介绍
生产中的高强度螺栓全称是高强度螺栓连接副。高强螺栓连接副是由高强螺栓、螺母和一个或两个垫圈组成的结构连接紧固件。从连接副的类型和等级来看，我国分为8.8级和10.9级。螺杆一般采用45号钢或40号硼钢，螺母和垫圈采用45号钢，均经过热处理以提高强度。而现在在工程项目中，已逐步采用20锰钛硼钢作为高强度螺栓的专用钢。在结构设计中，高强度螺栓的直径一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30等，其中M22/M27为次选系列。一般情况下，M16/M20/M24/M30是主要选择。
1 高强螺栓在设计和施工中的分类
根据剪切设计要求，高强螺栓可分为：高强螺栓承压型和高强螺栓摩擦型；两者只是计算模型（应力特性）不同。
摩擦型高强螺栓依靠摩擦力传递载荷，因此螺杆与螺孔的差值可达1.5~2.0mm。承压型高强螺栓的传力特性是保证正常使用情况下，剪切力不超过摩擦力，与摩擦型高强螺栓相同。当载荷再次增加时，连接板之间会发生相对滑移。连接依靠螺钉的抗剪力和孔壁的压力来传递力。它与普通螺栓相同，因此螺钉与螺孔的差值稍小，为1.0~1.5mm。
摩擦型高强螺栓的承载能力取决于传力摩擦面的抗滑移系数和摩擦面的数量；承压高强螺栓的承载能力取决于螺栓的最小剪切能力和螺栓的承压能力。以M16为例，当只有一个连接面时钢结构用扭剪型高强度螺栓连接，M16的摩擦型抗剪承载力为21.6~45.0kN钢结构用扭剪型高强度螺栓连接，而M16承压型抗剪承载力为39.18~48.58 kN（按GB50017- 2003 年公式）。压制型高强螺栓在设计值上优于摩擦型高强螺栓。承压型虽然在设计值上有优势，但由于是剪压破坏型，螺栓孔是与普通螺栓类似的孔隙型螺栓孔，承受载荷时的变形比普通螺栓大得多。属于摩擦型，所以高强螺栓不能承受压力。该型式主要用于非抗震构件的连接、不承受动载构件的连接、非重复构件的连接。
2 国外高强度螺栓相关规范和标准
美国钢结构学会AISC编制出版的钢结构规范主要分为两类，即1999年AISC-LRFD（LOAD RESISTANT FATOR DESIGN）和1989年AISC-ASD（ALLOWABLE STRESS DESIGN）； 2005年美国钢结构学会编制了AISC360-05钢结构规范，AISC360-05是ASD和LRFD结合的规范，但实际上本质上是LRFD规范。
美国测试与材料协会ASTM还发布了高强度螺栓的行业规范，例如ASTM A325M-97钢结构接头高强度螺栓规范（公制）和ASTM A490M-93钢结构10.9和10.9级。 3 接头用高强度螺栓（公制）等规范
1990年至1999年欧洲共发布了10个规范，形成了现行的欧盟规范。其中，EN1993 Eurocode 3《钢结构设计》的第1-8部分：接头设计和第1-9部分：疲劳均涉及高强度螺栓。介绍了。
3 国外高强度螺栓连接规范
3.1 美国AISC-LRFD规范
美国房屋钢结构设计规范（LRFD-1999）中使用的高强度螺栓为A325（相当于8.8级）和A490（相当于10.9级）。美式规范中单个高强螺栓（含螺纹部分）的拉伸设计承载力和剪切设计承载力分别为 和 ；
其中： 为分项阻力系数；是标称拉伸和剪切强度；螺栓的标称面积。
3.1.1 摩擦型高强螺栓连接计算方法的规定
校核摩擦式连接高强螺栓正常使用极限状态时，摩擦式连接中单个高强螺栓的剪切设计承载力为。荷载作用组合正常使用时，若有风荷载参与组合，则恒荷载、活荷载和风荷载组合得到的剪力应乘以折减系数0.75。
校核摩擦式连接高强螺栓承载力极限状态时，连接处的抗滑移承载力不应小于设计荷载，式中。
3.1.2 承压高强度螺栓连接计算方法规定
