高強(qiáng)度螺栓連接
高強(qiáng)度螺栓連接已經(jīng)發(fā)展成為與焊接并舉的鋼結(jié)構(gòu)主要連接形式之一，它具有受力性能好、耐疲勞、抗震性能好、連接剛度高，施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)的工地連接中，成為鋼結(jié)構(gòu)安裝的主要手段之一。
高強(qiáng)度螺栓連接按其受力狀況，可分為摩擦型連接、摩擦-承壓型連接、承壓型連接和張拉型連接等幾種類(lèi)型，其中摩擦型連接是目前廣泛采用的基本連接形式。
(1)高強(qiáng)度螺栓種類(lèi)
高強(qiáng)度螺栓從外形上可分為大六角頭和扭剪型兩種；按性能等級(jí)可分為8.8級(jí)、10.9級(jí)、12.9級(jí)等，目前我國(guó)使用的大六角頭高強(qiáng)度螺栓有8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種，扭剪型高強(qiáng)度螺栓只有10.9級(jí)一種。
大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副：含一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、兩個(gè)墊圈（螺頭和螺母兩側(cè)各一個(gè)墊圈）。螺栓、螺母、墊圈在組成一個(gè)連接副時(shí)，其性能等級(jí)要匹配。
扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副：含一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、一個(gè)墊圈。螺栓、螺母、墊圈在組成一個(gè)連接副時(shí)，其性能等級(jí)要匹配。
高強(qiáng)度螺栓連接副實(shí)物的機(jī)械性能主要包括螺栓的抗拉荷載、螺母的保證荷載、及實(shí)物硬度等。對(duì)于高強(qiáng)度螺栓連接副，不論是10.9級(jí)和8.8級(jí)螺栓，所采用的墊圈是一致的，其硬度要求都是HV30 329～436（HRC35～45）。
（2）高強(qiáng)度螺栓施工
1）一般規(guī)定
①高強(qiáng)度螺栓連接在施工前應(yīng)對(duì)連接副實(shí)物和磨擦面進(jìn)行檢驗(yàn)和復(fù)驗(yàn)，合格后才能進(jìn)入安裝施工。
②對(duì)每一個(gè)連接接頭，應(yīng)先用臨時(shí)螺栓或沖釘定位，為防止損傷螺紋引起扭矩系數(shù)的變化，嚴(yán)禁把高強(qiáng)度螺栓作為臨時(shí)螺栓使用。對(duì)一個(gè)接頭來(lái)說(shuō)，臨時(shí)螺栓和沖釘?shù)臄?shù)量原則上應(yīng)根據(jù)該接頭可能承擔(dān)的荷載計(jì)算確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：
不得少于安裝螺栓總數(shù)的1/3；
不得少于兩個(gè)臨時(shí)螺栓；
沖釘穿入數(shù)量不宜多于臨時(shí)螺栓的30%。
③高強(qiáng)度螺栓的穿入，應(yīng)在結(jié)構(gòu)中心位置調(diào)整后進(jìn)行，其穿入方向應(yīng)以施工方便為準(zhǔn)，力求一致；安裝時(shí)要注意墊圈的正反面，即：螺母帶圓臺(tái)面的一側(cè)應(yīng)朝向墊圈有倒角的一側(cè)；對(duì)于大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副靠近螺頭一側(cè)的墊圈，其有倒角的一側(cè)朝向螺栓頭。
④高強(qiáng)度螺栓的安裝應(yīng)能自由穿入孔，嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入，如不能自由穿入時(shí)，該孔應(yīng)用鉸刀進(jìn)行修整，修整后孔的直徑應(yīng)小于1.2倍螺栓直徑。修孔時(shí)，為了防止鐵屑落入板迭縫中，鉸孔前應(yīng)將四周螺栓全部擰緊，使板迭密貼后再進(jìn)行，嚴(yán)禁氣割擴(kuò)孔。
