钢结构工程检测-连接件和高强螺栓

钢结构工程检测--连接件和高强螺栓第一页，共29页。第三章钢结构节点、机械连接用紧固标准件及高强螺栓力学性能第二页，共29页。概述紧固件为将两个或两个以上零件（或构件）紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。紧固件是作紧固连接用且应用极为广泛的一类机械零件，已有国家标准的一类紧固件称为标准紧固件，或简称为标准件。紧固件包括：螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、销。高强螺栓与普通螺栓第三页，共29页。检测依据检测依据标准：《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB3633-95《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632-2008《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T16939-1997《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T1228-91（-2006）《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技条件》GB/T1231-2006《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ82-2011第四页，共29页。标准要求第五页，共29页。理论依据

（一）普通螺栓、锚栓的连接计算（三种受力状态）

1、在普通螺栓或铆钉受剪的连接中，每个普通螺栓或铆钉的承载力设计值应取受剪和承压承载力设计值中的较小者（教材P49）。

普通螺栓连接的抗剪承载力，应考虑螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况。

假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，一个抗剪螺栓的抗剪承载力设计值为

nv—受剪面数目，单剪nv=1，双剪nv=2，四剪nv=4；d—螺栓杆直径(螺栓的公称直径)；fvb—螺栓抗剪强度设计值。第六页，共29页。理论依据

螺栓的实际承压应力分布情况难以确定，简化计算，假定螺栓承压应力分布于螺栓直径平面上，且假定该承压面上的应力为均匀分布，则一个抗剪螺栓的承压承载力设计值式为

—在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；

—螺栓承压强度设计值。受剪连接螺栓、锚栓、铆钉承载力设计值应取以上受剪和承压承载力设计值中的较小者。第七页，共29页。理论依据

（一）普通螺栓、锚栓的连接计算（三种受力状态）

2、普通螺栓、锚栓或铆钉杆轴方向受拉的连接计算（教材P50）。抗拉螺栓连接的破坏形式为栓杆被拉断，每个抗拉螺栓的承载力设计值为：

3、同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓和铆钉连接计算。（见教材P50）承受剪力和拉力共同作用的普通螺栓应考虑两种可能的破坏形式：螺杆受剪兼受拉破坏；二是孔壁承压破坏。根据试验，兼受剪力和拉力的螺杆，无量纲化后的相关关系近似为一圆曲线，螺杆计算式为第八页，共29页。理论依据

孔壁承压的计算式为（二）高强度螺栓摩擦型连接计算

摩擦型连接依靠被连接件之间的摩擦阻力传递剪力，以剪力等于摩擦力作为承载能力的极限状态。

1、抗剪连接计算（教材P50）；摩擦型连接的承载力取决于构件接触面的摩擦力，此摩擦力的大小与螺栓所受预拉力和摩擦面的抗滑移系数以及连接的传力摩擦面数有关。一个摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：

第九页，共29页。（二）高强度螺栓摩擦型连接计算（三种受力状态）

2、轴向抗拉连接计算（见教材P51）；

作用于螺栓的外拉力不超过P时，螺杆内的拉力增加很少，可认为此时螺杆的预拉力基本不变。同时螺栓的超张拉试验表明，当外拉力过大时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。但当外拉力小于螺杆预拉力的80％时，即无松弛现象发生。上式没有考虑连接变形产生撬力的影响，可采用增设加劲肋的办法增大连接的刚度。3、同时承受摩擦面间剪力与轴向外拉力的连接计算（见教材P51）。

理论依据

第十页，共29页。理论依据

（三）高强度螺栓承压型连接

1、抗剪与抗拉连接计算方法与普通螺栓相同。

预拉力P与摩擦型连接高强度螺栓相同。连接处构件接触面应清除油污及浮锈。承压型连接高强度螺栓不应用于直接承受动力荷载的结构，可用于允许产生少量滑动的静载结构或间接承受动荷载构件的受剪连接。

2、在抗剪连接中，每个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同，但当剪切面在螺纹处时，其受剪承戟力设计值应按螺纹处的有效面积进行计算。对于普通螺栓，其抗剪强度设计值是根据连接的试验数据统计而定的，试验时不分剪切面是否在螺纹处，故计算抗剪强度设计值时用公称直径。3、在杆轴方向受拉的连接中，每个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。4、同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型连接计算方法与普通螺栓相似。应符合下列公式的要求：第十一页，共29页。理论依据

