高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)的試驗(yàn)分析

1、 高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)的試驗(yàn)分析湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院 胡軼 關(guān)鍵詞高強(qiáng)度螺栓 連接摩擦面 抗滑移系數(shù) 試驗(yàn)分析摘要闡述了摩擦面試件制備的基本要求、試驗(yàn)方法及試驗(yàn)程序、試驗(yàn)用檢測(cè)儀器設(shè)備及人員三方面對(duì)其檢測(cè)結(jié)果的影響，并進(jìn)行了分析。 高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)試驗(yàn)是GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中的強(qiáng)制性條文檢測(cè)項(xiàng)目，摩擦面抗滑移系數(shù)也是鋼結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一，其試驗(yàn)結(jié)果必須符合設(shè)計(jì)要求。1 摩擦面試件制備的基本要求根據(jù)GB50205-2001規(guī)定，制造廠和安裝單位應(yīng)分別以鋼結(jié)構(gòu)制造批為單位進(jìn)行抗滑移系數(shù)試驗(yàn)。制造批可按分部（子分部）工程劃分規(guī)定的工程量每2

2、000t為一批，不足2000t的可視為一批。選用兩種或兩種以上表面處理工藝時(shí)，每種處理工藝應(yīng)單獨(dú)檢驗(yàn)。每批三組試件?？够葡禂?shù)試驗(yàn)應(yīng)采用雙摩擦面的二栓拼接的拉力試件，由制造廠加工，試件與所代表的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)為同一材質(zhì)、同批制作、采用同一摩擦面處理工藝和具有相同的表面狀態(tài)，并應(yīng)用同批同一性能等級(jí)的高強(qiáng)螺栓連接副，在同一環(huán)境條件下存放。1.1 試件鋼板的厚度要求 試件連接芯板的厚度t1、蓋板的厚度t2應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程中有代表性的板材厚度來確定，同時(shí)考慮在摩擦面滑移之前，試件鋼板的凈截面始終處于彈性狀態(tài)。GB50205-2001中規(guī)定了試件鋼板的寬度（表1），但沒規(guī)定厚度及材質(zhì)。如果鋼板厚度不夠，試

3、驗(yàn)中就會(huì)出現(xiàn)鋼板先變形屈服，而摩擦面還未產(chǎn)生滑移，從而無法測(cè)得試件的抗滑移系數(shù)。表1 試件板的寬度（mm）螺栓直徑d162022242730板寬b100100105110120120 舉個(gè)例子，有委托送檢的試件：M20高強(qiáng)螺栓連接厚度t1、t2均為12mm，寬度b為100mm的Q235鋼板，設(shè)計(jì)抗滑移系數(shù)為0.45。試驗(yàn)中鋼板拉伸先破壞而摩擦面還未產(chǎn)生滑移，無法測(cè)得試件的抗滑移系數(shù)。很顯然，試件鋼板厚度過薄不符合要求。 在確保試件和工程中構(gòu)件所用摩擦面是同材質(zhì)、同處理方法的前提下，可通過二種方法解決這個(gè)問題。 （1）計(jì)算制作試件的最小板厚 在摩擦面滑移之前，鋼板的凈截面始終處于彈性狀態(tài)即鋼板受

4、力尚未達(dá)到屈服點(diǎn)，簡(jiǎn)單的說就是鋼板的屈服點(diǎn)必須大于使摩擦面發(fā)生滑移的滑移菏載。因此通過已知試件設(shè)計(jì)滑移系數(shù)、滑移菏載Nv、高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力P、試件鋼板屈服強(qiáng)度s，運(yùn)用下列公式即可計(jì)算出試件鋼板的最小厚度：=NV/（nf.Pi）NV=.nf.Pi。t1NV/s.(b-d)t2t1/2式中 nf摩擦面面數(shù),取nf=2; t1連接芯板的厚度; t2蓋板的厚度; b試件板的寬度; d螺栓的公稱直徑 (2)適當(dāng)加大板寬至120mm 按表1規(guī)定，螺栓直徑16、20、22、24的摩擦面試件板寬均不到120mm，考慮到將板寬加寬至120mm，這樣在保證鋼板凈截面積不變的情況下，鋼板的厚度會(huì)略有減小。但是要注意鋼

5、板寬度不能隨意加大，一旦超過試驗(yàn)機(jī)夾具的寬度，就可能會(huì)產(chǎn)生偏心受拉現(xiàn)象，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 通過計(jì)算，選取符合要求的鋼板加工試件，就不會(huì)再產(chǎn)生摩擦面尚未滑移受拉鋼板已變形這一現(xiàn)象。試驗(yàn)室在收樣時(shí)應(yīng)注意拒收此類試樣并對(duì)委托方予以解釋。1.2 螺栓的長度 螺栓的長度取決于連接芯板、蓋板、墊圈、螺母的厚度，在已知鋼板厚度、螺栓直徑時(shí)，可通過表2用下列公式計(jì)算螺栓最小長度。表2 螺栓直徑、螺母、及墊圈厚度（mm）螺栓直徑d162022242730螺母厚度mmax17.120.723.624.227.630.7墊圈厚度smax4.84.85.85.85.85.8 大六角螺栓lt1+2t2+mmax+