⑤高強(qiáng)度螺栓連接中連接鋼板的孔徑略大于螺栓直徑，并必須采取鉆孔成型方法，鉆孔后的鋼板表面應(yīng)平整、孔邊無(wú)飛邊和毛刺，連接板表面應(yīng)無(wú)焊接飛濺物、油污等，螺栓孔徑及允許偏差見(jiàn)表6-11。
⑥高強(qiáng)度螺栓連接板螺栓孔的孔距及邊距除應(yīng)符合規(guī)范要求外，還應(yīng)考慮專(zhuān)用施工機(jī)具的可操作空間。
⑦高強(qiáng)度螺栓在終擰以后，螺栓絲扣外露應(yīng)為2至3扣，其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或4扣。
2）大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接施工
①扭矩法施工：對(duì)大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副來(lái)說(shuō)，當(dāng)扭矩系數(shù)k確定之后，由于螺栓的軸力（預(yù)拉力）P是由設(shè)計(jì)規(guī)定的，則螺栓應(yīng)施加的扭矩值M就可以根據(jù)公式（6-2）很容易地計(jì)算確定，根據(jù)計(jì)算確定的施工扭矩值，使用扭矩扳手（手支、電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)）按施工扭矩值進(jìn)行終擰，這就是扭矩法施工的原理。
扭矩值M與軸力（預(yù)拉力）P之間對(duì)應(yīng)關(guān)系：
M = K •D•P （6 - 2）
式中 D——螺栓公稱(chēng)直徑（mm）；
P——螺栓軸力，KN；
M——施加于螺母上扭矩值，KN•m；
K——扭矩系數(shù)
在確定螺栓的軸力P時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)拉力值，一般考慮螺栓的施工預(yù)拉力損失10%，即螺栓施工預(yù)拉力（軸力）P按1.1倍的設(shè)計(jì)預(yù)拉力取值。
螺栓在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中扭矩系數(shù)易發(fā)生變化，所以在工地安裝前一般都要進(jìn)行扭矩系數(shù)復(fù)檢，復(fù)檢合格后根據(jù)復(fù)驗(yàn)結(jié)果確定施工扭矩，并以此安排施工。
扭矩系數(shù)試驗(yàn)用螺栓、螺母、墊圈試樣，應(yīng)從同批螺栓副中隨機(jī)抽取，按批量大小一般取5～10套，試驗(yàn)狀態(tài)應(yīng)與螺栓使用狀態(tài)相同，試樣不允許重復(fù)使用。扭矩系數(shù)復(fù)驗(yàn)應(yīng)在國(guó)家認(rèn)可的有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行，試驗(yàn)所用的軸力計(jì)和扭矩扳手應(yīng)經(jīng)計(jì)量認(rèn)證。
在采用扭矩法終擰前，應(yīng)首先進(jìn)行初擰，對(duì)螺栓多的大接頭，還需進(jìn)行復(fù)擰。初擰的目的就是使連接接觸面密貼，螺栓“吃上勁”，一般常用規(guī)格螺栓(M20、M22、M24)的初擰扭矩在200-300N•m，螺栓軸力達(dá)到10-50kN即可，在實(shí)際操作中，可以讓一個(gè)操作工作用普通板手用自己的手力擰緊即可。
初擰、復(fù)擰及終擰的次序，一般地講都是從中間向兩邊或四周對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，初擰和終擰的螺栓都應(yīng)做不同的標(biāo)記，避免漏擰、超擰等不安全隱患，同時(shí)也便于檢查人員檢查緊固質(zhì)量。
