鋼結構設計規范中關于高強螺栓計算方法的探究

劉占忠

摘 要：作為鋼結構連接的常用連接方式，高強螺栓的計算方式必須要做到精確，其設計方式的合理對鋼結構的性能有著很大的影響，文章主要通過對連接型和摩擦型的高強螺栓的計算方法進行研究分析，對于鋼結構設計規范中對高強度螺栓的計算方法進行分析，給出設計高強度螺栓的規范化要求。

關鍵詞：鋼結構設計；高強螺栓；計算方法

中圖分類號：TU202 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0080-02

引言

對于高強螺栓的計算方法的對比研究，主要以中美兩國的計算方法為例進行探究，我國高強螺栓的設計主要以鋼結構設計規范（GB50017）為準，對于美國鋼結構設計中高強螺栓的計算方法主要以2005鋼結構規范為主，對兩者的高強螺栓計算方法進行比較，研究高強螺栓在鋼結構設計中應該注意的規范性要求。為我國的鋼結構設計提供一定的借鑒意義，促進鋼結構設計的規范化發展，提高高強螺栓的質量，增強鋼結構的性能。

高強度螺栓主要以承壓型和摩擦型為主，本文主要針對這兩種類型的高強螺栓計算方法進行比較，對于承壓型的設計兩國都有統一的標準，但是在設計表達和承載力的計算上兩國存在一定的差異。

1 高強螺栓承壓型連接的計算方法探究

1.1 對于國標GB規范的要求

單個承壓型高強螺栓的受剪承載力的設計值一般來說都是以受剪或承壓承載力的最小值為準，具體的計算方式為

1.2 AISC標準的規定

對于一個高強螺栓的抗拉或抗剪承載力Rn，主要以最大極限為準，即在高強螺栓在被拉壞或剪壞的情況下，進行最終取值的確定，其中，代表強度降低系數，標準取值一般為0.75，Rn代表螺栓的標準抗力值，計算其取值的公式為Rn=FnAb，在這個表達式中Fn的取值取抗拉強度的標準值或者抗剪強度標準值，兩者的取值與螺栓極限抗拉強度不同，其關系主要以表格規定為準，一般來說，在剪切面部位于螺紋處時，其極限抗拉強度是標準值的0.5倍，如果剪切面不在螺紋處時，其極限抗拉強度是標準值的0.75倍，在進行計算時應該以實際情況為準。Ab為螺栓公稱直徑的截面積，在進行承載力核算時，對于荷載產生的拉力的計算應該包括連接件變形產生的撬力。

1.3 對于兩者的比較

對于以上數值的計算，可以得出在進行計算時，兩國的規范標準是不一樣的，在進行抗剪設計時，GB規范應該考慮剪切面在不在螺紋處，如果剪切面在螺紋處，有效截面積應該代替公稱直徑。AISC的計算方法主要根據抗剪確定抗剪承載力，不考慮剪切面的位置，對于前切面的不同位置有固定的取值規范。在抗拉設計中，GB不考慮撬力對螺栓承載力的影響，但是對于AISC而言，其在計算承載力時，荷載產生的拉力包含由于變形所產生的撬力。承載力設計方法中，GB不考慮強度的折減變化，AISC的規范對于強度系數的引用很重要，通過強度降低系數，并且二者的取值相同，使得計算更為方便簡潔直觀地表達清楚整個高強螺栓的計算結果。

