钢结构用超国标范围高强度螺栓技术要求分析

[摘要]针对目前建筑钢结构用超出国家标准要求的高强度螺栓连接副在检测及施工安装过程中缺少技术要求参数的情况，本文结合国家现行相关标准以及工程个案的设计要求，对超标准螺栓的检测和施工安装各技术要求进行理论推算及分析，以满足超标螺栓使用及验收过程中各方面的需要。

[关键词]超标准，建筑钢结构，高强度螺栓连接副，技术要求

Analysis of Super-GB High-strength bolt’s Technical Requirements in Steel Structure Field

ShuangLing Yang1 Jun Li2

(1.Zhejiang Jinggong Preiss-Daimler Steel Building Co.,Ltd. Zhejiang:312030

2.Shandong Yijie Hongfeng Steel Structure Co.,Ltd. Shandong:262737)

[Abstract] In view of lacking of super-GB high-strength bolt’s technical parameters during testing and installation in steel structure field, this paper, on the basis of current national standard and design requirements of several engineering cases, theoretically calculates and analyzes the super-standardbolt’s technical requirements during testing, construction and installation, in order to satisfy the needs in the process of super-standard bolt’s application and acceptance.

[KeyWords] super-standard, construction steel structure, high strength bolt, technical requirements.

前 言

随着建筑钢结构的迅猛发展，高强度螺栓连接副在建筑钢结构中的应用越来越广泛，对高强度螺栓连接副的技术要求也越来越高，涉及到的超国家标准规范要求的高强度螺栓也越来越多。本文就目前常用超标准用高强度螺栓的实物机械性能进行分析。

钢结构用高强度螺栓现用国家标准内检测项目分析

钢结构用高强度螺栓分两类，一是大六角头高强度螺栓连接副（以下简称“大六角螺栓”），二是扭剪型高强度螺栓连接副（以下简称“扭剪型螺栓”）。大六角螺栓通过扭矩系数和外加扭矩来保证连接的摩擦力，对其的检验项目是通过控制其预拉力来测定扭矩，并最终计算出扭矩系数及其偏差。扭剪型螺栓通过专用扳手将螺栓端部的梅花头拧掉来控制螺栓的预拉力，从而来保证连接的摩擦力，对其的检验项目是拧掉梅花头时的预拉力（平均轴力）。

高强度螺栓目前标准规定：

扭剪型螺栓的现行国家标准为：GB/T 3632-2008《钢结构用扭剪型高强度螺栓边接副》，其中所包含的规格、检测项目及验收（依据标准GB/T 50205―2001《钢结构工程施工质量验收规范》）主控项目见表1，相应的具体技术参数详见相关国家标准。

大六角螺栓的现行国家标准为：GB/T1231-2006《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》，其中所包含的规格、技术要求及验收（依据标准GB/T 50205―2001《钢结构工程施工质量验收规范》）主控项目见表1备注，相应的具体技术参数详见相关国家标准。现场施工要求见表2：

注：1)国家标准JGJ82-1991的表3.4.10中对大六角螺栓现场施工预拉力做了具体的规定，但由于该规定给出的是最大值，考虑到实际操作过程便于控制以及两者所针对的对象，在此建议现场施工时参照国家验收标准GB/T 50205―2001；

2)标准GB/T 50205―2001和高强度螺栓产品标准（扭剪型螺栓）中的部分技术要求（紧固轴力）未能统一，在检测过程中，考虑到标准GB/T 50205―2001中的规格及数据不齐全，建议以产品标准为主，参考标准GB/T 50205―2001；

超标准规格高强度螺栓检测项目技术要求分析

M16~M30规格高强度螺栓的以上所列各技术参数在相关国家标准中都有详细规定。但M33、M36、M39等超国家标准范围规格的钢结构用高强度螺栓的技术参数在钢结构用高强度螺栓的产品标准中未用规定，由于该产品标准中的部分参数为通用参数（技术参数与螺栓直径无关），因此可作为超标准螺栓技术要求数据的参考（可参考的项目见表1）。在GB/T3098.1-2000 《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》中对以上三种规格螺栓的较多参数有详细规定，但对部分参数的规定较为笼统，以下就螺栓的部分级别（8.8级和10.9级）、部分规格（M33、M36、M39）的参数，根据规定非比例伸长应力σP0.2（以下简称屈服强度）的不同，就表3中各技术参数的推算依据及推算过程进行详细分解。