②轉(zhuǎn)角法施工。因扭矩系數(shù)的離散性，特別是螺栓制造質(zhì)量或施工管理不善，扭矩系數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值（平均值和變異系數(shù)），在這種情況下采用扭矩法施工，即用扭矩值控制螺栓軸力的方法就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，欠擰或超擰問(wèn)題突出。為解決這一問(wèn)題，引入轉(zhuǎn)角法施工，即利用螺母旋轉(zhuǎn)角度以控制螺桿彈性伸長(zhǎng)量來(lái)控制螺栓軸向力的方法。
試驗(yàn)結(jié)果表明，螺栓在初擰以后，螺母的旋轉(zhuǎn)角度與螺栓軸向力成對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)螺栓受拉處于彈性范圍內(nèi)，兩者呈線性關(guān)系，因此根據(jù)這一線性關(guān)系，在確定了螺栓的施工預(yù)拉力（一般為1.1倍設(shè)計(jì)預(yù)拉力）后，就很容易得到螺母的旋轉(zhuǎn)角度，施工操作人員按照此旋轉(zhuǎn)角度緊固施工，就可以滿足設(shè)計(jì)上對(duì)螺栓預(yù)拉力的要求，這就是轉(zhuǎn)角法施工的基本原理。
高強(qiáng)度螺栓轉(zhuǎn)角法施工分初擰和終擰兩步進(jìn)行（必要時(shí)需增加復(fù)擰），初擰的要求比扭矩法施工要嚴(yán)，因?yàn)槠鸪踹B接板間隙的影響，螺母的轉(zhuǎn)角大都消耗于板縫，轉(zhuǎn)角與螺栓軸力關(guān)系極不穩(wěn)定，初擰的目的是為消除板縫影響，給終擰創(chuàng)造一個(gè)大體一致的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)角法施工在我國(guó)已有30多年的歷史，但對(duì)初擰扭矩的大小沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)工程根據(jù)具體情況確定，一般地講，對(duì)于常用螺栓（M20、M22、M24），初擰扭矩定在200～300 N•m比較合適，原則上應(yīng)該使連接板縫密貼為準(zhǔn)。終擰是在初擰的基礎(chǔ)上，再將螺母擰轉(zhuǎn)一定的角度，使螺栓軸向力達(dá)到施工預(yù)拉力。
高強(qiáng)度螺栓連接已經(jīng)發(fā)展成為與焊接并舉的鋼結(jié)構(gòu)主要連接形式之一，它具有受力性能好、耐疲勞、抗震性能好、連接剛度高，施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)的工地連接中，成為鋼結(jié)構(gòu)安裝的主要手段之一。
高強(qiáng)度螺栓連接按其受力狀況，可分為摩擦型連接、摩擦-承壓型連接、承壓型連接和張拉型連接等幾種類(lèi)型，其中摩擦型連接是目前廣泛采用的基本連接形式。
(1)高強(qiáng)度螺栓種類(lèi)
高強(qiáng)度螺栓從外形上可分為大六角頭和扭剪型兩種；按性能等級(jí)可分為8.8級(jí)、10.9級(jí)、12.9級(jí)等，目前我國(guó)使用的大六角頭高強(qiáng)度螺栓有8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種，扭剪型高強(qiáng)度螺栓只有10.9級(jí)一種。
大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副：含一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、兩個(gè)墊圈（螺頭和螺母兩側(cè)各一個(gè)墊圈）。螺栓、螺母、墊圈在組成一個(gè)連接副時(shí)，其性能等級(jí)要匹配。
扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副：含一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、一個(gè)墊圈。螺栓、螺母、墊圈在組成一個(gè)連接副時(shí)，其性能等級(jí)要匹配。
