高強(qiáng)度螺栓的簡(jiǎn)介 高強(qiáng)度螺栓的分類及應(yīng)用
螺栓與螺帽經(jīng)常搭配使用，常用于固定結(jié)構(gòu)性的物體，凡是涉及到部件的連接或組裝都會(huì)用到它們。螺栓是我們常說(shuō)的五金產(chǎn)品之一，它一般是由金屬質(zhì)材料制成，其種類會(huì)隨其制成材料的不同而不同。螺栓的應(yīng)范圍很廣，不同的用途需要不同種類的螺栓，對(duì)螺栓性能的要求也有很大的差別。在一些特殊的環(huán)境中或一些有特殊要求的機(jī)器上會(huì)需要螺栓有很高的強(qiáng)度，于是就出現(xiàn)了高強(qiáng)度螺栓。那么什么是高強(qiáng)度螺栓？它一般是由什么材料制成的呢？下面就由小兔給大家介紹一下高強(qiáng)度螺栓。
一、關(guān)于高強(qiáng)度螺栓通俗地講，高強(qiáng)度螺栓就是人們預(yù)先給其施加強(qiáng)大的壓力而未出現(xiàn)明顯變形或折斷的螺栓，或者可以理解成為用高強(qiáng)度鋼制成的螺栓。高強(qiáng)螺栓與普通螺栓最明顯的不同就是它能承受超強(qiáng)的外部壓力，而不易變形、折斷，如果折斷也是那種脆性折斷。根據(jù)國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，性能等級(jí)在8.8級(jí)的螺栓就可以稱之為高強(qiáng)度螺栓了。從制成材料來(lái)看，高強(qiáng)度螺栓一般是由高強(qiáng)度的鋼制成，即35#鋼等優(yōu)質(zhì)材料；而普通螺栓一般由Q235鋼制成。
高強(qiáng)度螺栓由于能承受的載荷遠(yuǎn)高于同規(guī)格的普通螺栓，因此，它主要被用于一些高壓環(huán)境，如高壓或超高壓設(shè)備的連接、橋梁、鋼軌等，其中用于超高壓設(shè)備連接的高強(qiáng)度螺栓還需要施以較大的預(yù)應(yīng)力。此外，高強(qiáng)度螺栓也經(jīng)常被用于建筑結(jié)構(gòu)，但是一般用于建筑結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度螺栓是不可以重復(fù)使用的，因此對(duì)此類的螺栓的要求就要更高了。高強(qiáng)度螺栓一般以8.8級(jí)和10.9級(jí)為主，其中10.9級(jí)的高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用最多。
二、高強(qiáng)螺栓的具體分類及相應(yīng)的應(yīng)用范圍高強(qiáng)螺栓是用來(lái)連接各種部件的，由于連接的部件的不同，或連接環(huán)境的不同，需要其具備不同的性能，因此，人們就根據(jù)這些要求生產(chǎn)出了不同種類的高強(qiáng)度螺栓。1、承壓型高強(qiáng)度螺栓：這類型的高強(qiáng)螺栓主要用于靜態(tài)或有少許滑動(dòng)結(jié)構(gòu)部件之間的連接，要求高強(qiáng)度螺栓用于很強(qiáng)的抗承壓力的能力，同時(shí)還要具備很強(qiáng)抗剪能力。2、摩擦型高強(qiáng)度螺栓：這類型的高強(qiáng)螺栓主要用于制動(dòng)系統(tǒng)和承受動(dòng)荷載的重要結(jié)構(gòu)的連接，例如，重型吊車梁的連接、實(shí)腹梁的連接等。
3、抗拉型高強(qiáng)度螺栓：這類型高強(qiáng)度螺栓的基本要求是要求螺栓在受到強(qiáng)大的拉力是不易變形、折斷或脫落等，它們常被用于受壓件的法蘭連接。 以上就是小兔給大家介紹的高強(qiáng)度螺栓的相關(guān)知識(shí)，希望對(duì)大家有所幫助。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種工程建設(shè)和機(jī)器設(shè)備不斷的出現(xiàn)，因此，高強(qiáng)的螺栓的應(yīng)用還將越來(lái)越廣泛，我們對(duì)其性能的要求也會(huì)越來(lái)越高。
高強(qiáng)度螺栓到底強(qiáng)在哪？
超高強(qiáng)度緊固件可以在相同夾緊力下，通過(guò)減少自身尺寸來(lái)降低重量和增加安裝空間，因此可以對(duì)被連接部件進(jìn)行功能和體積優(yōu)化，從而使裝備達(dá)到整體減重和性能優(yōu)化的目的。
