鋼結構高強度螺栓抗滑移系數的影響因素

黃小歡

摘 要：簡要介紹了高強度螺栓的種類、連接特點等；重點闡述了高強度螺栓連接施工中的主要控制指標及影響因素：扭矩系數、緊固軸力（預拉力）、抗滑移系數；從高強度螺栓連接副、連接件板材等方面對有關影響因素進行了詳細分析，提出了預控方法。

關鍵詞：高強度螺栓；扭矩系數；緊固軸力（預拉力）；抗滑移系數；影響因素

1 概述

近年來，鋼結構高強度螺栓連接已經發展為與焊接并舉的鋼結構主要連接形式之一，它具有結構受力性能簡單明確（耐疲勞、抗震性能好，連接剛度高）、施工（制作、運輸、安裝、維修）方便、施工周期短等優點，被廣泛應用在建筑鋼結構和設備基礎、構架、管廊等鋼結構的工程連接中。

鋼結構高強度螺栓連接按其受力狀況，可分為摩擦型、摩擦-承壓型、承壓型和張拉型連接等幾種類型。其中的摩擦型連接是目前廣泛被采用的基本連接形式，其主要連接件——鋼結構高強度螺栓，從外形上可分為大六角頭螺栓和扭剪型螺栓兩種；按性能等級可分為8.8級、10.9級等。目前我國使用的大六角頭螺栓有8.8級和10.9級兩種。

鋼結構高強度螺栓連接一般用于直接承受動力荷載的重要結構，主要特點是通過接觸摩擦面來傳遞剪力，其連接強度、防松性能直接關系工程質量。

2 影響鋼結構高強度螺栓摩擦面抗滑移系數的因素

高強度大六角頭螺栓連接副的扭矩系數和扭剪型高強度螺栓連接副的緊固軸力（預拉力）是影響高強度螺栓連接質量最主要的因素，也是施工的重要依據。抗滑移系數是高強度螺栓連接的主要設計參數之一，直接影響構件的承載力。構件摩擦面無論是由制造廠處理還是由現場處理，均應對抗滑移系數進行測試，測得的抗滑移系數最小值應符合設計要求。扭矩系數、緊固軸力（預拉力）、抗滑移系數是高強度螺栓施工中應重點控制的指標。需對其影響因素加以分析、預控。

2.1 高強度螺栓連接副的影響

（1）扭矩系數（或緊固軸力）的因素：扭矩系數（或緊固軸力）是鋼結構高強度螺栓連接副檢測的主要參數之一，它的數值大小也一直影響著鋼結構高強度螺栓抗滑移系數實測值，是影響抗滑移系數的主要因素，只有在扭矩系數合格的基礎上，才能做抗滑移系數。在檢測抗滑移系數之前，大六角頭鋼結構高強度螺栓連接件組裝時需要測定施加于螺母上的施擰扭矩值T，K值反映螺栓連接副的扭矩與軸力的關系。如果螺栓強度一定，扭矩一定，則扭矩系數K與緊固軸力（預拉力）P成反比，即扭矩系數越小，則產生的緊固軸力越大；如果扭矩系數越大，則產生的緊固軸力越小。當扭矩系數小到一定的程度，在一定的扭矩作用下預緊力超過了螺栓的強度極限，高強度螺栓就會產生斷頭的現象；反之，扭矩系數過大，則產生的緊固軸力就會過小，螺栓連接副就達不到鎖緊的功能，連接副就會產生松動。扭矩系數屬于摩擦系數的范疇，是指在扭轉狀況下的摩擦系數。通過螺紋間以及支撐面與加緊面的摩擦力的大小來決定扭矩系數的大小。摩擦分有效摩擦和無效摩擦兩種。螺栓與螺母之間的摩擦是有效摩擦，通過施加扭矩，有效摩擦會使螺栓螺母逐漸鎖緊，對安裝起積極的作用，而墊圈與夾緊面的摩擦是無效摩擦，因此在安裝時應盡量減少和避免。