高強(qiáng)度螺栓連接副實(shí)物的機(jī)械性能主要包括螺栓的抗拉荷載、螺母的保證荷載、及實(shí)物硬度等。對(duì)于高強(qiáng)度螺栓連接副，不論是10.9級(jí)和8.8級(jí)螺栓，所采用的墊圈是一致的，其硬度要求都是HV30 329～436（HRC35～45）。
（2）高強(qiáng)度螺栓施工
1）一般規(guī)定
①高強(qiáng)度螺栓連接在施工前應(yīng)對(duì)連接副實(shí)物和磨擦面進(jìn)行檢驗(yàn)和復(fù)驗(yàn)，合格后才能進(jìn)入安裝施工。
②對(duì)每一個(gè)連接接頭，應(yīng)先用臨時(shí)螺栓或沖釘定位，為防止損傷螺紋引起扭矩系數(shù)的變化，嚴(yán)禁把高強(qiáng)度螺栓作為臨時(shí)螺栓使用。對(duì)一個(gè)接頭來(lái)說(shuō)，臨時(shí)螺栓和沖釘?shù)臄?shù)量原則上應(yīng)根據(jù)該接頭可能承擔(dān)的荷載計(jì)算確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：
不得少于安裝螺栓總數(shù)的1/3；
不得少于兩個(gè)臨時(shí)螺栓；
沖釘穿入數(shù)量不宜多于臨時(shí)螺栓的30%。
③高強(qiáng)度螺栓的穿入，應(yīng)在結(jié)構(gòu)中心位置調(diào)整后進(jìn)行，其穿入方向應(yīng)以施工方便為準(zhǔn)，力求一致；安裝時(shí)要注意墊圈的正反面，即：螺母帶圓臺(tái)面的一側(cè)應(yīng)朝向墊圈有倒角的一側(cè)；對(duì)于大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副靠近螺頭一側(cè)的墊圈，其有倒角的一側(cè)朝向螺栓頭。
④高強(qiáng)度螺栓的安裝應(yīng)能自由穿入孔，嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入，如不能自由穿入時(shí)，該孔應(yīng)用鉸刀進(jìn)行修整，修整后孔的直徑應(yīng)小于1.2倍螺栓直徑。修孔時(shí)，為了防止鐵屑落入板迭縫中，鉸孔前應(yīng)將四周螺栓全部擰緊，使板迭密貼后再進(jìn)行，嚴(yán)禁氣割擴(kuò)孔。
⑤高強(qiáng)度螺栓連接中連接鋼板的孔徑略大于螺栓直徑，并必須采取鉆孔成型方法，鉆孔后的鋼板表面應(yīng)平整、孔邊無(wú)飛邊和毛刺，連接板表面應(yīng)無(wú)焊接飛濺物、油污等，螺栓孔徑及允許偏差見(jiàn)表6-11。
⑥高強(qiáng)度螺栓連接板螺栓孔的孔距及邊距除應(yīng)符合規(guī)范要求外，還應(yīng)考慮專(zhuān)用施工機(jī)具的可操作空間。
⑦高強(qiáng)度螺栓在終擰以后，螺栓絲扣外露應(yīng)為2至3扣，其中允許有10%的螺栓絲扣外露1扣或4扣。
2）大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接施工
①扭矩法施工：對(duì)大六角頭高強(qiáng)度螺栓連接副來(lái)說(shuō)，當(dāng)扭矩系數(shù)k確定之后，由于螺栓的軸力（預(yù)拉力）P是由設(shè)計(jì)規(guī)定的，則螺栓應(yīng)施加的扭矩值M就可以根據(jù)公式（6-2）很容易地計(jì)算確定，根據(jù)計(jì)算確定的施工扭矩值，使用扭矩扳手（手支、電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)）按施工扭矩值進(jìn)行終擰，這就是扭矩法施工的原理。
扭矩值M與軸力（預(yù)拉力）P之間對(duì)應(yīng)關(guān)系：
M = K •D•P （6 - 2）
式中 D——螺栓公稱(chēng)直徑（mm）；
P——螺栓軸力，KN；
M——施加于螺母上扭矩值，KN•m；
K——扭矩系數(shù)
在確定螺栓的軸力P時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)拉力值，一般考慮螺栓的施工預(yù)拉力損失10%，即螺栓施工預(yù)拉力（軸力）P按1.1倍的設(shè)計(jì)預(yù)拉力取值。
