螺栓的外观如图二所示,螺栓在螺栓头会标识其种类,如图三及四所示,以方便使用及施工管理 。
图二 螺栓外观及尺寸
图三 ASTM 高强度螺栓之标示
图四 JIS 高强度螺栓之标示
螺栓需配合螺帽及垫圈使用,螺栓、螺帽加上垫圈组成螺栓组,表四及表五分别为 ASTM 及 JIS 高强度螺栓组的组合 。耐候钢材应该配合耐候型螺栓、螺帽及垫圈使用 。
表四 ASTM 高强度螺栓组
注:螺帽除A563-B外,其余皆为重型六角形螺栓 。
表五 JIS 高强度螺栓组
另外垫圈可以避免螺栓或螺帽锁紧过程因旋转而伤及钢板,亦可分散螺栓顶部压力过于集中,此外,将垫圈在旋转端(螺栓头端或螺帽端)可以降低旋转面的摩擦力 。
03
螺栓轴拉力-轴向变形曲线
螺栓紧固过程会先锁到紧贴状态,所谓的紧贴状态就是使用专用的扳手拧螺栓数圈是结合面贴合之紧固状态 。紧密状态下的螺栓内已经承受了部分预拉力 。
图八为螺栓自贴紧情况开始,螺栓之轴拉轴向变形的曲线关系,横坐标为螺帽旋转圈数,等同于轴向变形,纵坐标为螺栓拉力,曲线至紧贴状态开始呈线性关系,然后在螺牙处会先屈服,曲线进入非线性阶段,紧接着螺牙处产生颈缩而强度开始下降,最后螺牙处断裂 。
图八 螺栓之轴拉力-轴向变形关系曲线
螺栓受拉力时,临界断面发生在螺牙处,螺牙的最大拉力强度为材料抗拉强度与涨紧力面As的乘积
。其中,
=0.75 至 0.79Abn = 每公分螺牙数 d=螺栓标准直径Ab=螺栓标准断面积(cm2)=πd/4 材料的屈服发生在螺牙的凹痕处,螺牙的屈服会发生在局限在局部区域,而螺栓的轴向拉变形的关系曲线并没明确的在那个时间点,螺栓在螺牙出屈服时的载重为 proof load,等于螺栓材料的屈服强度与张力面积的乘积,A325 螺栓的 proof load 约为自身抗拉强度的 70%,A490 螺栓的 proof load 约为自身抗拉强度的 80% 。
所以高强度螺栓在安装时需要加一预紧力 Tb,此预紧力为螺栓抗拉强度80%表八为 A325 与 A490 螺栓最小预紧力,表九为 JIS 螺栓最小预紧力 。
A572 螺栓的最小预拉力约等于其 proof load,A490 螺栓最小预紧力也很接近其 proof load,实际施工时预拉力会高出最小预紧力,因此螺栓在施加预紧力时基本上已经屈服 。
原则上,在不使用螺栓破坏,且不至使螺栓产生永久塑性变形至易产生松弛前提下,螺栓的预紧力越大越好 。
表八 A325 及 A490 螺栓最小预紧力
表九 JIS 螺栓最小预紧力
04
普通螺栓与高强度螺栓对比
普通螺栓可重复使用,高强度螺栓不可重复使用 。高强度螺栓一般由高强钢材制成(45号钢(8.8s),20MmTiB(10.9S),是预应力螺栓,摩擦型用扭矩扳手施加规定预应力,承压型拧掉梅花头 。普通螺栓一般由普通钢材(Q235)制成,只需拧紧即可 。普通螺栓一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级 。高强度螺栓一般为8.8级和10.9级,其中10.9级居多 。普通螺栓的螺孔不一定比高强度螺栓大 。实际上,普通螺栓螺孔比较小 。普通螺栓A、B级螺孔一般只比螺栓大0.3~0.5mm 。C级螺孔一般比螺栓大1.0~1.5mm 。摩擦型高强度螺栓靠摩擦力传递荷载,所以螺杆与螺孔之差可达1.5~2.0mm 。承压型高强度螺栓传力特性是保证在正常使用情况下,剪力不超过摩擦力,与摩擦型高强度螺栓相同 。当荷载再增大时,连接板间将发生相对滑移,连接依靠螺杆抗剪和孔壁承压来传力,与普通螺栓相同,所以螺杆与螺孔之差略小些,为1.0~1.5mm 。普通螺栓和高强度螺栓(公众号:泵管家)由于其设计的受力原理不同,其在施工检验方法上有极大的区别 。
同等级普通螺栓各项机械性能要求均比高强度螺栓略高,但高强度螺栓较普通螺栓多一项冲击功的验收要求 。
标识样式对比
普通螺栓和高强度螺栓的标示是对同等级螺栓现场识别的基本方法 。由于英美标准中对于高强度螺栓扭矩值计算的取值并不相同,所以识别两种标准的螺栓也有必要 。
价格对比
高强度螺栓:(M24,L60,8.8级)
普通螺栓:(M24,L60,8.8级)
可见普通螺栓大约为高强度螺栓价格的70%,结合其验收要求的对比,可以得出,其溢价部分就应该是为了保证材料的冲击功(韧性)性能 。
05
螺栓紧固方法
普通螺栓的紧固程度并无明确规定,锁紧时所施加的力一般只要连接紧密即可 。但因锁紧时未施加拉力,因此容易出现螺帽松弛脱落现象,为防止松脱的方法可用弹簧垫圈或采用双螺帽的方法由外螺帽将内螺帽压紧以防止两螺帽同步旋转而松弛 。
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