那么什么是高強(qiáng)度螺栓呢？高強(qiáng)度螺栓究竟強(qiáng)在哪？小編今天帶你來(lái)了解一下。
2021年11月28日，由上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院董瀚教授領(lǐng)銜的高性能鋼鐵材料團(tuán)隊(duì)、河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司、七豐精工科技股份有限公司、舟山市7412工廠、江蘇冶金技術(shù)研究院、上海大學(xué)（浙江）高端裝備基礎(chǔ)件材料研究院、上大新材料（泰州）研究院等七家單位經(jīng)過(guò)一年多的聯(lián)合攻關(guān)，通過(guò)“材料生產(chǎn)—緊固件制造—服役評(píng)價(jià)”全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，基于鋼鐵材料高性能化理論，利用龍鳳山鑄業(yè)生產(chǎn)的高純鐵原料成功研發(fā)出超高強(qiáng)度緊固件用B17.8及B19.8鋼，形成了16.8級(jí)和19.8級(jí)緊固件制造技術(shù)。
16.8和19.8級(jí)緊固件實(shí)物
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什么是高強(qiáng)度螺栓？
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：HSFG?？梢姡覀冎形氖┕ぶ兴f(shuō)的高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)度摩擦預(yù)緊螺栓的簡(jiǎn)稱。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，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。
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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）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
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。
誤區(qū)二：
承載能力高就是高強(qiáng)度螺栓？
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(duì)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(chǔ)備高。高強(qiáng)度螺栓適合用主梁，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)。
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高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓的對(duì)比
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(jí)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。
普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓的標(biāo)示是對(duì)同等級(jí)螺栓現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的基本方法。由于英美標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于高強(qiáng)度螺栓扭矩值計(jì)算的取值并不相同，所以識(shí)別兩種標(biāo)準(zhǔn)的螺栓也有必要。
高強(qiáng)度螺栓：（M24，L60，8.8級(jí)）
普通螺栓：（M24，L60，8.8級(jí)）
可見普通螺栓大約為高強(qiáng)度螺栓價(jià)格的70%，結(jié)合其驗(yàn)收要求的對(duì)比，可以得出，其溢價(jià)部分就應(yīng)該是為了保證材料的沖擊功（韌性）性能。
