钢结构用超国标范围高强度螺栓技术要求分析

1、钢结构用超国标范围高强度螺栓技术要求分析杨双领1李军2(1.浙江精工结构有限公司浙江31030;2.山东颐杰鸿丰钢构有限公司山东:262737 摘要针对目前建筑钢结构用超出国家标准要求的高强度螺栓连接副在检测及施工安装过程中缺少技术要求参数的情况,本文结合国家现行相关标准以及工程个案的设计要求,对超标准螺栓的检测和施工安装各技术要求进行理论推算及分析,以满足超标螺栓使用及验收过程中各方面的需要。关键词超标准,建筑钢结构,高强度螺栓连接副,技术要求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前言随着建筑钢结构的迅猛发展,高强度螺栓连接副在建筑钢结构中的应用越来越广泛,对高强度螺栓连接副的技术要求也越来越高,涉及到的超国家标准规范要求的高强度螺栓也越来越多。本文就目前常用超标准用高强度螺栓的实物机械性能进行分析。2钢结构用高强度螺栓现用国家标准内检测项目分析钢结构用高强度螺栓分两类,一是大六角头高强

5、度螺栓连接副(以下简称“大六角螺栓”,二是扭剪型高强度螺栓连接副(以下简称“扭剪型螺栓”。大六角螺栓通过扭矩系数和外加扭矩来保证连接的摩擦力,对其的检验项目是通过控制其预拉力来测定扭矩,并最终计算出扭矩系数及其偏差。扭剪型螺栓通过专用扳手将螺栓端部的梅花头拧掉来控制螺栓的预拉力,从而来保证连接的摩擦力,对其的检验项目是拧掉梅花头时的预拉力(平均轴力。高强度螺栓目前标准规定:扭剪型螺栓的现行国家标准为:GB/T3632-2008钢结构用扭剪型高强度螺栓边接副,其中所包含的规格、检测项目及验收(依据标准GB/T502052001钢结构工程施工质量验收规范主控项目见表1,相应的具体技术参数详见相关国

6、家标准。表1:相关标准中高强度螺栓检测主控项目及规格序号M16M20M22M24M27M30标准条款大六角项目超标准螺栓可参考项目一、GB/T3632-2008标准技术要求1化学成份 5.1大六角可参考2紧固轴力(扭矩系数及标准偏差 5.3大六角大六角的扭矩系数及标准偏差可参考4螺栓实物楔负载(或芯部硬度 5.2.1.2大六角可参考5螺栓脱碳实验(参照GB/T3098.1-2000 5.2.1.3大六角可参考6螺母保载(参照GB/T3098.1-2000 5.2.2大六角可参考7螺母及垫圈硬度 5.2.3大六角可参考8表面及外形等 5.4大六角可参考二、GB/T502052001验收主控项目1

7、紧固轴力+标准偏差或扭矩系数+标准偏差附录B大六角大六角的扭矩系数及标准偏差可参考2变异系数可参考3外观大六角可参考4最小拉力载荷 4.4.5大六角可参考三、JGJ82-1991设计要求1螺栓楔负载(参照GB/T3098.1-2000可参考2螺母保载(参照GB/T3098.1-2000可参考3螺母及垫圈硬度可参考4紧固轴力+变异系数四、GB/T502052001施工要求1初拧施工扭矩的0.13*Pc*d*50% (Pc 施工预拉力2复拧等于初拧序号M16M20M22M24M27M30标准条款大六角项目超标准螺栓可参考项目3终拧按施工扭矩扭紧注:1、扭剪型螺栓现场施工初拧扭矩值见国家标准GB/T

