钢结构高强度螺栓抗滑移系数的影响因素

摘 要：简要介绍了高强度螺栓的种类、连接特点等；重点阐述了高强度螺栓连接施工中的主要控制指标及影响因素：扭矩系数、紧固轴力（预拉力）、抗滑移系数；从高强度螺栓连接副、连接件板材等方面对有关影响因素进行了详细分析，提出了预控方法。

关键词：高强度螺栓；扭矩系数；紧固轴力（预拉力）；抗滑移系数；影响因素

1 概述

近年来，钢结构高强度螺栓连接已经发展为与焊接并举的钢结构主要连接形式之一，它具有结构受力性能简单明确（耐疲劳、抗震性能好，连接刚度高）、施工（制作、运输、安装、维修）方便、施工周期短等优点，被广泛应用在建筑钢结构和设备基础、构架、管廊等钢结构的工程连接中。

钢结构高强度螺栓连接按其受力状况，可分为摩擦型、摩擦-承压型、承压型和张拉型连接等几种类型。其中的摩擦型连接是目前广泛被采用的基本连接形式，其主要连接件――钢结构高强度螺栓，从外形上可分为大六角头螺栓和扭剪型螺栓两种；按性能等级可分为8.8级、10.9级等。目前我国使用的大六角头螺栓有8.8级和10.9级两种。

钢结构高强度螺栓连接一般用于直接承受动力荷载的重要结构，主要特点是通过接触摩擦面来传递剪力，其连接强度、防松性能直接关系工程质量。

2 影响钢结构高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的因素

高强度大六角头螺栓连接副的扭矩系数和扭剪型高强度螺栓连接副的紧固轴力（预拉力）是影响高强度螺栓连接质量最主要的因素，也是施工的重要依据。抗滑移系数是高强度螺栓连接的主要设计参数之一，直接影响构件的承载力。构件摩擦面无论是由制造厂处理还是由现场处理，均应对抗滑移系数进行测试，测得的抗滑移系数最小值应符合设计要求。扭矩系数、紧固轴力（预拉力）、抗滑移系数是高强度螺栓施工中应重点控制的指标。需对其影响因素加以分析、预控。

2.1 高强度螺栓连接副的影响

（1）扭矩系数（或紧固轴力）的因素：扭矩系数（或紧固轴力）是钢结构高强度螺栓连接副检测的主要参数之一，它的数值大小也一直影响着钢结构高强度螺栓抗滑移系数实测值，是影响抗滑移系数的主要因素，只有在扭矩系数合格的基础上，才能做抗滑移系数。在检测抗滑移系数之前，大六角头钢结构高强度螺栓连接件组装时需要测定施加于螺母上的施拧扭矩值T，K值反映螺栓连接副的扭矩与轴力的关系。如果螺栓强度一定，扭矩一定，则扭矩系数K与紧固轴力（预拉力）P成反比，即扭矩系数越小，则产生的紧固轴力越大；如果扭矩系数越大，则产生的紧固轴力越小。当扭矩系数小到一定的程度，在一定的扭矩作用下预紧力超过了螺栓的强度极限，高强度螺栓就会产生断头的现象；反之，扭矩系数过大，则产生的紧固轴力就会过小，螺栓连接副就达不到锁紧的功能，连接副就会产生松动。扭矩系数属于摩擦系数的范畴，是指在扭转状况下的摩擦系数。通过螺纹间以及支撑面与加紧面的摩擦力的大小来决定扭矩系数的大小。摩擦分有效摩擦和无效摩擦两种。螺栓与螺母之间的摩擦是有效摩擦，通过施加扭矩，有效摩擦会使螺栓螺母逐渐锁紧，对安装起积极的作用，而垫圈与夹紧面的摩擦是无效摩擦，因此在安装时应尽量减少和避免。