规范认为，承压连接可能出现的损坏与普通螺栓连接相同，即螺栓杆被剪断、孔壁被压坏、孔壁被破坏。因此，计算内容与普通螺栓相同，设计要求单个螺栓的承载能力也不相同。小于剪切力或拉力。
螺栓的拉伸或剪切承载能力是根据拉伸或剪切极限状态确定的。为强度折减系数，标准为0.75。是螺栓的标准抗力。表达式是.计算承载能力时，载荷产生的拉力应包括连接件变形引起的撬力。
3.2 欧洲EN1993 Eurocode3规范
欧洲钢结构设计规范（EN1993 Eurocode3《钢结构设计》）规定了8.8级和10.9级高强度螺栓的计算方法。
3.2.1 摩擦型高强螺栓连接计算方法的规定
剪力连接中，各高强螺栓的承载力设计值应按下式计算：
3.2.2 承压高强度螺栓连接计算方法规定
规范认为，承压连接可能出现的损坏与普通螺栓连接相同，即螺栓杆被剪断、孔壁被压坏、孔壁被破坏。因此，计算内容与普通螺栓相同，设计要求单个螺栓的承载能力也不相同。小于剪切力或拉力。
4 高强度螺栓连接我国规范与各国规范差异比较
4.1 高强度螺栓材料要求的差异
我国制造大六角头高强度螺栓时通常采用45号钢或40B，而制造扭剪型高强度螺栓时多采用20MnTiB。与40B钢相比，20MnTiB钢具有良好的断裂韧性。
美国ASTM A325规定高强度螺栓用钢的化学成分：C至少0.30%，Mn至少0.50%，P至多0.04%，S至多0.04%。
英国对螺栓化学成分仅规定最大S、P含量0.06%，规定应采用油或水淬火，回火最低温度为427℃。
4.2 高强螺栓摩擦式连接计算方法比较
从前面的介绍我们可以看出，国内外标准存在以下差异：
1）规范要求摩擦式连接的螺栓必须按规范要求进行预拉，但承载力设计值的计算差异较大。
2）AISC规范考虑了不同螺栓孔对摩擦型螺栓的不同滑动影响，在计算时加以区分。摩擦式连接的承载能力与螺栓孔的类型有关。强度折减系数应根据螺栓孔的类型并考虑载荷方向来确定。 GB规范采用折减系数乘0.9来考虑。应该说AISC方法更为准确。
3）AISC规范中摩擦面抗滑移系数的含义与GB相同，但数值不同。
4）当同时承受剪切力和拉力时，两个标准都确定摩擦型连接承受给定的拉力时，会引起夹紧力的减小。但治疗方法不同。 GB采用线性相关公式考虑高强螺栓同时承受剪力和拉力的影响；而AISC标准则将单个螺栓的滑移阻力乘以一个系数，以考虑高强螺栓同时承受剪力和拉力的影响。可以发现，GB中的计算方法计算量较大，而AISC法规由于采用折减系数，减少了计算量，易于掌握。
4.3 高强度螺栓承压连接计算方法比较
从前面的介绍我们可以看出，国内外标准存在以下差异：
1）在剪切设计中，GB规范按剪切面两种情况（螺钉剪切破坏和连接板孔受压破坏）考虑承载能力。拉伸设计中，螺纹上是否出现剪切面At，均采用有效截面积代替公称直径面积；而AISC根据抗剪力确定螺栓的抗剪承载能力，以及螺纹处是否出现剪切面，则采用取不同强度设计值的方法。
2）在拉伸设计中，GB没有考虑撬力对螺栓承载力的影响，而AISC规定计算承载力时，荷载产生的拉力应包括螺栓变形引起的撬力。连接器。
3）在承载力设计方法中，GB在计算时没有考虑强度折减，而AISC规范则直接引用强度折减系数并取相同值。规格取0.75，计算方便、直观。
4.4施加预紧力的比较
表1比较了各国8.8级和10.9级高强螺栓的设计预紧力。我国原GBJ17-88规范中规定的8.8级螺栓的预紧力值比其他国家低很多。 GB50017-2003已修订，根据调整，10.9级高强度螺栓的预紧力基本接近其他国家的标准。
表1 高强度螺栓预紧力值对比（kN）
等级 直径 中国 美国 欧洲
8.8级 M16 80 84.5 88
M20 125 124.5 127
M22 150 173.5 169
M24 175 226.8 197
M27 230 249.1
M30 280 315.8
10.9级 M16 100 106.7 110
