鋼結(jié)構(gòu)用超國標(biāo)范圍高強(qiáng)度螺栓技術(shù)要求分析

1、鋼結(jié)構(gòu)用超國標(biāo)范圍高強(qiáng)度螺栓技術(shù)要求分析楊雙領(lǐng)1李軍2(1.浙江精工結(jié)構(gòu)有限公司浙江31030;2.山東頤杰鴻豐鋼構(gòu)有限公司山東:262737 摘要針對(duì)目前建筑鋼結(jié)構(gòu)用超出國家標(biāo)準(zhǔn)要求的高強(qiáng)度螺栓連接副在檢測(cè)及施工安裝過程中缺少技術(shù)要求參數(shù)的情況,本文結(jié)合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及工程個(gè)案的設(shè)計(jì)要求,對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)螺栓的檢測(cè)和施工安裝各技術(shù)要求進(jìn)行理論推算及分析,以滿足超標(biāo)螺栓使用及驗(yàn)收過程中各方面的需要。關(guān)鍵詞超標(biāo)準(zhǔn),建筑鋼結(jié)構(gòu),高強(qiáng)度螺栓連接副,技術(shù)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(jié)構(gòu)的迅猛發(fā)展,高強(qiáng)度螺栓連接副在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛,對(duì)高強(qiáng)度螺栓連接副的技術(shù)要求也越來越高,涉及到的超國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的高強(qiáng)度螺栓也越來越多。本文就目前常用超標(biāo)準(zhǔn)用高強(qiáng)度螺栓的實(shí)物機(jī)械性能進(jìn)行分析。2鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓現(xiàn)用國家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)檢測(cè)項(xiàng)目分析鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓分兩類,一是大六角頭高強(qiáng)

5、度螺栓連接副(以下簡(jiǎn)稱“大六角螺栓”,二是扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副(以下簡(jiǎn)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(duì)其的檢驗(yàn)項(xiàng)目是通過控制其預(yù)拉力來測(cè)定扭矩,并最終計(jì)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(yù)拉力,從而來保證連接的摩擦力,對(duì)其的檢驗(yàn)項(xiàng)目是擰掉梅花頭時(shí)的預(yù)拉力(平均軸力。高強(qiáng)度螺栓目前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:扭剪型螺栓的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)為:GB/T3632-2008鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓邊接副,其中所包含的規(guī)格、檢測(cè)項(xiàng)目及驗(yàn)收(依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T502052001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范主控項(xiàng)目見表1,相應(yīng)的具體技術(shù)參數(shù)詳見相關(guān)國

6、家標(biāo)準(zhǔn)。表1:相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中高強(qiáng)度螺栓檢測(cè)主控項(xiàng)目及規(guī)格序號(hào)M16M20M22M24M27M30標(biāo)準(zhǔn)條款大六角項(xiàng)目超標(biāo)準(zhǔn)螺栓可參考項(xiàng)目一、GB/T3632-2008標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求1化學(xué)成份 5.1大六角可參考2緊固軸力(扭矩系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差 5.3大六角大六角的扭矩系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差可參考4螺栓實(shí)物楔負(fù)載(或芯部硬度 5.2.1.2大六角可參考5螺栓脫碳實(shí)驗(yàn)(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(yàn)收主控項(xiàng)目1

7、緊固軸力+標(biāo)準(zhǔn)偏差或扭矩系數(shù)+標(biāo)準(zhǔn)偏差附錄B大六角大六角的扭矩系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)要求1螺栓楔負(fù)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(yù)拉力2復(fù)擰等于初擰序號(hào)M16M20M22M24M27M30標(biāo)準(zhǔn)條款大六角項(xiàng)目超標(biāo)準(zhǔn)螺栓可參考項(xiàng)目3終擰按施工扭矩扭緊注:1、扭剪型螺栓現(xiàn)場(chǎng)施工初擰扭矩值見國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)JGJ82-1991的表3.4.14。大六角螺栓的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)為:GB/T1231-2006鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術(shù)條件,其中所包含的規(guī)格、技術(shù)要求及驗(yàn)收(依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T502052001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范主控項(xiàng)目見表1備注,相應(yīng)的具體技術(shù)參數(shù)詳見相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)施工要求見表2:表2:大六角螺栓現(xiàn)場(chǎng)施工要求:序號(hào)現(xiàn)場(chǎng)施工要求項(xiàng)目備注1初擰施工扭矩的50%,2復(fù)擰等于初擰3終擰施工扭矩扭緊大六角高強(qiáng)度螺栓的施工扭矩:Tc=k*Pc*dTc施工扭矩(N*MK高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)平均值

