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)用還將越來越廣泛，我們對(duì)其性能的要求也會(huì)越來越高。
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，通過減少自身尺寸來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)過一年多的聯(lián)合攻關(guān)，通過“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?，我們中文施工中所說的高強(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)。
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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?，我們中文施工中所說的高強(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 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程因旋轉(zhuǎn)而傷及鋼板，亦可分散螺栓頂部壓力過于集中，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，以便用來防止松脫，螺帽夾緊裝置詳細(xì)信息見圖十。
圖 十
06
結(jié)語
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)定行駛起到無可替代的作用。
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