（2）螺栓预拉力的因素：从扭矩系数的计算公式K=T/P・d中可以看出螺栓预拉力P在公式中直接影响到扭矩系数，P（kN）应控制在规定的范围内。

（3）螺栓存放、运输、装卸的因素。《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ 82-2011第6.1.5条规定：钢结构高强度螺栓连接副的保管时间不应超过6个月，当保管时间超过6个月后使用时，必须按要求重新进行扭矩系数或紧固轴力试验。因此除要具备一般的高强度螺栓的机械性能外，在连接过程中更强调扭矩系数的稳定性，只有扭矩系数稳定了，抗滑移系数才能得到保证。钢结构高强度螺栓在生产工艺中进行了表面磷化处理，主要是为了增加扭矩系数的稳定性。

2.2 钢结构高强度螺栓连接件板材的影响。

（1）连接件板材材质的因素：钢结构高强度螺栓连接件板材通常采用Q235和Q345两种普通钢材。在做抗滑移系数检验时，试件钢板的厚度应根据钢结构工程中有代表性的板材厚度来确定，同时考虑在摩擦面滑移之前，连接件所用的钢板的净截面始终处于弹性状态，也就是说在拉伸连接件时所测得的滑移荷载值是在钢板没有变形之前（屈服之前）所得的力值，这样最终利用滑移荷载值计算出来的抗滑移系数才是有效的。

（2）连接件板材摩擦面处理因素：钢结构高强度螺栓连接件板材中，其不同的表面处理方式对抗滑移系数的影响是不同的：当设计摩擦面抗滑移系数值大（如0.45、0.55）时，连接件宜采用喷砂、抛丸、喷砂（丸）后生赤锈的表面处理方法完成；当抗滑移系数值小（如0.30、0.35）时，宜采用人工除锈、喷砂（丸）后涂无机富锌漆、镀锌表面的表面处理方法。

（3）连接件板材摩擦面的重复使用因素：抗滑移系数试验用的板材试件应是没有经过拉伸用过的材料，拉伸用过的试件由于板材的内部结构发生了质的变化，屈服强度也提高了许多，摩擦面也有了变化，有的甚至发生了变形，这样再用的话，势必影响抗滑移系数的大小。

（4）连接件板材组装因素。连接件板材上的高强度螺栓孔径应略大于螺栓直径，不应采用气割扩孔，应用钻孔成型方法；螺栓孔应能保证高强度螺栓自由穿入，严禁强行穿入，否则容易损伤螺丝，进而影响扭矩系数和施拧扭矩，造成抗滑移系数不准。

（5）试验仪器精度的影响。施拧用的扭矩扳手在用前必须进行标定，其扭矩误差不得超过2%。螺栓预拉力用轴力计，其误差不得大于测定螺栓预拉力的2%，轴力计的最小示值应在1kN以下。测抗滑移系数用的拉力试验机误差应在1%以内。

（6）试验过程的影响。抗滑移系数试验应采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件，连接件板材在紧固高强度螺栓时应分初拧、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右；终拧扭矩由公式T=K・P・d求得。加载时，应先加10%的抗滑移设计荷载值，停1min后，再平稳加载，加载速度为3～5kN/s，直拉至滑动破坏，测得滑移荷载NV在试验中当发生以下情况之一时，所对应的荷载可定为试件的滑移荷载：试验机发生回针现象；试件侧面画线发生错动；X-Y记录仪上变形曲线发生突变；试件突然发生“嘣”的响声。最后根据试验所测得的滑移荷载Nv和螺栓预拉力P的实测值，按公式：？滋=Nv/nf・ΣPi计算出抗滑移系数。

3 结束语

现如今，钢结构高强度螺栓连接工程普遍存在，其中暴露出的问题也越来越多，因素也是错综复杂，除施工过程质量控制不力的原因外，高强度螺栓质量差，连接件抗滑移系数不好也时有发生。为保证钢结构高强度螺栓连接工程的质量，需要我们在平时的工作中不断总结，找出更多的影响因素，分析原因，使钢结构高强度螺栓连接工程处于受控的境地。

参考文献

[1]GB50205-2001.钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ82-2011.钢结构高强度螺栓连接技术规程[S].