9、,該值由螺栓復(fù)檢測(cè)得的平均值:Pc高強(qiáng)度螺栓施工預(yù)拉力(kN見GB/T502052001標(biāo)準(zhǔn)的附錄Bd高強(qiáng)度螺栓螺桿直徑(mm注:1國家標(biāo)準(zhǔn)JGJ82-1991的表3.4.10中對(duì)大六角螺栓現(xiàn)場(chǎng)施工預(yù)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(shí)際操作過程便于控制以及兩者所針對(duì)的對(duì)象,在此建議現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)參照國家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)GB/T502052001;2標(biāo)準(zhǔn)GB/T502052001和高強(qiáng)度螺栓產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(扭剪型螺栓中的部分技術(shù)要求(緊固軸力未能統(tǒng)一,在檢測(cè)過程中,考慮到標(biāo)準(zhǔn)GB/T502052001中的規(guī)格及數(shù)據(jù)不齊全,建議以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為主,參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T502052001;3超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格高

10、強(qiáng)度螺栓檢測(cè)項(xiàng)目技術(shù)要求分析M16M30規(guī)格高強(qiáng)度螺栓的以上所列各技術(shù)參數(shù)在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中都有詳細(xì)規(guī)定。但M33、M36、M39等超國家標(biāo)準(zhǔn)范圍規(guī)格的鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓的技術(shù)參數(shù)在鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中未用規(guī)定,由于該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的部分參數(shù)為通用參數(shù)(技術(shù)參數(shù)與螺栓直徑無關(guān),因此可作為超標(biāo)準(zhǔn)螺栓技術(shù)要求數(shù)據(jù)的參考(可參考的項(xiàng)目見表1。在GB/T3098.1-2000緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱中對(duì)以上三種規(guī)格螺栓的較多參數(shù)有詳細(xì)規(guī)定,但對(duì)部分參數(shù)的規(guī)定較為籠統(tǒng),以下就螺栓的部分級(jí)別(8.8級(jí)和10.9級(jí)、部分規(guī)格(M33、M36、M39的參數(shù),根據(jù)規(guī)定非比例伸長應(yīng)力P0.2(以下簡(jiǎn)稱屈

11、服強(qiáng)度的不同,就表3中各技術(shù)參數(shù)的推算依據(jù)及推算過程進(jìn)行詳細(xì)分解。表3:超標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)度螺栓目前標(biāo)準(zhǔn)未有詳細(xì)規(guī)定的項(xiàng)目參數(shù)序號(hào)M33M36M39本論文章節(jié)序號(hào)M33M36M39本論文章節(jié)一、高強(qiáng)度螺栓標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求(含大六角和扭剪型1預(yù)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(qiáng)度螺栓的施工扭矩:Tc=k*Pc*d4超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格高強(qiáng)度螺栓檢測(cè)項(xiàng)目技術(shù)要求推算過程及結(jié)果4.110.9級(jí)大六角高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力和施工扭矩的推算(屈服強(qiáng)度為9009404.1.1推算依據(jù)4.1.1.1標(biāo)準(zhǔn)GB/T3098.1-2000緊固件機(jī)械性能

12、螺栓、螺釘和螺柱(表3螺栓、螺釘和螺柱的機(jī)械和物理性能中給出的10.9級(jí)和8.8級(jí)螺栓的屈服強(qiáng)度;4.1.1.2標(biāo)準(zhǔn)GB/T3098.1-2000緊固件機(jī)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(jí)和8.8級(jí)螺紋的應(yīng)力截面積(A S;4.1.1.3標(biāo)準(zhǔn)GB/T16823.3-1997螺紋緊固件擰緊實(shí)驗(yàn)方法(條款7.1扭矩系數(shù)的計(jì)算式中給出的軸力范圍(螺栓屈服點(diǎn)或屈服極限的50%80%;4.1.1.4標(biāo)準(zhǔn)GB/T1231-2006鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術(shù)條件表B.0.4給出的預(yù)拉力。4.1.2參數(shù)推算過程:4.1.2.1產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中給出的預(yù)拉力與其屈服