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如何提高螺栓疲勞強(qiáng)度
無(wú)論承受什么復(fù)雜的載荷，高強(qiáng)度螺栓的常見失效形式就是疲勞失效。早在1980年有專家研究了200例螺栓連接的失效，其中50%以上是疲勞破壞。提高高強(qiáng)度螺栓的抗疲勞性能至關(guān)重要。
螺栓疲勞斷裂具有以下特征：
1. 疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低。
2. 疲勞斷口均為無(wú)明顯塑性形變的脆斷性突然斷裂。
3. 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。
對(duì)于螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性形變和螺桿的疲勞斷裂，其中：
65%的破壞發(fā)生在與螺母聯(lián)接的第一個(gè)螺牙；
20%的破壞發(fā)生在螺紋與光桿的轉(zhuǎn)變處；
15%的破壞發(fā)生在螺栓頭與螺桿過(guò)渡圓角處。
01
優(yōu)化設(shè)計(jì)減小應(yīng)力集中
嚴(yán)格控制螺栓的收尾尺寸消除應(yīng)力集中:
a. 采用較大的過(guò)渡圓角
b. 切制卸荷槽
c. 螺紋收尾處切制退刀槽
d. 優(yōu)化螺栓的頭下傾角也可以有效減少應(yīng)力集中
e. 采用加強(qiáng)型的螺紋
加強(qiáng)型螺紋與普通螺紋的主要區(qū)別在外螺紋的小徑d1和牙根過(guò)渡圓角R。
加強(qiáng)型螺紋的主要特點(diǎn)是小徑d1較普通螺紋大些，牙根過(guò)渡圓角半徑增R大，減小螺栓的應(yīng)力集中，且對(duì)R有具體要求：R+=0.18042P，Rmin=0.15011P，其中P為螺距,而普通螺紋無(wú)此要求,甚至可以為平直段。
02
改善制造工藝
加強(qiáng)控制螺栓的制造過(guò)程中熱處理和表面處理工藝可以有效提高螺栓的疲勞。
a. 熱處理
螺栓先熱處理后滾絲成型，這樣在螺栓的內(nèi)部產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力，從而減緩裂紋的形成及發(fā)展，因而提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。
其中熱處理時(shí)還應(yīng)防止脫碳現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)比無(wú)表面脫碳和有表面脫碳情況下螺栓的疲勞強(qiáng)度。
脫碳層由于碳被氧化，金相組織其滲碳體的數(shù)量較正常組織少，因此在力學(xué)性能上其強(qiáng)度或硬度較正常組織低。
通常存在表面脫碳情況下螺栓的疲勞強(qiáng)度下降19.8%。
b. 磷化
螺栓表面磷化處理是為了防銹及穩(wěn)定裝配時(shí)的摩擦。
但是磷化處理同時(shí)也可起到減磨作用。
在滾絲過(guò)程中降低滾絲輪螺紋和螺絲螺紋之間的摩擦力，這對(duì)滾絲后螺栓螺紋上的應(yīng)力分布及降低螺紋表面粗糙度都將產(chǎn)生積極作用。
03
設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力
普通螺栓聯(lián)接的螺桿拉力主要被最前面的三牙受力螺紋承受。
當(dāng)初始預(yù)緊力足夠大時(shí)，會(huì)使部分螺紋根部局部進(jìn)入塑性變形，同時(shí)在這些螺紋根部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
螺紋根部產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力，能提高螺紋的疲勞強(qiáng)度。
同時(shí)塑性變形后的螺紋還能改善螺紋受力分布，使螺紋牙上的接觸壓力變小。
由此也提高了螺紋的疲勞強(qiáng)度。
預(yù)緊力越大，螺栓聯(lián)接抵抗聯(lián)接分離的能力越大，抵抗預(yù)緊力松弛的能力越強(qiáng)。
同時(shí)螺栓聯(lián)接的實(shí)際有效疲勞強(qiáng)度也越大。