超标准规格高强度螺栓检测项目技术要求推算过程及结果

4.110.9级大六角高强度螺栓的预拉力和施工扭矩的推算（屈服强度为900~940）

4.1.1 推算依据

4.1.1.1标准GB/T3098.1-2000 《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》（表3 螺栓、螺钉和螺柱的机械和物理性能）中给出的10.9级和8.8级螺栓的屈服强度；

4.1.1.2标准GB/T3098.1-2000 《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》（表6 最小拉力载荷―粗牙螺纹）中给出的10.9级和8.8级螺纹的应力截面积（AS）；

4.1.1.3标准GB/T16823.3-1997 《螺纹紧固件拧紧实验方法》（条款7.1扭矩系数的计算式）中给出的轴力范围（螺栓屈服点或屈服极限的50%~80%）；

4.1.1.4标准GB/T 1231 -2006 《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》表B.0.4给出的预拉力。

4.1.2参数推算过程：

4.1.2.1产品标准中给出的预拉力与其屈服力的比值：通过对产品标准中已包含规格螺栓的预拉力P及其屈服力Fe的比例发现其为一个相对稳定值（表4）。

4.1.2.2预拉力值P 计算：依据表4中计算所得到的最大比值平均值和最小比值平均值，以及标准GB/T3098.1-2000 《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》给出的屈服强度和最小公称面积As，推算超标准范围螺栓的预拉力P（表5）.

4.1.2.3 施工扭矩Tc 计算：依据标准GB/T50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》中规定的施工扭矩计算公式（Tc=k*Pc*d）以及之前推算的预拉力，推算施工扭矩Tc（见表6）。

4.2同理推算8.8级M16及以下规格大六角螺栓的预拉力比例值、预拉力、施工扭矩（见表7）。

4.3同理推算8.8级M16以上规格大六角螺栓的预拉力比例值、预拉力、施工扭矩（见表8）。

4.4 扭剪型高强度螺栓的紧固轴力和标准偏差推算：

4.4.1 依据

4.4.1.1标准GB/T3098.1-2000 《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》（表3 螺栓、螺钉和螺柱的机械和物理性能）中给出的10.9级和8.8级螺栓的规定非比例伸长应力σP0.2；

4.4.1.2标准GB/T3098.1-2000 《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》（表6 最小拉力载荷――粗牙螺纹）中给出的10.9级和8.8级螺纹的应力截面积（AS）；

4.4.1.3标准GB/T16823.3-1997 《螺纹紧固件拧紧实验方法》（条款7.1扭矩系数的计算式）中给出的轴力范围（螺栓屈服点或屈服极限的50%~80%）；

4.4.1.4标准GB/T 3632-2008 《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》（条款5.3）给出的紧固轴力。

4.4.2 推算扭剪型高强度螺栓的比例值、紧固轴力及其标准偏差和变异系数（见表9）

分析

5.1 10.9级高强度螺栓推算的基本验证：针对公司某工程使用规格M36×170、等级为10.9S、材质为35GrMo的大六角头高强度螺栓，公司特委托上海市某权威检测机构进行了检测，其检测参数见下表10：

上表中的扭矩值T（4.1.2.3中的施工扭矩Tc）和预拉力值P（4.1.2.2中的预拉力值）都于推算范围相吻合，说明上述推算满足螺栓实际检测情况；

5.2 M16及以上规格8.8级螺栓的规定非比例伸长应力不同，但经过计算发现：最终计算所得的平均预拉力P及施工扭矩Tc其本相同。分析原因：其一，虽然其σP0.2较大，这也导致了其平均比例值的减小，从而使两者的综合最大预拉力其本相同，也即导致施工扭矩Tc的其本相同；

5.3 上述各参数的推论通过工程个案的实际使用，充分满足于超标准钢结构用高强度螺栓的复检和现场施工安装的各参数要求。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。