鋼結構用超國標范圍高強度螺栓技術要求分析

1、鋼結構用超國標范圍高強度螺栓技術要求分析楊雙領1李軍2(1.浙江精工結構有限公司浙江31030;2.山東頤杰鴻豐鋼構有限公司山東:262737 摘要針對目前建筑鋼結構用超出國家標準要求的高強度螺栓連接副在檢測及施工安裝過程中缺少技術要求參數(shù)的情況,本文結合國家現(xiàn)行相關標準以及工程個案的設計要求,對超標準螺栓的檢測和施工安裝各技術要求進行理論推算及分析,以滿足超標螺栓使用及驗收過程中各方面的需要。關鍵詞超標準,建筑鋼結構,高強度螺栓連接副,技術要求bolts TechnicalA nalysis of Super-GB High-strength boltRequirements in Stee

2、l Structure FieldShuangLing Yang1Jun Li2(1.Zhejiang Jinggong Preiss-Daimler Steel Building Co.,Ltd.Zhejiang:3120302.Shandong Yijie Hongfeng Steel Structure Co.,Ltd.Shandong:262737AbstractIn view of lacking of super-GB high-strength bolts technical parameters during testing and installation in steel

3、structure field,this paper,on the basis of current national standard and design requirements of several engineering cases,theoretically calculates and analyzes the super-standard bolts technical requirements during testing,construction and installation,in order to satisfy the needs in the process of

4、 super-standard bolts application and acceptance.KeyWordssuper-standard,construction steel structure,high strength bolt,technical requirements.1前言隨著建筑鋼結構的迅猛發(fā)展,高強度螺栓連接副在建筑鋼結構中的應用越來越廣泛,對高強度螺栓連接副的技術要求也越來越高,涉及到的超國家標準規(guī)范要求的高強度螺栓也越來越多。本文就目前常用超標準用高強度螺栓的實物機械性能進行分析。2鋼結構用高強度螺栓現(xiàn)用國家標準內檢測項目分析鋼結構用高強度螺栓分兩類,一是大六角頭高強

5、度螺栓連接副(以下簡稱“大六角螺栓”,二是扭剪型高強度螺栓連接副(以下簡稱“扭剪型螺栓”。大六角螺栓通過扭矩系數(shù)和外加扭矩來保證連接的摩擦力,對其的檢驗項目是通過控制其預拉力來測定扭矩,并最終計算出扭矩系數(shù)及其偏差。扭剪型螺栓通過專用扳手將螺栓端部的梅花頭擰掉來控制螺栓的預拉力,從而來保證連接的摩擦力,對其的檢驗項目是擰掉梅花頭時的預拉力(平均軸力。高強度螺栓目前標準規(guī)定:扭剪型螺栓的現(xiàn)行國家標準為:GB/T3632-2008鋼結構用扭剪型高強度螺栓邊接副,其中所包含的規(guī)格、檢測項目及驗收(依據(jù)標準GB/T502052001鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范主控項目見表1,相應的具體技術參數(shù)詳見相關國

6、家標準。表1:相關標準中高強度螺栓檢測主控項目及規(guī)格序號M16M20M22M24M27M30標準條款大六角項目超標準螺栓可參考項目一、GB/T3632-2008標準技術要求1化學成份 5.1大六角可參考2緊固軸力(扭矩系數(shù)及標準偏差 5.3大六角大六角的扭矩系數(shù)及標準偏差可參考4螺栓實物楔負載(或芯部硬度 5.2.1.2大六角可參考5螺栓脫碳實驗(參照GB/T3098.1-2000 5.2.1.3大六角可參考6螺母保載(參照GB/T3098.1-2000 5.2.2大六角可參考7螺母及墊圈硬度 5.2.3大六角可參考8表面及外形等 5.4大六角可參考二、GB/T502052001驗收主控項目1

7、緊固軸力+標準偏差或扭矩系數(shù)+標準偏差附錄B大六角大六角的扭矩系數(shù)及標準偏差可參考2變異系數(shù)可參考3外觀大六角可參考4最小拉力載荷 4.4.5大六角可參考三、JGJ82-1991設計要求1螺栓楔負載(參照GB/T3098.1-2000可參考2螺母保載(參照GB/T3098.1-2000可參考3螺母及墊圈硬度可參考4緊固軸力+變異系數(shù)四、GB/T502052001施工要求1初擰施工扭矩的0.13*Pc*d*50% (Pc 施工預拉力2復擰等于初擰序號M16M20M22M24M27M30標準條款大六角項目超標準螺栓可參考項目3終擰按施工扭矩扭緊注:1、扭剪型螺栓現(xiàn)場施工初擰扭矩值見國家標準GB/T