因此，增大螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力， 利于提高螺栓聯(lián)接抵抗循環(huán)外載作用下疲勞失效的能力，使螺栓聯(lián)接在振動(dòng)沖擊力與有限超載作用下產(chǎn)生疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)變得更小。
高強(qiáng)度螺栓又叫高強(qiáng)度摩擦預(yù)緊螺栓，這些你知道嗎
高強(qiáng)度螺栓是鋼結(jié)構(gòu)施工中最普遍常見的施工內(nèi)容，所有鋼結(jié)構(gòu)工程師都會(huì)覺得熟悉得不能再熟悉了。然而事實(shí)可能并非如此，今天我們從最基本的概念的入手，帶你重新認(rèn)識(shí)高強(qiáng)度螺栓，可能會(huì)顛覆你最基本的認(rèn)識(shí)。
01
什么是高強(qiáng)度螺栓
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：HSFG。可見，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。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，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。
誤區(qū)二：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(duì)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(chǔ)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)。
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高強(qiáng)度螺栓規(guī)格
國(guó)內(nèi)常用的高強(qiáng)度螺栓分為 ASTM 及 JIS 規(guī)格。通常用的 ASTM 高強(qiáng)度螺栓有 A325 及 A490 兩種，具體使用情況如表一所示。
表一 ASTM 高強(qiáng)度螺栓通用情況
A325 螺栓主要成分為 TYPE1 及 TYPE3 兩種，TYPE1 為一般結(jié)構(gòu)用，如需要時(shí)可以熱浸鍍鋅，耐候鋼材應(yīng)配合使用TYPE3螺栓，采用 TYPE3 螺栓時(shí)設(shè)計(jì)圖上應(yīng)特別標(biāo)明，A325 螺栓的機(jī)械性如表二所示。
表二 ASTM高強(qiáng)度螺栓機(jī)械性能
A490 螺栓的材料強(qiáng)度比 A325 高，但是 A490 螺栓不可熱浸鍍鋅。A490 螺栓分為 3 種 TYPE 同樣耐候鋼材配合使用 TYPE3 型螺栓。A325 及 A490 螺栓標(biāo)準(zhǔn)直徑以英尺為單位，以 1/8 英尺為單位增量，且皆介于 1 英尺至 1.5 英尺之間，以 1 英尺左右的直徑較常用。
有些特殊的情況，所需螺栓直徑超過(guò) 1.5，此時(shí)可采用 A490 螺栓。A490 螺栓使用情況如表一所示，材料強(qiáng)度如表二所示。ASTM 高強(qiáng)度螺栓的螺頭及螺帽皆為六角形頭，其中螺帽必須為重型六角形螺帽。
JIS規(guī)格的高強(qiáng)度螺栓分為六角螺栓頭的 F 系列以及為減輕材料用量及美觀需求而發(fā)展之圓螺栓頭之 S 系列（見圖一），圓螺栓頭在安裝后拆卸較困難。
圖一 JIS F10T圓頭型扭矩控制高強(qiáng)度螺栓
材料強(qiáng)度不同，F(xiàn)系列又分為 F8t、F10t 及 F11t 三種，s系列則分成 s8t 及 s10t 二種，其中 F11t 材質(zhì)因品質(zhì)較不易控制，僅部分制造商有制造生產(chǎn)資質(zhì)，其材料強(qiáng)度如表三所示。
表三 JIS 高強(qiáng)度螺栓材料強(qiáng)度
JIS 螺栓直徑以 mm 為單位，一般常用的直徑規(guī)格在 12mm 至 24mm 之間。有過(guò)去的熱浸鍍鋅經(jīng)驗(yàn)可知，高強(qiáng)度螺栓在熱浸鍍鋅前處理酸洗過(guò)程中會(huì)吸收氫氧，因此會(huì)產(chǎn)生延遲破壞現(xiàn)象，延遲破壞就是高強(qiáng)度螺栓緊固一段時(shí)間后發(fā)生突然斷裂現(xiàn)象，這是因?yàn)榻饘俳Y(jié)晶內(nèi)蓄含的氫氧壓力過(guò)大的結(jié)果。
