高強鋼的標準是什麼

本站之前發表過：高強度螺栓斷裂失效分析 M20鋼高強度螺栓斷裂原因-失效案例分析-舞臺高強度螺栓悄悄斷裂，氫脆挺可怕！ 能承受18噸重量的螺栓是這樣做出來的 等文章，今天我們再來一起學習一下：高強度螺栓與普通螺栓誤區 這個知識。

高強度螺栓是鋼結構施工中最普遍常見的施工內容，所有鋼結構工程師都會覺得熟悉得不能再熟悉了。然而事實可能並非如此，今天我們從最基本的概念的入手，帶你重新認識高強度螺栓，可能會顛覆你最基本的認識。

一、什麼是高強度螺栓

高強度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強度摩擦預緊螺栓，英文簡稱：HSFG。可見，我們中文施工中所說的高強度螺栓是

高強度摩擦預緊螺栓

的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了“摩擦（Friction）”“預緊（Grip）”兩個詞，卻造成了許多工程技術人員對高強度螺栓基本定義的理解，產生了誤區。

誤區一：

材料等級超過8.8級的螺栓，就是“高強度螺栓”？

高強度螺栓和普通螺栓的核心區別並不在於使用材料的強度，而是受力的形式。本質是是否施加預緊力，並利用靜摩擦力抗剪。

實際上在英標規範，美標規範中提到的高強度螺栓（HSFG BOLT）只有8。8級和10。9級兩種（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，材料強度高低並不是區別高強度螺栓與普通螺栓的關鍵。

二、正確理解“高強”，強在何處

按照GB50017，計算單個普通螺栓（B類）8。8級和高強度螺栓8。8級抗拉及抗剪強度。

透過計算我們可以看到，相同等級的情況下，普通螺栓的抗拉強度和抗剪強度的設計值都要高於高強度螺栓。

那麼高強度螺栓，“強”在哪裡？

為回答這一個問題，必須從兩種螺栓的設計工作狀態入手，研究其彈塑性變形的規律，並理解到設計破壞時的極限狀態。

普通螺栓和高強度螺栓工作狀態下應力應變曲線

設計破壞時的極限狀態

普通螺栓：

螺桿本身發生超過設計允許的塑性變形，螺桿被剪壞。

普通螺栓連線，開始承受剪力前連線板間就會發生相對滑移，繼而螺栓杆和連線板接觸，發生彈塑性形變，承受剪力。

高強度螺栓：

有效摩擦面間的靜摩擦力被攻克，兩塊鋼板發生相對位移，設計考量上即為破壞。

高強度螺栓連線，摩擦力首先承受剪力，當荷載增大到摩擦力不足以抵抗剪力，靜摩擦力被攻克，連線板發生相對滑移（極限狀態）。但此時雖然破壞，但螺栓杆與連線板發生接觸，依然可以利用其本身的彈塑性形變，承受剪力。

誤區二：

高強度螺栓的承載能力高於普通螺栓，是為“高強”？

由單個螺栓的計算可知，高強度螺栓抗拉和抗剪的設計強度均低於普通螺栓。其高強實質是：正常工作時，節點不允許發生任何相對滑移，即：彈塑性變形小，節點剛度大。

可見：在給定設計節點荷載的情況下，用高強度螺栓設計的節點並不一定能節省螺栓使用數量，但是其變形小，剛度大，安全儲備高。適合用主樑，等要求節點剛度較大的位置，符合“強節點，弱杆件”的基本抗震設計原理。

高強度螺栓之強，並非在於其本身的承載能力設計值，而是表現於其設計節點的剛度大，安全效能高，抗破壞的能力強。

三、高強度螺栓與普通螺栓的對比

普通螺栓和高強度螺栓由於其

設計的受力原理

不同，其在

施工檢驗方法

上有極大的區別。

同等級普通螺栓各項機械效能要求均比高強度螺栓

略高

，但高強度螺栓較普通螺栓

多一項

衝擊功的驗收

要求。

標識樣式對比

普通螺栓和高強度螺栓的標示是對同等級螺栓現場識別的基本方法。由於英美標準中對於高強度螺栓扭矩值計算的取值並不相同，所以識別兩種標準的螺栓也有必要。

價格對比

高強度螺栓：（M24，L60，8.8級）

普通螺栓：（M24，L60，8.8級）

可見普通螺栓大約為高強度螺栓價格的

70%

，結合其驗收要求的對比，可以得出，其溢價部分就應該是為了保證材料的

衝擊功（韌性）效能

。

四、總結

對於一個看似簡單的問題，想要從本質上深入，全面，正確的理解，也並不是一件簡單的事情。高強度螺栓和普通螺栓的定義、含義、深意的區別，是我們正確理解，運用高強度螺栓，並進行施工管理的基礎前提。

