高強(qiáng)度螺栓用高強(qiáng)度鋼制造的,或者需要施以較大預(yù)緊力的螺栓,皆可稱為高強(qiáng)度螺栓。
從原材料看,高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度材料制造。高強(qiáng)螺栓的螺桿、螺帽和墊圈都由高強(qiáng)鋼材制作,常用 45號鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼。普通螺栓常用Q235鋼制造。
從強(qiáng)度等級上看:高強(qiáng)螺栓,使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級,其中10.9級居多。普通螺栓強(qiáng)度等級要低,一般為4.4級、4.8級、5.6級和8.8級。
從使用次數(shù)上看:高強(qiáng)度螺栓一般是不可以重復(fù)投入使用的;普通螺栓卻可以循環(huán)使用。
從受力特點(diǎn)上看:高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力和靠摩擦力傳遞外力。普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力,擰緊螺帽時(shí)產(chǎn)生預(yù)拉力很小,其影響可以忽略不計(jì),而高強(qiáng)螺栓除了其材料強(qiáng)度很高之外,還給螺栓施加很大預(yù)拉力,使連接構(gòu)件間產(chǎn)生擠壓力,從而使垂直于螺桿方向有很大摩擦力,而且預(yù)拉力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響高強(qiáng)螺栓的承載力。
高強(qiáng)度螺栓,“強(qiáng)”在哪里?
為回答這一個(gè)問題,必須從兩種螺栓的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)入手,研究其彈塑性變形的規(guī)律,并理解到設(shè)計(jì)破壞時(shí)的極限狀態(tài)。
普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓工作狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變曲線
設(shè)計(jì)破壞時(shí)的極限狀態(tài)
普通螺栓:螺桿本身發(fā)生超過設(shè)計(jì)允許的塑性變形,螺桿被剪壞。
普通螺栓連接,開始承受剪力前連接板間就會發(fā)生相對滑移,繼而螺栓桿和連接板接觸,發(fā)生彈塑性形變,承受剪力。
高強(qiáng)度螺栓:有效摩擦面間的靜摩擦力被攻克,兩塊鋼板發(fā)生相對位移,設(shè)計(jì)考量上即為破壞。
高強(qiáng)度螺栓連接,摩擦力首先承受剪力,當(dāng)荷載增大到摩擦力不足以抵抗剪力,靜摩擦力被攻克,連接板發(fā)生相對滑移(極限狀態(tài))。但此時(shí)雖然破壞,但螺栓桿與連接板發(fā)生接觸,依然可以利用其本身的彈塑性形變,承受剪力。高強(qiáng)度螺栓的承載能力高于普通螺栓,是為“高強(qiáng)”?
由單個(gè)螺栓的計(jì)算可知,高強(qiáng)度螺栓抗拉和抗剪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度均低于普通螺栓。其高強(qiáng)實(shí)質(zhì)是:正常工作時(shí),節(jié)點(diǎn)不允許發(fā)生任何相對滑移,即:彈塑性變形小,節(jié)點(diǎn)剛度大。
可見:在給定設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)荷載的情況下,用高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)并不一定能節(jié)省螺栓使用數(shù)量,但是其變形小,剛度大,安全儲備高。適合用主梁,等要求節(jié)點(diǎn)剛度較大的位置,符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn),弱桿件”的基本抗震設(shè)計(jì)原理。
高強(qiáng)度螺栓之強(qiáng),并非在于其本身的承載能力設(shè)計(jì)值,而是表現(xiàn)于其設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的剛度大,安全性能高,抗破壞的能力強(qiáng)。
普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓由于其設(shè)計(jì)的受力原理不同,其在施工檢驗(yàn)方法上有極大的區(qū)別。
同等級普通螺栓各項(xiàng)機(jī)械性能要求均比高強(qiáng)度螺栓略高,但高強(qiáng)度螺栓較普通螺栓多一項(xiàng)沖擊功的驗(yàn)收要求。
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