高強度螺栓用高強度鋼制造的,或者需要施以較大預(yù)緊力的螺栓,皆可稱為高強度螺栓。
從原材料看,高強度螺栓采用高強度材料制造。高強螺栓的螺桿、螺帽和墊圈都由高強鋼材制作,常用 45號鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼。普通螺栓常用Q235鋼制造。
從強度等級上看:高強螺栓,使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個強度等級,其中10.9級居多。普通螺栓強度等級要低,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。
從受力特點上看:高強度螺栓施加預(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,擰緊螺帽時產(chǎn)生預(yù)拉力很小,其影響可以忽略不計,而高強螺栓除了其材料強度很高之外,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螺栓的承載力。
高強度螺栓,“強”在哪里?
為回答這一個問題,必須從兩種螺栓的設(shè)計工作狀態(tài)入手,研究其彈塑性變形的規(guī)律,并理解到設(shè)計破壞時的極限狀態(tài)。
普通螺栓和高強度螺栓工作狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變曲線
設(shè)計破壞時的極限狀態(tài)
普通螺栓:螺桿本身發(fā)生超過設(shè)計允許的塑性變形,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)計考量上即為破壞。
高強度螺栓連接,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,連接板發(fā)生相對滑移(極限狀態(tài))。但此時雖然破壞,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。高強度螺栓的承載能力高于普通螺栓,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(shè)計強度均低于普通螺栓。其高強實質(zhì)是:正常工作時,節(jié)點不允許發(fā)生任何相對滑移,即:彈塑性變形小,節(jié)點剛度大。
可見:在給定設(shè)計節(jié)點荷載的情況下,用高強度螺栓設(shè)計的節(jié)點并不一定能節(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)點剛度較大的位置,符合“強節(jié)點,弱桿件”的基本抗震設(shè)計原理。
高強度螺栓之強,并非在于其本身的承載能力設(shè)計值,而是表現(xiàn)于其設(shè)計節(jié)點的剛度大,安全性能高,抗破壞的能力強。
普通螺栓和高強度螺栓由于其設(shè)計的受力原理不同,其在施工檢驗方法上有極大的區(qū)別。
同等級普通螺栓各項機械性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沖擊功的驗收要求。
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