M20 155 155.7 171
M22 190 218 211
M24 225 284.7 246
M27 290 355.8
M30 355 453.7
4.5 摩擦表面处理方法比较
我国法规规定，摩擦面的处理一般与钢结构的表面处理结合进行。处理后的表面应无飞边、毛刺和焊痕，并应保持干燥。出厂时必须附上三套相同材质和处理方法的部件，以便复核摩擦面的防滑系数。
表2列出了中国法规中常见的集中处理方式。
表2 中国标准摩擦表面处理方法
喷砂或喷丸
砂粒尺寸为1.2-1.4mm，喷砂时间为1-2min，喷砂方向为0.5Pa。
喷砂后红锈处理。喷砂后，露天放置60-90天会生锈。
喷砂后涂无机富锌漆，涂层厚度0.6-0.8um。
砂轮磨削 粗砂轮垂直于力的方向进行磨削。
手工钢丝刷
处理方法简单，但滑移系数较低。
美国AISC-LRFD规范规定，红锈表面可采用以下处理方法：
1）装配前用钢丝刷刷洗接触面，或镀锌后用喷丸去除电镀表面的熔融锌。
2）表面涂刷指定的无机富锌漆。
3）在密封状态下喷锌或喷铝。
欧洲Eurocode3规范规定，摩擦表面处理可根据滑动系数进行适当处理，最好采用喷砂或喷丸处理。如果采用火焰喷涂，则喷涂前必须对风蚀表面进行处理。
4.6 紧固方法比较
在中国规范中，有扭矩法和角度法两种方法来控制高强螺栓的施工拧紧。采用扭矩法时，螺栓应进行初拧和复拧，初拧扭矩和复拧扭矩均为施工扭矩的50%左右。螺栓拧紧顺序的一般原则应从接头刚度较大的部分向约束较小的方向进行，一般从中间向两侧或四周对称。在工作现场拧紧时，扭矩只能施加到螺母上。转角方法时，先用扳手将螺母紧贴板面拧紧，然后根据螺栓直径和板厚将螺母转动1/2～3/4圈。应用很简单，但不精确。
美国AISC-LRFD规范规定，采用扭矩控制法施加的螺栓预紧力为最小抗拉强度的70%，但采用扭矩法时，该值又增加5~10%。分两步拧紧螺栓。角度法中的角度值和角度误差也有详细规定。此时，各接头从刚性端到自由端依次拧紧。
欧洲Eurocode3规范规定扭矩控制法和角度法都是可接受的。采用扭矩控制方式紧固时，相应扭矩增加10%。角度法中，当接触面紧密接触时，旋转角度为：，其中； t——夹具总厚度； d——螺栓直径，或用冲击扳手拧紧至所需扭矩的3/4，然后拧紧90°~120°。
3 结论
本文对比了中国、美国、欧盟规范中关于摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓的相关规定。主要结论是：
1）文中列出的规范均要求摩擦式连接的螺栓必须按规范要求进行预拉，但承载力设计值的计算差异较大。
2）考虑螺栓孔对摩擦型高强螺栓连接计算的影响，AISC标准方法更为准确。
3）在拉伸设计中，GB没有考虑撬力对螺栓承载力的影响，而AISC规定计算承载力时，荷载产生的拉力应包括螺栓变形引起的撬力。连接器。
参考：
[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S]。
[2]AISC-LRFD 钢结构建筑规范 - 1999。
[3]AISC360-05 钢结构建筑规范，2005 年 3 月 9 日。
[4]ASTM A325-04 结构螺栓，钢，热处理，120/105 ksi 最小拉伸强度的标准规范。
[5]ASTM A325M-04 结构螺栓钢热处理最小拉伸强度 830 MPa 的标准规范。
[6]ASTM A490-04 结构螺栓标准规范，合金钢，热处理，最小拉伸强度 150 ksi。
[7]ASTM A490M-04 用于结构钢接头的 10.9 级和 10.9.3 级高强度钢螺栓标准规范。
[8]钢结构设计-EN1993 Eurocode3。
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