螺栓在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中扭矩系數(shù)易發(fā)生變化，所以在工地安裝前一般都要進(jìn)行扭矩系數(shù)復(fù)檢，復(fù)檢合格后根據(jù)復(fù)驗(yàn)結(jié)果確定施工扭矩，并以此安排施工。
扭矩系數(shù)試驗(yàn)用螺栓、螺母、墊圈試樣，應(yīng)從同批螺栓副中隨機(jī)抽取，按批量大小一般取5～10套，試驗(yàn)狀態(tài)應(yīng)與螺栓使用狀態(tài)相同，試樣不允許重復(fù)使用。扭矩系數(shù)復(fù)驗(yàn)應(yīng)在國(guó)家認(rèn)可的有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行，試驗(yàn)所用的軸力計(jì)和扭矩扳手應(yīng)經(jīng)計(jì)量認(rèn)證。
在采用扭矩法終擰前，應(yīng)首先進(jìn)行初擰，對(duì)螺栓多的大接頭，還需進(jìn)行復(fù)擰。初擰的目的就是使連接接觸面密貼，螺栓“吃上勁”，一般常用規(guī)格螺栓(M20、M22、M24)的初擰扭矩在200-300N•m，螺栓軸力達(dá)到10-50kN即可，在實(shí)際操作中，可以讓一個(gè)操作工作用普通板手用自己的手力擰緊即可。
初擰、復(fù)擰及終擰的次序，一般地講都是從中間向兩邊或四周對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，初擰和終擰的螺栓都應(yīng)做不同的標(biāo)記，避免漏擰、超擰等不安全隱患，同時(shí)也便于檢查人員檢查緊固質(zhì)量。
②轉(zhuǎn)角法施工。因扭矩系數(shù)的離散性，特別是螺栓制造質(zhì)量或施工管理不善，扭矩系數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值（平均值和變異系數(shù)），在這種情況下采用扭矩法施工，即用扭矩值控制螺栓軸力的方法就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，欠擰或超擰問(wèn)題突出。為解決這一問(wèn)題，引入轉(zhuǎn)角法施工，即利用螺母旋轉(zhuǎn)角度以控制螺桿彈性伸長(zhǎng)量來(lái)控制螺栓軸向力的方法。
試驗(yàn)結(jié)果表明，螺栓在初擰以后，螺母的旋轉(zhuǎn)角度與螺栓軸向力成對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)螺栓受拉處于彈性范圍內(nèi)，兩者呈線性關(guān)系，因此根據(jù)這一線性關(guān)系，在確定了螺栓的施工預(yù)拉力（一般為1.1倍設(shè)計(jì)預(yù)拉力）后，就很容易得到螺母的旋轉(zhuǎn)角度，施工操作人員按照此旋轉(zhuǎn)角度緊固施工，就可以滿足設(shè)計(jì)上對(duì)螺栓預(yù)拉力的要求，這就是轉(zhuǎn)角法施工的基本原理。
高強(qiáng)度螺栓轉(zhuǎn)角法施工分初擰和終擰兩步進(jìn)行（必要時(shí)需增加復(fù)擰），初擰的要求比扭矩法施工要嚴(yán)，因?yàn)槠鸪踹B接板間隙的影響，螺母的轉(zhuǎn)角大都消耗于板縫，轉(zhuǎn)角與螺栓軸力關(guān)系極不穩(wěn)定，初擰的目的是為消除板縫影響，給終擰創(chuàng)造一個(gè)大體一致的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)角法施工在我國(guó)已有30多年的歷史，但對(duì)初擰扭矩的大小沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)工程根據(jù)具體情況確定，一般地講，對(duì)于常用螺栓（M20、M22、M24），初擰扭矩定在200～300 N•m比較合適，原則上應(yīng)該使連接板縫密貼為準(zhǔn)。終擰是在初擰的基礎(chǔ)上，再將螺母擰轉(zhuǎn)一定的角度，使螺栓軸向力達(dá)到施工預(yù)拉力。