13、力的比值:通過對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中已包含規(guī)格螺栓的預(yù)拉力P及其屈服力Fe的比例發(fā)現(xiàn)其為一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定值(表4。表4:預(yù)拉力所占比例值計(jì)算 4.1.2.2預(yù)拉力值P計(jì)算:依據(jù)表4中計(jì)算所得到的最大比值平均值和最小比值平均值,以及標(biāo)準(zhǔn)GB/T3098.1-2000緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱給出的屈服強(qiáng)度和最小公稱面積As,推算超標(biāo)準(zhǔn)范圍螺栓的預(yù)拉力P(表5.表5:預(yù)拉力計(jì)算 4.1.2.3施工扭矩Tc計(jì)算:依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定的施工扭矩計(jì)算公式(Tc=k*Pc*d以及之前推算的預(yù)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(jí)M1

14、6及以下規(guī)格大六角螺栓的預(yù)拉力比例值、預(yù)拉力、施工扭矩(見表7。表 7： 8.8 級(jí)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力比例值、預(yù)拉力、施工扭矩 規(guī)格 項(xiàng)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(qiáng)度（N/mm2） 最小公稱面積 mm2 屈服力 Fe（N） 比例值（P/Fe） 預(yù)拉力值 P（N） 平均預(yù)拉力

15、值 P（N） 標(biāo)準(zhǔn)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(jí)高強(qiáng)度螺栓相同 4.3 同理推算 8.8 級(jí) M16 以上規(guī)格大六角螺栓的預(yù)拉力比例值、預(yù)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(jí)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力比例值、預(yù)拉力、施工扭矩 規(guī)格 項(xiàng)目 屈服強(qiáng)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(yù)拉力值 P（N） 477000 396000 平均預(yù)拉力值 P（N） 437000 最大 最小 標(biāo)準(zhǔn)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(jí)高強(qiáng)度螺栓相同 4.4 扭剪型高強(qiáng)度螺栓的緊固軸力和標(biāo)準(zhǔn)偏差推算： 4.4.1 依據(jù) 4.4.1.1 標(biāo)準(zhǔn) GB/T3098.1-2000 緊固件機(jī)械性能 螺栓、螺釘和螺柱 （表 3 螺栓、 螺釘和螺柱的機(jī)械和物理性能）中給出的 10.9 級(jí)和 8.8 級(jí)螺栓的規(guī)定非 比例伸長應(yīng)力P0.2； 4.4.1.2 標(biāo)準(zhǔn) GB/T3098.1-2000 緊固件機(jī)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(jí)和 8.8 級(jí)螺紋的應(yīng)力截面積 （AS） ； 4.4.1.3 標(biāo)準(zhǔn) GB/T16823.3-1997 螺紋緊固件擰

18、緊實(shí)驗(yàn)方法 （條款 7.1 扭 矩系數(shù)的計(jì)算式）中給出的軸力范圍（螺栓屈服點(diǎn)或屈服極限的 50%80%） ； 4.4.1.4 標(biāo)準(zhǔn) GB/T 3632-2008 鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)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(qiáng)度螺栓的比例值、緊固軸力及其標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù) 規(guī)格 項(xiàng)目 屈服強(qiáng)度（N/mm2） 最小公稱面積 mm 屈服力 Fe（kN） 比例值（P/Fe） 預(yù)拉力值（緊固軸力） （ N） 緊固軸力的標(biāo)準(zhǔn)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(jí)高強(qiáng)度螺栓相同; 2 緊固軸力的標(biāo)準(zhǔn)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(jí)高強(qiáng)度螺栓推算的基本驗(yàn)證：針對(duì)公司某工程使用規(guī)格 M36 × 170、等級(jí)為 10.9S、材質(zhì)為 35GrMo 的大六角頭高強(qiáng)度螺栓，公司特委托上海市 某權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了檢測(cè)，其檢測(cè)參數(shù)見下表 10： 表 10：大六角螺栓工程個(gè)案檢測(cè)數(shù)據(jù) 檢驗(yàn)結(jié)果 檢驗(yàn)項(xiàng)目 扭矩 T 預(yù)拉力 P（kN） 扭矩系數(shù) K 技術(shù)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(xiàng) 判定 符合 符合 扭矩系數(shù)平均值 0.1100.150 標(biāo)準(zhǔn)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(yù)拉力值 P（4.1.2.2 中的預(yù) 拉力值）都于推算范圍相吻合，說明上述推算滿足螺