8、502052001的附錄B中表B.0.3;2、扭剪型螺栓緊固軸力見國家標準JGJ82-1991的表3.4.14。大六角螺栓的現(xiàn)行國家標準為:GB/T1231-2006鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件,其中所包含的規(guī)格、技術要求及驗收(依據(jù)標準GB/T502052001鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范主控項目見表1備注,相應的具體技術參數(shù)詳見相關國家標準。現(xiàn)場施工要求見表2:表2:大六角螺栓現(xiàn)場施工要求:序號現(xiàn)場施工要求項目備注1初擰施工扭矩的50%,2復擰等于初擰3終擰施工扭矩扭緊大六角高強度螺栓的施工扭矩:Tc=k*Pc*dTc施工扭矩(N*MK高強度螺栓連接副的扭矩系數(shù)平均值

9、,該值由螺栓復檢測得的平均值:Pc高強度螺栓施工預拉力(kN見GB/T502052001標準的附錄Bd高強度螺栓螺桿直徑(mm注:1國家標準JGJ82-1991的表3.4.10中對大六角螺栓現(xiàn)場施工預拉力做了具體的規(guī)定,但由于該規(guī)定給出的是最大值,考慮到實際操作過程便于控制以及兩者所針對的對象,在此建議現(xiàn)場施工時參照國家驗收標準GB/T502052001;2標準GB/T502052001和高強度螺栓產(chǎn)品標準(扭剪型螺栓中的部分技術要求(緊固軸力未能統(tǒng)一,在檢測過程中,考慮到標準GB/T502052001中的規(guī)格及數(shù)據(jù)不齊全,建議以產(chǎn)品標準為主,參考標準GB/T502052001;3超標準規(guī)格高

10、強度螺栓檢測項目技術要求分析M16M30規(guī)格高強度螺栓的以上所列各技術參數(shù)在相關國家標準中都有詳細規(guī)定。但M33、M36、M39等超國家標準范圍規(guī)格的鋼結構用高強度螺栓的技術參數(shù)在鋼結構用高強度螺栓的產(chǎn)品標準中未用規(guī)定,由于該產(chǎn)品標準中的部分參數(shù)為通用參數(shù)(技術參數(shù)與螺栓直徑無關,因此可作為超標準螺栓技術要求數(shù)據(jù)的參考(可參考的項目見表1。在GB/T3098.1-2000緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱中對以上三種規(guī)格螺栓的較多參數(shù)有詳細規(guī)定,但對部分參數(shù)的規(guī)定較為籠統(tǒng),以下就螺栓的部分級別(8.8級和10.9級、部分規(guī)格(M33、M36、M39的參數(shù),根據(jù)規(guī)定非比例伸長應力P0.2(以下簡稱屈

11、服強度的不同,就表3中各技術參數(shù)的推算依據(jù)及推算過程進行詳細分解。表3:超標準高強度螺栓目前標準未有詳細規(guī)定的項目參數(shù)序號M33M36M39本論文章節(jié)序號M33M36M39本論文章節(jié)一、高強度螺栓標準技術要求(含大六角和扭剪型1預拉力P 4.1.2.22緊固軸力 4.3二、GB/T502052001施工要求1施工扭矩Tc 4.1.2.3注:大六角高強度螺栓的施工扭矩:Tc=k*Pc*d4超標準規(guī)格高強度螺栓檢測項目技術要求推算過程及結果4.110.9級大六角高強度螺栓的預拉力和施工扭矩的推算(屈服強度為9009404.1.1推算依據(jù)4.1.1.1標準GB/T3098.1-2000緊固件機械性能

12、螺栓、螺釘和螺柱(表3螺栓、螺釘和螺柱的機械和物理性能中給出的10.9級和8.8級螺栓的屈服強度;4.1.1.2標準GB/T3098.1-2000緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱(表6最小拉力載荷粗牙螺紋中給出的10.9級和8.8級螺紋的應力截面積(A S;4.1.1.3標準GB/T16823.3-1997螺紋緊固件擰緊實驗方法(條款7.1扭矩系數(shù)的計算式中給出的軸力范圍(螺栓屈服點或屈服極限的50%80%;4.1.1.4標準GB/T1231-2006鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件表B.0.4給出的預拉力。4.1.2參數(shù)推算過程:4.1.2.1產(chǎn)品標準中給出的預拉力與其屈服

13、力的比值:通過對產(chǎn)品標準中已包含規(guī)格螺栓的預拉力P及其屈服力Fe的比例發(fā)現(xiàn)其為一個相對穩(wěn)定值(表4。表4:預拉力所占比例值計算 4.1.2.2預拉力值P計算:依據(jù)表4中計算所得到的最大比值平均值和最小比值平均值,以及標準GB/T3098.1-2000緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱給出的屈服強度和最小公稱面積As,推算超標準范圍螺栓的預拉力P(表5.表5:預拉力計算 4.1.2.3施工扭矩Tc計算:依據(jù)標準GB/T50205-2001鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范中規(guī)定的施工扭矩計算公式(Tc=k*Pc*d以及之前推算的預拉力,推算施工扭矩Tc(見表6。表6:施工扭矩推算 4.2同理推算8.8級M1

