《鋼結構設計標準》GB50017-2017根據螺栓的性能等級和直徑對每個高強度螺栓的預拉力都作了規定,《施工規范》亦按此進一步規定高強度螺栓擰緊時不得超擰或欠擰。這些規定的目的都是為了控制高強度螺栓的預拉力。
高強度螺栓的應用,不論是在受剪螺栓連接、受拉螺栓連接還是在拉剪螺栓連接,其受力性能主要是基于螺栓對板疊強大的法向壓力,即緊固的預拉力。即使是承壓型的連接也要部分利用這一性能。因此,控制預拉力是保證高強度螺栓連接質量的一個關鍵性因素。
為了使高強度螺栓獲得盡可能大的預拉力,應最大限度地發揮其材料的潛力,將預拉力值最好確定在使螺栓產生的預拉應力接近鋼材的屈服強度,這樣可取得最佳經濟效果。
但考慮到材料的不均勻性,須乘以 0.9 材料系數折減。同時為了補償螺栓緊固后會有一定的松馳,使預拉力有所損失,《施工規范》規定終擰扭矩增加預拉力的 10%(參見高強度螺栓采用哪一種類型較好?怎樣選擇其緊固方法?)),因此還須乘以超擰系數 0.9 折減。
另外螺栓在施擰時,除使螺栓在沿其桿軸方向產生拉應力外,同時還在螺栓內產生剪應力,故還須用折算應力來考慮其影響。
一般在正常施工條件下,即螺母與螺栓或與墊圈之間涂潤滑脂(黃干油)的狀態下,或在供貨狀態原潤滑脂未干的情況下施擰時,其影響可按除以系數 1.2 考慮(施工時應滿足此條件,采用的潤滑材料最好用二硫化鉬 MoS2潤滑劑)。
據上所述,高強度螺栓的預拉力值應按下式確定,并取 5kN 的倍數值制成設計用表(參見《鋼結構設計標準》表 11.4.2-2):
P=0.9x0.9xfyAe/1.2=0.675fyAe
式中:
fy——螺栓經熱處理后的最低屈服強度(名義屈服點)
Ae——螺栓螺紋處的有效面積
由此 可見,螺栓若是超擰過多,則螺栓的預拉應力可能超過材料的屈服強度,使螺栓產生塑性變形而松弛;若是欠擰則達不到規定的預拉力。故《施工規范》規定螺栓的終擰扭矩偏差不得大于士10%,否則欠擰應補擰,超擰則應更換螺栓。
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