（三）高强度螺栓承压型连接（教材P51）

剪应力单独作用下，高强度螺栓对板层间产生强大压紧力。当摩擦力被克服，螺杆与孔壁接触时，板件孔前区形成三向应力场，因而承压型连接高强度螺栓的承压强度比普通螺栓高得多，两者相差约50％。当承压型连接高强度螺栓受有杆轴拉力时，板层间的压紧力随外拉力的增加而减小，因而其承压强度设计值也随之降低。为了计算简便，将承压强度除以1.2予以降低，而末考虑承压强度设计值变化幅度随外拉力大小而变化这一因素。

第十二页，共29页。（四）螺栓或铆钉沿轴向受力方向的连接长度较大时，承载力设计值的折减。试验表明，螺栓群承受轴心剪力时，螺栓群在长度方向各螺栓受力不均匀，两端大，中间小。当沿受力方向的连接长度l1≤15d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，内力发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐均匀，故可认为轴心力N由每个螺栓平均分担。当l1＞l5d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所受内力不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，随后由外向里依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，因此，当l1＞l5d0时，螺栓的抗剪和承压承载力设计值应乘以折减系数η予以降低

60d0≥l1＞l5d0时

l1＞60d0时，η=0.7。理论依据

第十三页，共29页。（五）几种情况下的连接，螺栓或铆钉数目应予增加。（见教材P51、P52）

1、一个构件借助填板或其他中间板件与另一构件连接的螺栓(摩擦型连接的高强度螺栓除外)或铆钉数目，应按计算增加10%。2、当采用搭接或拼接板的单面连接传递轴心力，因偏心引起连接部位发生弯曲时，螺栓(摩擦型连接的高强度螺栓除外)或铆钉数目应按计算增加10%。3、在构件的端部连接中，当利用短角钢连接型钢（角钢或槽钢）的外伸肢以缩短连接长度时，在短角钢两肢中的一肢上，所用的螺栓或铆钉数目应按计算增加50%。理论依据

第十四页，共29页。检测设备及环境条件

检测设备(一)材料万能试验机（≥1000kN）、不同螺栓规格的专用夹具各一套；(二)螺栓试验台（包括轴力传感器和扭矩传感器或扭矩扳手）；(三)材料万能试验机（≥1000kN、误差应在1%以内），压力传感器或贴有电阻应变片的高强度螺栓、电阻应变仪；连接副扭矩系数复验用的计量器具应在试验前进行标定,误差不得超过2%；(四)扭矩扳手，检验所用的扭矩板手其扭矩精度误差应该不大于3%，且具有峰值保持功能；(五)放大镜。环境条件在环境温度为10～35℃条件下进行螺栓、螺钉和螺柱的机械性能试验。该环境温度条件下判定为符合本标准的产品，在较高或较低温度下，机械和物理性能可能不同。在低于该环境温度下，产品性能，尤其是冲击韧性可能发生变化。第十五页，共29页。取样数量及要求普通紧固件连接（1）主控项目普通螺栓作为永久性连接螺栓时，当设计有要求或对其质量有疑义时，应进行螺栓实物最小拉力载荷复验，其结果应符合现行国家标准《紧固件机机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098的规定。检查数量：每一规格螺栓抽查8个。连接薄钢板采用的自攻螺、拉铆钉、射钉等其规格尺寸应与连接钢板相匹配，其间距、边距等应符合设计要求。检查数量：按连接节点数抽查1%，且不应少于3个。（2）一般项目永久普通螺栓紧固应牢固、可靠、外露丝扣不应少于2扣。检查数量：按连接节点数抽查10%，且不应少于3个。自攻螺栓、钢拉铆钉、射钉等与连接钢板应紧固密贴，外观排列整齐。检查数量：按连接节点数抽查10%，且不应少于3个。第十六页，共29页。取样数量及要求高强度螺栓连接