（2）螺栓預拉力的因素：從扭矩系數的計算公式K=T/P·d中可以看出螺栓預拉力P在公式中直接影響到扭矩系數，P（kN）應控制在規定的范圍內。

（3）螺栓存放、運輸、裝卸的因素。《鋼結構高強度螺栓連接技術規程》JGJ 82-2011第6.1.5條規定：鋼結構高強度螺栓連接副的保管時間不應超過6個月，當保管時間超過6個月后使用時，必須按要求重新進行扭矩系數或緊固軸力試驗。因此除要具備一般的高強度螺栓的機械性能外，在連接過程中更強調扭矩系數的穩定性，只有扭矩系數穩定了，抗滑移系數才能得到保證。鋼結構高強度螺栓在生產工藝中進行了表面磷化處理，主要是為了增加扭矩系數的穩定性。

2.2 鋼結構高強度螺栓連接件板材的影響。

（1）連接件板材材質的因素：鋼結構高強度螺栓連接件板材通常采用Q235和Q345兩種普通鋼材。在做抗滑移系數檢驗時，試件鋼板的厚度應根據鋼結構工程中有代表性的板材厚度來確定，同時考慮在摩擦面滑移之前，連接件所用的鋼板的凈截面始終處于彈性狀態，也就是說在拉伸連接件時所測得的滑移荷載值是在鋼板沒有變形之前（屈服之前）所得的力值，這樣最終利用滑移荷載值計算出來的抗滑移系數才是有效的。

（2）連接件板材摩擦面處理因素：鋼結構高強度螺栓連接件板材中，其不同的表面處理方式對抗滑移系數的影響是不同的：當設計摩擦面抗滑移系數值大（如0.45、0.55）時，連接件宜采用噴砂、拋丸、噴砂（丸）后生赤銹的表面處理方法完成；當抗滑移系數值小（如0.30、0.35）時，宜采用人工除銹、噴砂（丸）后涂無機富鋅漆、鍍鋅表面的表面處理方法。

（3）連接件板材摩擦面的重復使用因素：抗滑移系數試驗用的板材試件應是沒有經過拉伸用過的材料，拉伸用過的試件由于板材的內部結構發生了質的變化，屈服強度也提高了許多，摩擦面也有了變化，有的甚至發生了變形，這樣再用的話，勢必影響抗滑移系數的大小。

（4）連接件板材組裝因素。連接件板材上的高強度螺栓孔徑應略大于螺栓直徑，不應采用氣割擴孔，應用鉆孔成型方法；螺栓孔應能保證高強度螺栓自由穿入，嚴禁強行穿入，否則容易損傷螺絲，進而影響扭矩系數和施擰扭矩，造成抗滑移系數不準。

（5）試驗儀器精度的影響。施擰用的扭矩扳手在用前必須進行標定，其扭矩誤差不得超過2%。螺栓預拉力用軸力計，其誤差不得大于測定螺栓預拉力的2%，軸力計的最小示值應在1kN以下。測抗滑移系數用的拉力試驗機誤差應在1%以內。

（6）試驗過程的影響。抗滑移系數試驗應采用雙摩擦面的二栓拼接的拉力試件，連接件板材在緊固高強度螺栓時應分初擰、終擰。初擰應達到螺栓預拉力標準值的50%左右；終擰扭矩由公式T=K·P·d求得。加載時，應先加10%的抗滑移設計荷載值，停1min后，再平穩加載，加載速度為3～5kN/s，直拉至滑動破壞，測得滑移荷載NV在試驗中當發生以下情況之一時，所對應的荷載可定為試件的滑移荷載：試驗機發生回針現象；試件側面畫線發生錯動；X-Y記錄儀上變形曲線發生突變；試件突然發生“嘣”的響聲。最后根據試驗所測得的滑移荷載Nv和螺栓預拉力P的實測值，按公式：？滋=Nv/nf·ΣPi計算出抗滑移系數。

3 結束語

現如今，鋼結構高強度螺栓連接工程普遍存在，其中暴露出的問題也越來越多，因素也是錯綜復雜，除施工過程質量控制不力的原因外，高強度螺栓質量差，連接件抗滑移系數不好也時有發生。為保證鋼結構高強度螺栓連接工程的質量，需要我們在平時的工作中不斷總結，找出更多的影響因素，分析原因，使鋼結構高強度螺栓連接工程處于受控的境地。

參考文獻

[1]GB50205-2001.鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2]JGJ82-2011.鋼結構高強度螺栓連接技術規程[S].