8、502052001的附录B中表B.0.3;2、扭剪型螺栓紧固轴力见国家标准JGJ82-1991的表3.4.14。大六角螺栓的现行国家标准为:GB/T1231-2006钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件,其中所包含的规格、技术要求及验收(依据标准GB/T502052001钢结构工程施工质量验收规范主控项目见表1备注,相应的具体技术参数详见相关国家标准。现场施工要求见表2:表2:大六角螺栓现场施工要求:序号现场施工要求项目备注1初拧施工扭矩的50%,2复拧等于初拧3终拧施工扭矩扭紧大六角高强度螺栓的施工扭矩:Tc=k*Pc*dTc施工扭矩(N*MK高强度螺栓连接副的扭矩系数平均值

9、,该值由螺栓复检测得的平均值:Pc高强度螺栓施工预拉力(kN见GB/T502052001标准的附录Bd高强度螺栓螺杆直径(mm注:1国家标准JGJ82-1991的表3.4.10中对大六角螺栓现场施工预拉力做了具体的规定,但由于该规定给出的是最大值,考虑到实际操作过程便于控制以及两者所针对的对象,在此建议现场施工时参照国家验收标准GB/T502052001;2标准GB/T502052001和高强度螺栓产品标准(扭剪型螺栓中的部分技术要求(紧固轴力未能统一,在检测过程中,考虑到标准GB/T502052001中的规格及数据不齐全,建议以产品标准为主,参考标准GB/T502052001;3超标准规格高

10、强度螺栓检测项目技术要求分析M16M30规格高强度螺栓的以上所列各技术参数在相关国家标准中都有详细规定。但M33、M36、M39等超国家标准范围规格的钢结构用高强度螺栓的技术参数在钢结构用高强度螺栓的产品标准中未用规定,由于该产品标准中的部分参数为通用参数(技术参数与螺栓直径无关,因此可作为超标准螺栓技术要求数据的参考(可参考的项目见表1。在GB/T3098.1-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱中对以上三种规格螺栓的较多参数有详细规定,但对部分参数的规定较为笼统,以下就螺栓的部分级别(8.8级和10.9级、部分规格(M33、M36、M39的参数,根据规定非比例伸长应力P0.2(以下简称屈

11、服强度的不同,就表3中各技术参数的推算依据及推算过程进行详细分解。表3:超标准高强度螺栓目前标准未有详细规定的项目参数序号M33M36M39本论文章节序号M33M36M39本论文章节一、高强度螺栓标准技术要求(含大六角和扭剪型1预拉力P 4.1.2.22紧固轴力 4.3二、GB/T502052001施工要求1施工扭矩Tc 4.1.2.3注:大六角高强度螺栓的施工扭矩:Tc=k*Pc*d4超标准规格高强度螺栓检测项目技术要求推算过程及结果4.110.9级大六角高强度螺栓的预拉力和施工扭矩的推算(屈服强度为9009404.1.1推算依据4.1.1.1标准GB/T3098.1-2000紧固件机械性能

12、螺栓、螺钉和螺柱(表3螺栓、螺钉和螺柱的机械和物理性能中给出的10.9级和8.8级螺栓的屈服强度;4.1.1.2标准GB/T3098.1-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱(表6最小拉力载荷粗牙螺纹中给出的10.9级和8.8级螺纹的应力截面积(A S;4.1.1.3标准GB/T16823.3-1997螺纹紧固件拧紧实验方法(条款7.1扭矩系数的计算式中给出的轴力范围(螺栓屈服点或屈服极限的50%80%;4.1.1.4标准GB/T1231-2006钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件表B.0.4给出的预拉力。4.1.2参数推算过程:4.1.2.1产品标准中给出的预拉力与其屈服

13、力的比值:通过对产品标准中已包含规格螺栓的预拉力P及其屈服力Fe的比例发现其为一个相对稳定值(表4。表4:预拉力所占比例值计算 4.1.2.2预拉力值P计算:依据表4中计算所得到的最大比值平均值和最小比值平均值,以及标准GB/T3098.1-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱给出的屈服强度和最小公称面积As,推算超标准范围螺栓的预拉力P(表5.表5:预拉力计算 4.1.2.3施工扭矩Tc计算:依据标准GB/T50205-2001钢结构工程施工质量验收规范中规定的施工扭矩计算公式(Tc=k*Pc*d以及之前推算的预拉力,推算施工扭矩Tc(见表6。表6:施工扭矩推算 4.2同理推算8.8级M1