14、6及以下規(guī)格大六角螺栓的預拉力比例值、預拉力、施工扭矩(見表7。表 7： 8.8 級高強度螺栓的預拉力比例值、預拉力、施工扭矩 規(guī)格 項目 M39 640 976 M36 640 817 523000 0.765 0.634 400000 332000 366000 最大 最小 0.150 1976 0.110 1450 M33 640 694 444000 0.765 0.634 340000 282000 311000 最大 最小 0.150 1539 0.110 1129 屈服強度（N/mm2） 最小公稱面積 mm2 屈服力 Fe（N） 比例值（P/Fe） 預拉力值 P（N） 平均預拉力

15、值 P（N） 標準規(guī)定扭矩系數(shù) 施工扭矩 Tc（kN） 625000 0.765 0.634 478000 396000 437000 最大 最小 0.150 2256 0.110 1875 注：推算公式及推算過程與 10.9 級高強度螺栓相同 4.3 同理推算 8.8 級 M16 以上規(guī)格大六角螺栓的預拉力比例值、預拉力、 施工扭矩（見表 8） 。 表 8：M16 以上規(guī)格大六角螺栓 8.8 級高強度螺栓的預拉力比例值、預拉力、施工扭矩 規(guī)格 項目 屈服強度（N/mm2） 最小公稱面積 mm2 屈服力 Fe（N） 比例值（P/Fe） M39 最大 660 976 M36 最小 640 最大

16、660 817 539000 523000 0.741 0.634 400000 332000 366000 最大 最小 0.150 0.110 1976 1450 最小 640 最大 660 M33 最小 640 694 458000 444000 0.741 0.634 339000 282000 311000 最大 最小 0.150 0.110 1539 1129 644000 625000 0.741 0.634 預拉力值 P（N） 477000 396000 平均預拉力值 P（N） 437000 最大 最小 標準規(guī)定扭矩系數(shù) 0.150 0.110 2256 1875 施工扭矩 Tc

17、（kN） 注：推算公式及推算過程與 10.9 級高強度螺栓相同 4.4 扭剪型高強度螺栓的緊固軸力和標準偏差推算： 4.4.1 依據(jù) 4.4.1.1 標準 GB/T3098.1-2000 緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱 （表 3 螺栓、 螺釘和螺柱的機械和物理性能）中給出的 10.9 級和 8.8 級螺栓的規(guī)定非 比例伸長應力P0.2； 4.4.1.2 標準 GB/T3098.1-2000 緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱 （表 6 最小拉力載荷粗牙螺紋） 中給出的 10.9 級和 8.8 級螺紋的應力截面積 （AS） ； 4.4.1.3 標準 GB/T16823.3-1997 螺紋緊固件擰

18、緊實驗方法 （條款 7.1 扭 矩系數(shù)的計算式）中給出的軸力范圍（螺栓屈服點或屈服極限的 50%80%） ； 4.4.1.4 標準 GB/T 3632-2008 鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副 （條款 5.3）給出的緊固軸力。 4.4.2 推算扭剪型高強度螺栓的比例值、緊固軸力及其標準偏差和變異系數(shù) （見表 9） 表 9：扭剪型螺栓的比例值、施工扭矩、緊固軸力、標準偏差和變異系數(shù) 規(guī)格 項目 屈服強度（N/mm2） 最小公稱面積 mm 屈服力 Fe（kN） 比例值（P/Fe） 預拉力值（緊固軸力） （ N） 緊固軸力的標準偏差 2 M39 最大 940 M36 最小 900 M33 最小 90

19、0 公稱 920 976 最大 940 公稱 920 817 最大 940 公稱 920 694 最小 900 918 0.815 748 898 0.757 680 878 0.703 618 768 0.815 626 752 0.757 569 735 0.703 517 652 0.815 532 638 0.757 483 625 0.703 439 最大 61.8 最大 51.7 最大 43.9 變異系數(shù) 最大 10% 最大 10% 最大 10% 注：1 推算公式及推算過程與 10.9 級高強度螺栓相同; 2 緊固軸力的標準偏差等于緊固軸力下限值的 10參考（GB/T 3632-2

20、008）。 5 分析 5.1 10.9 級高強度螺栓推算的基本驗證：針對公司某工程使用規(guī)格 M36 × 170、等級為 10.9S、材質為 35GrMo 的大六角頭高強度螺栓，公司特委托上海市 某權威檢測機構進行了檢測，其檢測參數(shù)見下表 10： 表 10：大六角螺栓工程個案檢測數(shù)據(jù) 檢驗結果 檢驗項目 扭矩 T 預拉力 P（kN） 扭矩系數(shù) K 技術要求 1 2756 526 0.146 2 2723 518 0.146 3 2705 530 0.142 4 2784 519 0.149 5 2735 529 0.144 6 2778 522 0.148 7 2761 529 0.145 8 2735 523 0.145 單項 判定 符合 符合 扭矩系數(shù)平均值 0.1100.150 標準偏差n-1 0.0100 0.146 0.0022 注：施工扭矩 T 推薦值為 2650kN。 上表中的扭矩值 T（4.1.2.3 中的施工扭矩 Tc）和預拉力值 P（4.1.2.2 中的預 拉力值）都于推算范圍相吻合，說明上述推算滿足螺