Ⅰ.主控项目（1）钢结构制作和安装单位应按规定分别进行高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验和复验，现场处理的构件磨擦应单独进行磨擦面抗滑移系数试验，其结果应符合设计要求。除设计上采用磨擦系数小于等于0.3，并明确提出可不进行抗滑移系数试验者，其余情况在制作时为确定磨擦面的处理方法，必须按《钢结构工程施工质量及质量验收规范》附录B要求的批量用3套同材质、同处理方法的试件，进行复验。同时并附有3套同材质、同处理方法的试件，供安装前复验。（2）高强度大六角头螺栓连接副终拧完成1h后、48h内应进行终拧扭矩检查检查数量：按节点数检查10%，且不应少于10个；每个被抽查节点按螺栓数抽查10%，且不应少于2个。（3）扭剪型高强度螺栓连接副终拧后，除因构造原因无法使用专用扳手终拧掉梅花头者外，未在终拧中拧掉梅花头的螺栓数不应大于该节点螺栓数的5%。对所有梅花头未拧掉的扭剪型高强度螺栓连接副应采用扭矩法或转角头进行终拧掉的扭剪型高强度螺栓连接副应采用扭矩法或转角法进行终拧并用标记，进行拧扭矩检查。检查数量：按节点数抽查10%，但不应少于10节点，被抽查节点中梅花头未拧掉的扭剪型高强度螺栓连接副全数进行终拧扭矩检查。第十七页，共29页。取样数量及要求高强度螺栓连接

Ⅱ.一般项目（1）高强度螺栓连接副的施拧顺序和初拧、复拧扭矩应符合设计要求和国家现行行业标准《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》JGJ82的规定。检查数量：全数检查资料。（2）高强度螺栓连接副拧后，螺栓丝扣外露应为2-3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。检查数量：按节点数抽查5%，且不应少于10个。（3）高强度螺栓连接磨擦面应保持干燥、整洁，不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧气铁皮、污垢等，除设计要求外磨擦面不应涂漆。检查数量：全数检查。（4）高强度螺栓应自由穿入螺栓孔。高强度螺栓孔不应采用气割扩孔，扩孔数量应征得设计同意，扩孔后的孔径不应超过1.2d（d为螺栓直径)。检查数量：被扩螺栓孔全数检查。（5）螺栓球节点网架总拼完成后，高强度螺栓与球节点应紧固连接，高强度螺栓拧入螺栓球内的螺纹长度不应小于1.0d（d为螺栓直径)，连接处不应出现有间隙、松动等未拧紧情况。检查数量：按节点数抽查5%，且不应少于10个。第十八页，共29页。取样数量及要求摩擦面抗滑移系数制备要求

制造厂和安装单位应分别以钢结构制造批为单位进行抗滑移系数检验。制造批可按分部（子分部）工程划分规定的工程量每2000t为一批，不足2000t的可视为一批。选用两种及两种以上表面处理工艺时，每种处理工艺应单独检验。每批三组试件。抗滑移系数检验应采用双摩擦面的二栓拼接的拉力试件(如图示)。

第十九页，共29页。检测方法及结果判定

普通螺栓机械性能：

（一）普通螺栓作为永久性连接螺栓当设计有要求或对其质量有疑义时应进行实物最小拉力载荷复验。（二）连接薄钢板采用的自攻钉、拉铆钉、射钉（规格尺寸、间距边距、排列）（三）实物最小载荷检验1、检验方法用专用卡具将螺栓实物置于拉力试验机上进行拉力试验，为避免试件承受横向载荷试验机的夹具应能自动调正中心，试验时夹头张拉的移动速度不应超过25mm/min。螺栓实物的抗拉强度应根据螺纹应力截面积(As)计算确定其取值应按现行国家标准《紧固件机机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1的规定取值。2、结果评定进行试验时，承受拉力载荷的末旋合的螺纹长度应为6倍以上螺距当试验拉力达到现行国家标准《紧固件机机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1中规定的最小拉力载荷(As·σb)时不得断裂当超过最小拉力载荷直至拉断时断裂应发生在杆部或螺纹部分而不应发生在螺头与杆部的交接处。第二十页，共29页。检测方法及结果判定

高强度大六角螺栓：

（一）扭剪型高强度螺栓预拉力检验应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取，每批应抽取8套连接副进行复验。1、检验方法采用轴力计方法复验连接副预拉力时，应将螺栓直接插入轴力计。紧固螺栓分初拧、终柠两次进行，初拧应采用手动扭矩板手或专用定扭电动板手;初拧值应为预拉力标准值50%左右。终拧应采用专用电动板手，至尾部梅头拧掉，读出预拉力值。每套连接副只应做一次试验，不得重复使用。在紧固中垫圈发生转动时，应更换连接副，重新试验。2、结果评定复验螺栓连接副的预拉力平均值和标准偏差应符合教材中表3-5-1的规定。第二十一页，共29页。检测方法及结果判定