6、2smax+3 扭剪型螺栓lt1+2t2+mmax+smax+3 解決這個(gè)問題有二種方法： （1）在保證鋼板滿足最小厚度的前提下，適當(dāng)減小鋼板厚度，使螺栓長度符合要求。 （2）提前定制同批加長螺栓。根據(jù)GB/T1231-2006，同一廠家的同一性能等級(jí)、材料、爐號(hào)、螺紋規(guī)格、長度（螺栓長度100mm時(shí)，長度相差15mm；螺栓長度100mm時(shí)，長度相差20mm，可視為同一長度）、機(jī)械加工、熱處理工藝、表面處理工藝的螺栓視為同批。 1.3 螺栓、墊圈、螺母質(zhì)量 一般摩擦面試件、高強(qiáng)螺栓應(yīng)同時(shí)委托送檢，且高強(qiáng)螺栓樣品應(yīng)與摩擦面試件所用螺栓等級(jí)規(guī)格相同。先檢測(cè)高強(qiáng)螺栓扭矩系數(shù)（大六角型）、螺栓預(yù)拉力或

7、緊固軸力（扭剪型），螺栓檢測(cè)合格后才檢測(cè)摩擦面抗滑移試件，螺栓檢測(cè)不合格須更換合格的螺栓。同批螺栓連接副應(yīng)由同批螺栓、墊圈、螺母組成。 墊圈質(zhì)量也很重要，試驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生因墊圈質(zhì)量問題直接導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不合格。尤其不同強(qiáng)度級(jí)別的螺栓墊圈不能混用。1.4試件加工 試件加工這個(gè)環(huán)節(jié)直接影響試驗(yàn)結(jié)果。 （1）試件鋼板不平整、變形，板邊緣有飛邊、毛刺、焊瘤，導(dǎo)致試件拼裝時(shí)摩擦面不能完全接觸，減小摩擦面接觸面積，最終影響試驗(yàn)結(jié)果。 （2）應(yīng)該噴砂、拋丸或自然生銹的試件表面處理不到位。 （3）蓋板、芯板螺栓孔錯(cuò)位，孔邊毛刺處理不當(dāng)。加工鉆孔要確保對(duì)齊不錯(cuò)位。 （4）加工好的試件應(yīng)存放在干燥處，避免水淋、油污

8、。2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)程序2.1試件拼裝 有的送檢試件已拼裝好，且螺栓都已擰緊。這樣試驗(yàn)中無法判斷試件拼裝是否按標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行，也無法判斷其施擰扭矩為多大（大六角頭型），就更無法進(jìn)行下步的抗滑移系數(shù)的計(jì)算。甚至個(gè)別送檢試件,由于加工拼裝不當(dāng),螺栓孔鍵拱起,直接影響試驗(yàn)結(jié)果。要注意拼裝好的試件芯板應(yīng)盡可能的合攏對(duì)齊。2.2螺栓預(yù)拉力 GB50205-2001中提供了高強(qiáng)螺栓連接副施工預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值。要注意不能把在試驗(yàn)中拼裝試件時(shí)施加的螺栓預(yù)拉力，作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行試驗(yàn)，而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤。 GB50205-2001中明確規(guī)定拼裝試件施加的螺栓預(yù)拉力應(yīng)是高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)預(yù)拉力值的0.951.05P，但是其未直接提供高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)預(yù)拉力。而施工預(yù)拉力高于設(shè)計(jì)預(yù)拉力，如果選擇錯(cuò)誤，將直接影響試驗(yàn)結(jié)果。2.3試件滑移荷載的判斷 GB50205-2001中規(guī)定，試驗(yàn)中發(fā)生以下情況之一時(shí)，所對(duì)應(yīng)的荷載可定為試件的滑移荷載： （1）試驗(yàn)機(jī)發(fā)生回針現(xiàn)象； （2）試件側(cè)面畫線發(fā)生錯(cuò)動(dòng)； （3）X-Y記錄儀上變形圖線發(fā)生突變； （4）試件突然發(fā)生“嘣”的響聲。 日常檢測(cè)中，摩擦面抗滑移試件的滑移荷載判斷多發(fā)生的是第1、2、4種情況，至于第3種情況，準(zhǔn)確性和實(shí)用性不強(qiáng)，試驗(yàn)中一般不予考慮。3 試驗(yàn)用檢測(cè)儀器設(shè)備及人員 （1）儀器設(shè)備須按時(shí)檢定，試驗(yàn)用的試驗(yàn)機(jī)誤差應(yīng)在1%以內(nèi)。試驗(yàn)時(shí)的狀態(tài)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，都將直