延遲破壞在 F10t 以上之高強(qiáng)度螺栓才會(huì)發(fā)生，F(xiàn)8t 以下不會(huì)發(fā)生，故摩擦結(jié)合所使用的熱浸鍍鋅高強(qiáng)度螺栓只能用 F8t 以下。
因?yàn)橹袊?guó)土木水利工程學(xué)會(huì)所編著的《熱浸鍍鋅鋼橋設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》明確標(biāo)明建筑使用 F8t 螺栓、F10 螺帽、F35 的華司組合及鍍鋅試驗(yàn)片的疲勞強(qiáng)度約比黑漆母材低 12kgf/mm2，因此對(duì)熱浸鍍鋅的高強(qiáng)度螺母 F8t 應(yīng)視情況考慮酌增螺栓用量。
螺栓的外觀如圖二所示，螺栓在螺栓頭會(huì)標(biāo)識(shí)其種類，如圖三及四所示，以方便使用及施工管理。
圖二 螺栓外觀及尺寸
圖三 ASTM 高強(qiáng)度螺栓之標(biāo)示
圖四 JIS 高強(qiáng)度螺栓之標(biāo)示
螺栓需配合螺帽及墊圈使用，螺栓、螺帽加上墊圈組成螺栓組，表四及表五分別為 ASTM 及 JIS 高強(qiáng)度螺栓組的組合。耐候鋼材應(yīng)該配合耐候型螺栓、螺帽及墊圈使用。
表四 ASTM 高強(qiáng)度螺栓組
注：螺帽除A563-B外，其余皆為重型六角形螺栓。
表五 JIS 高強(qiáng)度螺栓組
另外墊圈可以避免螺栓或螺帽鎖緊過(guò)程因旋轉(zhuǎn)而傷及鋼板，亦可分散螺栓頂部壓力過(guò)于集中，此外，將墊圈在旋轉(zhuǎn)端（螺栓頭端或螺帽端）可以降低旋轉(zhuǎn)面的摩擦力。
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螺栓軸拉力-軸向變形曲線
螺栓緊固過(guò)程會(huì)先鎖到緊貼狀態(tài)，所謂的緊貼狀態(tài)就是使用專用的扳手?jǐn)Q螺栓數(shù)圈是結(jié)合面貼合之緊固狀態(tài)。緊密狀態(tài)下的螺栓內(nèi)已經(jīng)承受了部分預(yù)拉力。
圖八為螺栓自貼緊情況開始，螺栓之軸拉軸向變形的曲線關(guān)系，橫坐標(biāo)為螺帽旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，等同于軸向變形，縱坐標(biāo)為螺栓拉力，曲線至緊貼狀態(tài)開始呈線性關(guān)系，然后在螺牙處會(huì)先屈服，曲線進(jìn)入非線性階段，緊接著螺牙處產(chǎn)生頸縮而強(qiáng)度開始下降，最后螺牙處斷裂。
圖八 螺栓之軸拉力-軸向變形關(guān)系曲線
螺栓受拉力時(shí)，臨界斷面發(fā)生在螺牙處，螺牙的最大拉力強(qiáng)度為材料抗拉強(qiáng)度與漲緊力面As的乘積
。其中，
=0.75 至 0.79Abn = 每公分螺牙數(shù) d=螺栓標(biāo)準(zhǔn)直徑Ab=螺栓標(biāo)準(zhǔn)斷面積（cm2）=πd/4 材料的屈服發(fā)生在螺牙的凹痕處，螺牙的屈服會(huì)發(fā)生在局限在局部區(qū)域，而螺栓的軸向拉變形的關(guān)系曲線并沒明確的在那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，螺栓在螺牙出屈服時(shí)的載重為 proof load，等于螺栓材料的屈服強(qiáng)度與張力面積的乘積，A325 螺栓的 proof load 約為自身抗拉強(qiáng)度的 70%，A490 螺栓的 proof load 約為自身抗拉強(qiáng)度的 80%。
所以高強(qiáng)度螺栓在安裝時(shí)需要加一預(yù)緊力 Tb，此預(yù)緊力為螺栓抗拉強(qiáng)度80%表八為 A325 與 A490 螺栓最小預(yù)緊力，表九為 JIS 螺栓最小預(yù)緊力。
A572 螺栓的最小預(yù)拉力約等于其 proof load，A490 螺栓最小預(yù)緊力也很接近其 proof load，實(shí)際施工時(shí)預(yù)拉力會(huì)高出最小預(yù)緊力，因此螺栓在施加預(yù)緊力時(shí)基本上已經(jīng)屈服。