高强度大六角螺栓

（二）高强度螺栓连接副施工扭矩检验高强度螺栓连接副扭矩检验含初拧、复拧、终拧扭矩的现场无损检验。高强度螺栓连接副扭矩检验分扭矩法检验和转角法检验两种，原则上检验法与施工法应相同。扭矩检验应在施拧1h后，48h内完成。1、扭矩法检验1）检验方法在螺尾端头和螺母相对位置划线，将螺母退回60°左右，用扭矩扳手测定拧回至原来位置时的扭矩值。高强度螺栓连接副终拧扭矩值按下式计算：Tc=K·Pc·d

（式3-5-1）式中Tc——终拧扭矩值（N·m）；Pc——施工预拉力值标准值（kN）,见表3-5-2；d——螺栓公称直径（mm）；K——扭矩系数，按式3-5-3的规定试验确定。

第二十二页，共29页。检测方法及结果判定

高强度大六角螺栓初拧扭矩值确定（高强度大六角头螺栓连接副、扭剪型高强度螺栓连接副）2）结果评定该扭矩值与施工扭矩值的偏差在10%以内为合格。2、转角法检验。1）检验方法

检查初拧后在螺母与相对位置所画的终拧起始线和终止线所夹的角度是否达规定值。

在螺尾端头和螺母相对位置画线，然后全部卸松螺母，在按规定的初拧扭矩和终拧角度重新拧紧螺栓，观察与原画线是否重合。2）结果评定

终拧转角偏差在10°以内为合格。第二十三页，共29页。检测方法及结果判定

高强度大六角螺栓

3、高强度螺栓终拧扭矩检测

1）检测方法①高强螺栓终拧扭矩检测前，应清除螺栓及周边涂层。螺栓表面有锈蚀时，尚应进行除锈。②高强螺栓终拧扭矩检测，应经外观检查或敲击检查合格后进行。高强度螺栓连接副终拧后，螺栓丝扣外露应为2扣～3扣，其中允许有10％的螺栓丝扣外露1扣。用小锤(0.3kg)敲击法对高强度螺栓进行普查，敲击检查时，一手扶螺栓（或螺母），另一手敲击，要求螺母（或螺栓头）不偏移、不颤动、不松动，锤声清脆。③高强螺栓终拧扭矩检测采用松扣、回扣法，先在检查扳手套筒和拼接板面上作一直线标记，然后反向将螺栓拧松约60°，再用检查扳手将螺母拧回原位，使两条线重合，读取此时的扭矩值。第二十四页，共29页。检测方法及结果判定

高强度大六角螺栓④力必须加在手柄尾端，使用时用力要均匀、缓慢。扳手手柄上宜施加拉力而不是推力。要调整操作姿势，防止操作失效时人员跌倒。⑤除有专用配套的加长柄或套管外，严禁在尾部加长柄或套管后，测定高强螺栓终拧扭矩。⑥使用后，擦拭干净放入盒内。定力扳手使用后要注意将示值调节到最小值处，⑦若扳手长时间未用，在使用前应先预加载几次，使内部工作机构被润滑油均匀润滑。2）结果评定①对在终拧1h之后、48h之内完成的高强度螺栓终拧扭矩检测结果，在0.9Tc～1.1Tc范围内，则为合格。②对于终拧超过48h的高强螺栓检测，扭矩值的范围宜为0.85Tc～1.15Tc。其检测结果不宜用于施工质量的评价。第二十五页，共29页。检测方法及结果判定

高强度大六角螺栓

4、扭剪型高强度螺栓施工矩检验。检验方法：观察尾部梅花头拧掉情况，尾部梅花头被拧掉者视同其终拧扭矩达到合格质量标准;尾部梅花头未被拧掉者应按上述扭矩法或转角法检验。（三）高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数复验复验用螺栓应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取,每批应抽取8套连接副进行复验。每套连接副只应做一次试验，不得重复使用。在紧固中垫圈发生转动时，应更换连接副，重新试验。连接副扭矩系数的复验应将螺栓穿入轴力计，在测出螺栓预拉力P的同时，应测出施加工螺母上的施扭矩值T，并应按下式计算扭矩系数K。

K=T/(P·d)