14、6及以下规格大六角螺栓的预拉力比例值、预拉力、施工扭矩(见表7。表 7： 8.8 级高强度螺栓的预拉力比例值、预拉力、施工扭矩 规格 项目 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 屈服强度（N/mm2） 最小公称面积 mm2 屈服力 Fe（N） 比例值（P/Fe） 预拉力值 P（N） 平均预拉力

15、值 P（N） 标准规定扭矩系数 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：推算公式及推算过程与 10.9 级高强度螺栓相同 4.3 同理推算 8.8 级 M16 以上规格大六角螺栓的预拉力比例值、预拉力、 施工扭矩（见表 8） 。 表 8：M16 以上规格大六角螺栓 8.8 级高强度螺栓的预拉力比例值、预拉力、施工扭矩 规格 项目 屈服强度（N/mm2） 最小公称面积 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 预拉力值 P（N） 477000 396000 平均预拉力值 P（N） 437000 最大 最小 标准规定扭矩系数 0.150 0.110 2256 1875 施工扭矩 Tc

17、（kN） 注：推算公式及推算过程与 10.9 级高强度螺栓相同 4.4 扭剪型高强度螺栓的紧固轴力和标准偏差推算： 4.4.1 依据 4.4.1.1 标准 GB/T3098.1-2000 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 （表 3 螺栓、 螺钉和螺柱的机械和物理性能）中给出的 10.9 级和 8.8 级螺栓的规定非 比例伸长应力P0.2； 4.4.1.2 标准 GB/T3098.1-2000 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 （表 6 最小拉力载荷粗牙螺纹） 中给出的 10.9 级和 8.8 级螺纹的应力截面积 （AS） ； 4.4.1.3 标准 GB/T16823.3-1997 螺纹紧固件拧

18、紧实验方法 （条款 7.1 扭 矩系数的计算式）中给出的轴力范围（螺栓屈服点或屈服极限的 50%80%） ； 4.4.1.4 标准 GB/T 3632-2008 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副 （条款 5.3）给出的紧固轴力。 4.4.2 推算扭剪型高强度螺栓的比例值、紧固轴力及其标准偏差和变异系数 （见表 9） 表 9：扭剪型螺栓的比例值、施工扭矩、紧固轴力、标准偏差和变异系数 规格 项目 屈服强度（N/mm2） 最小公称面积 mm 屈服力 Fe（kN） 比例值（P/Fe） 预拉力值（紧固轴力） （ N） 紧固轴力的标准偏差 2 M39 最大 940 M36 最小 900 M33 最小 90

19、0 公称 920 976 最大 940 公称 920 817 最大 940 公称 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 变异系数 最大 10% 最大 10% 最大 10% 注：1 推算公式及推算过程与 10.9 级高强度螺栓相同; 2 紧固轴力的标准偏差等于紧固轴力下限值的 10参考（GB/T 3632-2

20、008）。 5 分析 5.1 10.9 级高强度螺栓推算的基本验证：针对公司某工程使用规格 M36 170、等级为 10.9S、材质为 35GrMo 的大六角头高强度螺栓，公司特委托上海市 某权威检测机构进行了检测，其检测参数见下表 10： 表 10：大六角螺栓工程个案检测数据 检验结果 检验项目 扭矩 T 预拉力 P（kN） 扭矩系数 K 技术要求 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 单项 判定 符合 符合 扭矩系数平均值 0.1100.150 标准偏差n-1 0.0100 0.146 0.0022 注：施工扭矩 T 推荐值为 2650kN。 上表中的扭矩值 T（4.1.2.3 中的施工扭矩 Tc）和预拉力值 P（4.1.2.2 中的预 拉力值）都于推算范围相吻合，说明上述推算满足螺