原則上，在不使用螺栓破壞，且不至使螺栓產(chǎn)生永久塑性變形至易產(chǎn)生松弛前提下，螺栓的預(yù)緊力越大越好。
表八 A325 及 A490 螺栓最小預(yù)緊力
表九 JIS 螺栓最小預(yù)緊力
04
普通螺栓與高強(qiáng)度螺栓對(duì)比
普通螺栓可重復(fù)使用，高強(qiáng)度螺栓不可重復(fù)使用。 高強(qiáng)度螺栓一般由高強(qiáng)鋼材制成（45號(hào)鋼(8.8s)，20MmTiB(10.9S)，是預(yù)應(yīng)力螺栓，摩擦型用扭矩扳手施加規(guī)定預(yù)應(yīng)力，承壓型擰掉梅花頭。普通螺栓一般由普通鋼材(Q235)制成，只需擰緊即可。 普通螺栓一般為4.4級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和8.8級(jí)。高強(qiáng)度螺栓一般為8.8級(jí)和10.9級(jí)，其中10.9級(jí)居多。 普通螺栓的螺孔不一定比高強(qiáng)度螺栓大。實(shí)際上，普通螺栓螺孔比較小。 普通螺栓A、B級(jí)螺孔一般只比螺栓大0.3~0.5mm。C級(jí)螺孔一般比螺栓大1.0~1.5mm。 摩擦型高強(qiáng)度螺栓靠摩擦力傳遞荷載，所以螺桿與螺孔之差可達(dá)1.5～2.0mm。 承壓型高強(qiáng)度螺栓傳力特性是保證在正常使用情況下，剪力不超過(guò)摩擦力，與摩擦型高強(qiáng)度螺栓相同。當(dāng)荷載再增大時(shí)，連接板間將發(fā)生相對(duì)滑移，連接依靠螺桿抗剪和孔壁承壓來(lái)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。
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(jí)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。
標(biāo)識(shí)樣式對(duì)比
普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓的標(biāo)示是對(duì)同等級(jí)螺栓現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的基本方法。由于英美標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于高強(qiáng)度螺栓扭矩值計(jì)算的取值并不相同，所以識(shí)別兩種標(biāo)準(zhǔn)的螺栓也有必要。
價(jià)格對(duì)比
高強(qiáng)度螺栓：（M24，L60，8.8級(jí)）
普通螺栓：（M24，L60，8.8級(jí)）
可見普通螺栓大約為高強(qiáng)度螺栓價(jià)格的70%，結(jié)合其驗(yàn)收要求的對(duì)比，可以得出，其溢價(jià)部分就應(yīng)該是為了保證材料的沖擊功（韌性）性能。
05
螺栓緊固方法
普通螺栓的緊固程度并無(wú)明確規(guī)定，鎖緊時(shí)所施加的力一般只要連接緊密即可。但因鎖緊時(shí)未施加拉力，因此容易出現(xiàn)螺帽松弛脫落現(xiàn)象，為防止松脫的方法可用彈簧墊圈或采用雙螺帽的方法由外螺帽將內(nèi)螺帽壓緊以防止兩螺帽同步旋轉(zhuǎn)而松弛。
采用雙螺帽時(shí)內(nèi)螺帽需使用重型六角螺帽，外螺帽可采用一般螺帽（見圖九），一般高強(qiáng)度螺栓不論承載型的或者擦阻型因預(yù)緊后存在張力，此預(yù)緊力引致接觸面正應(yīng)力可產(chǎn)生抗扭轉(zhuǎn)摩擦阻力，因而可使螺帽產(chǎn)生不松脫現(xiàn)象，所以不必附加防脫裝置。
圖 九
但若是由于特殊用途（例如振動(dòng)機(jī)械或者車體重要結(jié)構(gòu)位置）必須采用特殊夾頭來(lái)防止螺帽松動(dòng)的情況，螺栓的夾頭決定螺栓及螺牙長(zhǎng)度或形式，以便用來(lái)防止松脫，螺帽夾緊裝置詳細(xì)信息見圖十。
圖 十
06
結(jié)語(yǔ)
高強(qiáng)度螺栓目前在汽車領(lǐng)域使用較為廣泛，主要使用在汽車強(qiáng)度連接及其重要的部位，像汽車的輪轂等位置，為汽車的安全穩(wěn)定行駛起到無(wú)可替代的作用。
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