觀 點

（1）*

：在有些鋼結構的書中確實有提出，高強度螺栓是指強度超過8。8級的螺栓。對於這種觀點，首先英美標準是不支援的，沒有針對某種特定強度等級來界定“強”與“弱”。其次，也並不符合我們工作中提及的“高強度螺栓”。

（2）*

：為便於對比，此處不考慮複雜螺栓群的受力情況。

（3）*

：承壓型高強度螺栓在設計時也考慮了螺桿的承壓受力，將在後面的“高強度螺栓承壓型和摩擦型對比“中進行詳細介紹。

高強度螺栓，你瞭解多少？

高強度螺栓在生產上全稱叫高強度螺栓連線副，一般不簡稱為高強度螺栓。

根據安裝特點分為：大六角頭螺栓和扭剪型螺栓。其中扭剪型只在10。9級中使用。

根據高強度螺栓的效能等級分為：8。8級和10。9級。其中8。8級僅有大六角型高強度螺栓，在標示方法上，小數點前數字表示熱處理後的抗拉強度；小數點後的數字表示屈強比即屈服強度實測值與極限抗拉強度實測值之比。8。8級的意思就是螺栓杆的抗拉強度不小於800MPa，屈強比為0。8；10。9級的意思就是螺栓杆的抗拉強度不小於1000MPa，屈強比為0。9。

結構設計中高強度螺栓直徑一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30，不過M22/M27為第二選擇系列，正常情況下選用M16/M20 /M24/M30為主。

高強度螺栓在抗剪設計上根據設計要求分為：高強度螺栓承壓型和高強度螺栓摩擦型。

摩擦型的承載能力取決於傳力摩擦面的抗滑移係數和摩擦面數量，噴砂（丸）後生赤鏽的摩擦係數最高，但從實際操作來看受施工水平影響很大，很多監理單位都提出能否降低標準來確保工程質量。

承壓型的承載能力取決於螺栓抗剪能力和栓杆承壓能力的最小值。在只有一個連接面的情況下，M16摩擦型抗剪承載力為21。6~45。0kN，而M16承壓型抗剪承載力為 39。2~48。6 kN，效能要優於摩擦型。

在安裝上，承壓型工藝要簡單一些，連接面僅需清除油汙及浮鏽。沿軸杆方向抗拉承載力，在鋼結構規範中寫的很有意思，摩擦型設計值等於0。8倍預拉力，承壓型設計值等於螺桿有效面積乘以材料抗拉強度設計值，看起來似乎有很大區別，實際上兩個值基本一致。

在同時承受剪力和杆軸方向拉力時，摩擦型要求是螺栓承受的剪力與受剪承載力之比加上螺桿承受軸力與受拉承載力應力比之和小於1。0，承壓型要求是螺栓承受的剪力與受剪承載力之比的平方加上螺桿承受軸力與受拉承載力比的平方之和小於1。0，也就是說在同種荷載組合情況下，相同直徑的承壓型高強度螺栓在設計上的安全儲備要高於摩擦型高強度螺栓的。

考慮到在強震反覆作用下，連線摩擦面可能會失效，這時候的抗剪承載力還是要取決於螺栓抗剪能力和板件承壓能力，因此抗震規範規定了高強度螺栓極限受剪的承載力計算公式。

儘管承壓型在設計數值上佔有優勢，但由於其屬於剪壓破壞型式，螺栓孔為類似普通螺栓的孔隙型螺栓孔，在承受荷載作用時的變形遠大於摩擦型，所以高強度螺栓承壓型主要用於非抗震構件連線、非承受動荷載構件連線、非反覆作用構件連線。

