抗滑移系数是钢结构设计中高强螺栓连接钢板间摩擦面的重要指标。
试验批次必须综合考虑钢板材质、摩擦面加工工艺、螺栓强度等级等因素。不同因素的组合需要单独测试。样品可由钢结构厂或现场制作人员完成。
抗滑移系数测试样品图（见图2），钢板厚度t1、t2，孔径b0，板宽b，要求为2t2≥t1，根据螺栓规格选择合适的板宽，M16和M20使用100mm宽，M22为105mm宽，M24为110mm宽，M27和M30为120mm宽。试件表面应光滑、无油污，孔、板边缘应无飞边、毛刺。
防滑系数的大小取决于工程构件的摩擦表面。钢结构标准中构件的表面处理方法有多种，常见的有喷砂和喷丸。
抗滑系数是设计单位在工程钢结构设计总述中考虑各种因素后给出的。例如，按照一般钢结构厂房规定，摩擦面先进行喷砂（抛丸）处理，然后进行红锈处理。 Q235钢的防滑系数为0.45，Q345钢的防滑系数为0.50。
图2 防滑系数测试样品图
五、存在的问题与展望
5.1 施工方法
施工过程中的过紧和过紧是造成高强螺栓事故的重要原因。
高强螺栓拧紧不足会导致连接部位预紧力不足。如果节点处的摩擦力小于设计值，节点就会发生滑移，从而改变桥梁或建筑物的线型和预弯度，导致杆件内力与设计值不一致。设计内力存在严重偏差，影响结构安全。
高强螺栓拧得过紧，会造成螺栓延迟断裂、脱落。在我国，钢桥或建筑物架设后，不少高强螺栓出现断裂、脱落的情况。高强度螺栓的脱落不仅给结构连接带来隐患，而且如果位于线路上方，还可能撞上高铁列车，造成严重交通事故。
施工时，必须保证高强螺栓的拧紧轴力尽可能接近设计轴力。
目前高强螺栓的施工方法主要采用20世纪90年代的技术，包括初拧、复拧、终拧、检查等。
该方法操作繁琐、复杂。由于当时科研技术和施工工具的限制，每一步都不可避免地存在误差（如输出扭矩标定中轴力计与实际连接钢板之间的刚度误差、轴力计的波动误差等）。拧紧过程中的电压）。 、齿轮润滑状态误差等），且施工质量很大程度上受人为因素和现场施工条件的制约。高强螺栓的施工精度差、可靠性不高、施工效率低、施工周期长。 ，施工质量难以保证。
未来高强螺栓施工发展的一个重要方向是简化施工操作步骤，减少人为因素和环境因素对施工的影响；通过科学管理和标准化施工，避免施工过程中高强螺栓拧紧不足和过紧，减少螺栓数量。破损、脱落的概率提高了施工效率。
5.2 螺栓表面处理工艺
高强螺栓施工采用的主要方法是扭矩法。高强螺栓连接副的扭矩系数是保证高强螺栓预紧轴向力精度的重要因素。高强度螺栓制造商主要采用特殊的表面处理工艺来满足这一标准。
对于目前的表面处理工艺来说，随着环境温度和湿度的变化，高强螺栓连接副的扭矩系数也会发生变化。
因此，温度和湿度的变化会导致扭矩系数变得离散，从而导致高强螺栓的预紧轴向力变得离散。这种离散现象在高强度螺栓施工中很难控制。
对于钢结构螺栓来说，表面润滑依靠螺母和垫圈的表面磷皂化作用，扭矩系数也有保证。扭矩系数通常为0.11至0.15。表面涂覆达克罗，安装时涂覆MoS2保证扭矩系数。根据目前国内MoS2的使用情况，如果螺纹表面和垫片作用面均匀涂有MoS2，则扭矩系数一般为0.08。 〜0.13。如果仅在螺纹表面涂覆MoS2，则扭矩系数值会相应略有增加。螺栓直径越大，改善越明显。
因此，开发一种扭矩系数不受温度和湿度影响的新型表面处理工艺是高强螺栓未来的发展方向。
5.3 螺栓的腐蚀
高强度螺栓由于环境温度和湿度的反复变化而处于腐蚀环境。腐蚀很容易削弱螺杆的有效截面，导致螺杆断裂、螺栓脱落。
延迟断裂的主要原因是应力腐蚀和氢脆。
另外，高强螺栓钢中的非金属夹杂物以及加工、运输过程中的碰撞等都会引起缺陷处的应力腐蚀，造成延迟断裂。
为了防止高强度螺栓的腐蚀，通常采用表面处理方法进行防锈，主要有磷皂化处理、电镀锌、热镀锌、达克罗等方法。
磷皂化处理法主要用于高强螺栓存放时的短期防锈，有效期一般只有半年。
虽然经过电镀锌、热镀锌、达克罗处理后耐腐蚀性能很好，但施工时需要在螺栓表面涂抹润滑剂，这样很容易造成预紧力分散，影响螺栓的预紧力。施工质量。
表面处理存在诸多不足，因此对高强螺栓材料防锈的研究更加紧迫和重要。
不锈钢螺栓可以解决普通螺栓的腐蚀问题，但不锈钢材料本身具有强度低的局限性，因此不太容易用来制造高强度螺栓。
从材料角度解决高强螺栓的腐蚀问题，耐候钢高强螺栓是未来发展的重要方向。
5.4 螺栓组受力
近年来新建的钢桥中，桥梁跨度越来越大，承受的荷载也越来越大。高强度螺栓大多采用目前最大的螺栓规格M36，数量巨大。
以某桥梁为例，使用了12排M30螺栓，总共使用了768个螺栓。科学研究数据表明，螺栓接头的应力分布呈马鞍形。应力最大的位置是第一行，然后逐行减小。太多的排通常不利于螺栓组的应力。
如果能够加大螺栓直径，提高单个螺栓的预紧力，将大大减少螺栓数量和现场拧紧工作量，节省工程资金。
随着钢铁冶炼和轧制水平的发展，我国在高强度、高淬透性方面的技术不断增强，使开发大直径钢结构螺栓成为可能。
六、螺丝王的经验与总结
1）螺栓连接在钢结构生产中的作用越来越重要。在焊接施工困难的地区，特别是现场施工，当焊接质量无法保证时，应尽可能设计高强度螺栓连接。
2）工厂生产的钢结构构件在运输过程中容易受到螺栓连接摩擦面变化的影响，导致抗滑移系数降低。
预防措施是出厂前进行抛丸处理，保证粗糙度，严禁喷漆，必须保护摩擦面。
3）试验所用钢板、螺栓等均取自相应批次的工程采购，且生产工艺与钢结构生产一致，因此试验结果具有参考价值。
4）螺栓试验受人为因素影响。防滑系数试件是否严格按照推荐尺寸加工，影响摩擦面的接触面积是否满足设定值，而判断摩擦面是否打滑的时机直接关系到检查是否有是滑动载荷中的任何异常偏差。
对此，紧固件供应商应严格按照标准规定对扭矩系统、预紧力、防滑系数等进行测试。测试过程中，样品制备、测试条件、测试操作都是关键。应避免人为因素的干扰，以提高测试结果的准确性。
施工现场安装，减少高空作业，提高施工智能化、自动化，使高强螺栓连接成为提高钢结构质量的重要手段。
随着基础设施建设的快速发展，钢结构高强螺栓连接面临着更大的机遇和挑战。
