高強(qiáng)度螺栓(High-Strength Friction Grip Bolt),英文直譯為:高強(qiáng)度摩擦預(yù)緊螺栓,英文簡(jiǎn)稱(chēng):HSFG??梢?jiàn),我們中文施工中所說(shuō)的高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)度摩擦預(yù)緊螺栓的簡(jiǎn)稱(chēng)。在日常溝通中,僅僅是簡(jiǎn)略了“摩擦(Friction)”“預(yù)緊(Grip)”兩個(gè)詞,卻造成了許多工程技術(shù)人員對(duì)高強(qiáng)度螺栓基本定義的理解,產(chǎn)生了誤區(qū)。
誤區(qū)一:
材料等級(jí)超過(guò)8.8級(jí)的螺栓,就是“高強(qiáng)度螺栓”?
高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓的核心區(qū)別并不在于使用材料的強(qiáng)度,而是受力的形式。本質(zhì)是是否施加預(yù)緊力,并利用靜摩擦力抗剪。
實(shí)際上在英標(biāo)規(guī)范,美標(biāo)規(guī)范中提到的高強(qiáng)度螺栓(HSFG BOLT)只有8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種(BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490),而普通螺栓卻有包含有4.6、5.6、8.8、10.9、12.9等(BS 3692 11款表2);由此可見(jiàn),材料強(qiáng)度高低并不是區(qū)別高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓的關(guān)鍵。
高強(qiáng)度螺栓強(qiáng)在哪?
按照GB50017,計(jì)算單個(gè)普通螺栓(B類(lèi))8.8級(jí)和高強(qiáng)度螺栓8.8級(jí)抗拉及抗剪強(qiáng)度。
通過(guò)計(jì)算我們可以看到,相同等級(jí)的情況下,普通螺栓的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值都要高于高強(qiáng)度螺栓。
那么高強(qiáng)度螺栓,“強(qiáng)”在哪里?
為回答這一個(gè)問(wèn)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(xiàn)
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(guò)設(shè)計(jì)允許的塑性變形,螺桿被剪壞。
普通螺栓連接,開(kāi)始承受剪力前連接板間就會(huì)發(fā)生相對(duì)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(duì)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(duì)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。