這兩種型式的正常使用極限狀態也是有區別的：

摩擦型連線是指在荷載基本組合作用下連線摩擦面發生相對滑移；

承壓型連線是指在荷載標準組合作用下連線件之間發生相對滑移；

普通螺栓

1。 普通螺栓分A、B、C三種。前兩種是精製螺栓，較少用。一般說的普通螺栓，均指C級普通螺栓。

2。 在一些臨時連線及需拆卸的連線中，常用到C級普通螺栓。建築結構常用的普通螺栓有M16、M20、M24。某些機械工業粗製螺栓直徑可能比較大，用途特殊。

高強度螺栓

3。高強度螺栓的材料與普通螺栓不同。高強度螺栓一般用於永久連線。常用的有M16~M30。超大規格的高強度螺栓效能不穩定，應慎重使用。

4。建築結構的主構件的螺栓連線，一般均採用高強度螺栓連線。

5。工廠出廠的高強度螺栓並不分承壓型還是摩擦型。

6。 究竟是摩擦型高強度螺栓或者是承壓型高強度螺栓？實際上是設計計算方法上有區別：

（1） 摩擦型高強度螺栓以板層間出現滑動作為承載能力極限狀態。

（2）承壓型高強度螺栓以板層間出現滑動作為正常使用極限狀態，而以連線破壞作為承載能力極限狀態。

7。摩擦型高強度螺栓並不能充分發揮螺栓的潛能。在實際應用中，對十分重要的結構或承受動力荷載的結構，尤其是荷載引起反向應力時，應該用摩擦型高強度螺拴，此時可把未發揮的螺栓潛能作為安全儲備。除此以外的地方應採用承壓型高強度螺栓連線以降低造價。

普通螺栓與高強度螺栓區別

8。普通螺栓可重複使用，高強度螺栓不可重複使用。

9。高強度螺栓一般由高強鋼材製成（45號鋼（8。8s），20MmTiB（10。9S），是預應力螺栓，摩擦型用扭矩扳手施加規定預應力，承壓型擰掉梅花頭。普通螺栓一般由普通鋼材（Q235）製成，只需擰緊即可。

10。普通螺栓一般為4。4級、4。8級、5。6級和8。8級。高強度螺栓一般為8。8級和10。9級，其中10。9級居多。

11。普通螺栓的螺孔不一定比高強度螺栓大。實際上，普通螺栓螺孔比較小。

12。普通螺栓A、B級螺孔一般只比螺栓大0。3~0。5mm。C級螺孔一般比螺栓大1。0~1。5mm。

13。摩擦型高強度螺栓靠摩擦力傳遞荷載，所以螺桿與螺孔之差可達1。5～2。0mm。

14。承壓型高強度螺栓傳力特性是保證在正常使用情況下，剪力不超過摩擦力，與摩擦型高強度螺栓相同。當荷載再增大時，連線板間將發生相對滑移，連線依靠螺桿抗剪和孔壁承壓來傳力，與普通螺栓相同，所以螺桿與螺孔之差略小些，為1。0～1。5mm。

柱腳錨栓

15。 錨栓沒有等級，只有材料之分：Q235和Q345。建築結構上用錨栓最多的就是柱腳錨栓。

16。柱腳錨栓既不屬於普通螺栓也不屬於高強度螺栓。嚴格來說，它不屬於螺栓。柱腳錨栓一般採用M20或M24。

17。 柱腳錨栓的製造標準應該同普通螺栓的製造標準。柱腳錨栓埋入的長度應該與其與混凝土之間的摩擦力，還有就是錨栓的形式有關。

膨脹螺栓和化學螺栓

18。 不管是膨脹錨栓還是化學錨栓，均非國標規範中的連線形式，應避免使用這類連線，尤其是重要的連線中。均應採用事先預埋件。

19。 膨脹錨栓主要靠膨脹管的張開與砼產生摩擦力來抗拔的。抗拔力的大小與施工工藝關係較大，人為因素較大，抽檢做抗拉實驗也沒用。

20。 化學錨栓是採用打孔機打孔成型，然後灌入化學漿料，將栓杆放入，以成錨固作用。

21。 膨脹螺栓和化學螺栓，其實都屬於錨栓性質。在某些情況下，因為沒有事先預埋，就需要用到膨脹螺栓或化學錨栓了。但這種情形應該在設計中努力避免。因為錨栓都應該預埋。例如柱腳錨栓。因為只有這樣，才能保證最佳的粘接和受力。而且事後打孔，常常會對砼中的受力鋼筋以及砼本身造成損傷。

22。 砼規範中，對於預埋在混凝土中的構件，都稱之為預埋件。根據建設部檔案，膨脹螺栓不得用於幕牆。一般新建工程，嚴禁採用膨脹錨栓，都應該採用預埋。