2 高強螺栓摩擦型連接的計算方法探究

2.1 高強螺栓摩擦型連接計算只考慮剪力

對于GB的規定，主要要求摩擦型高強螺栓的承載力N=0.9nfμP，在這個表達式中，nf表示摩擦面數，μ代表著摩擦面的抗滑移系數，P代表高強度螺栓的預拉力，這些數值的取值都要求以規定的標準取值為準。對于AISC的計算，摩擦型的螺栓的連接承載力主要與螺栓孔的類型有關，并且承載力由滑移極限狀態的數值來確定，主要計算方式為rstr=1.13μTbNs，在這個計算公式中，代表與孔有關的強度折減系數，一般來說，標準孔、放大孔、槽孔以及荷載的方向都是應該考慮的要素，取值分別為1.0、0.85、0.7和0.6，μ的含義與GB中的相同，但是取值不同，在A級表面時，取值為0.35，B級表面時，取值為0.50，Tb為最小預拉力，應該通過標準規范進行取值，Ns為摩擦的面數。在進行計算時，這些數值均以標準規范為準。兩種計算方式在計算時考慮的要素存在明顯的差別，AISC考慮了不同螺栓孔對于摩擦型螺栓的滑移效果的影響，計算時對這些要去的不同采取不同的計算方式，相比而言，GB的計算方式主要采用乘以0.9的折減系數的方法來計算，相比較而言，AISC的計算方法更為精確。

2.2 高強螺栓摩擦型連接計算中同時考慮剪力和拉力

對于GB的規定，在同時承受剪力和拉力的情況下，摩擦型高強螺栓的計算方法主要采取直線相關公式，具體公式為：≤1。在AISC的計算中，首先應該計算單個螺栓的滑移抗力應該乘以系數k，整個計算中無論是哪種計算方式，計算量都很大，AISC的計算由于采用折減系數，計算量在一定程度上降低一些，便于操作。整個對比中，可以看出在進行高強螺栓計算時，應該結合具體的工程實際來進行選擇，不應該一概而論，在計算時應該選擇最優的計算方法，以提高計算的準確度，降低難度。

3 為確保計算與實際工作狀況相符，高強螺栓在鋼結構規范中的相關規定

3.1 高強螺栓的施工工藝

對于鋼結構的高強度螺栓的選擇應該滿足相關規定，例如《鋼結構用高強度大六角頭螺栓》GB1228-19等，在進行鋼材的出廠時應該進行材料的檢驗，對于鋼材的爐號、制作批號進行清楚的標注，對于機械性能和化學性能也應該有所說明，對于螺栓的楔負荷試驗應該做到準確無誤，保證負荷力達到要求，在進行安裝時應該注意清理摩擦面，不允許出現毛刺、鐵屑、油污等雜物，在進行浮物的去除工作時應該用鋼絲刷延受力垂直方向進行工作。摩擦面應該干燥，沒有出現結露、積霜、積雪等情況。在進行安裝時不應該選擇雨天。

3.2 高強度螺栓的檢驗方式

對于高強度螺栓的檢驗主要有兩種方法，扭矩法是指將螺母退回60°左右，用表盤式扭扳手進行測試，在擰回至原來位置時，計算此時的扭矩值，如果扭矩值在10%以內即為合格。然后再繼續進行螺栓的擰緊工作，在螺母開始轉動時測量其扭矩值，測定的扭矩值較施工扭矩值大10%以內為合格。轉角法是指檢查初擰后螺母與羅偉的相對價值所劃的終擰起始線和終止線所夾角在規定范圍內即為合格。一般角度誤差在10°左右即為合格，對于同一個節點，螺栓絲扣外露應力應該一致，以便在檢查時更加方便。對于其他項目的檢查，應該根據具體施工過程的要求進行規范處理。

4 結束語

通過以上的分析對比，可以看出對于高強度螺栓的計算方法基本出發點是相同的，對于美國而言，其對高強螺栓的研究更為全面細致，設計方法比我國更為成熟，在進行高強螺栓計算時，我國對于問題的考慮不夠全面，在摩擦型螺栓連接孔的選擇及設計中，在實驗研究過程中還應該提高注意力，對于摩擦性連接的承載力我國的要求過于嚴格，在實際的工程應用中很難進行靈活運用，可能會對整個工程的整體質量和效果造成影響，在新的規范要求中應該對這些問題給予重視，在鋼結構設計規范中對高強螺栓的計算應該以實際工程為主，盡可能的做到在工程中應用更加便捷、高效。

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