30,2022年XNUMX月XNUMX月XNUMX日至XNUMX日

当今以大飞机、大型发电设备、汽车、高铁、大型船舶、大型成套设备等为代表的先进制造业已进入重要发展方向。由此，紧固件将进入重要的发展阶段。高强螺栓用于重要机械的连接，重复的安装扭矩对高强螺栓的要求极高。因此，其表面状况和螺纹精度的好坏将直接影响主机的使用寿命和安全。为了提高摩擦系数，避免使用过程中的腐蚀、卡死或卡死，技术要求规定表面应进行镍磷镀层处理。涂层厚度保证在0.02-0.03mm范围内，且涂层均匀、致密、无针孔。

内容

什么是高强度螺栓

基础知识

适度拧紧连接节点

英制、公制系列美制高强度螺栓

垫圈的使用

防滑系数

摩擦式连接通过系数

高强螺栓预紧力

高强度螺栓的种类和规格

高强度螺栓连接工艺

大六角头高强螺栓连接工艺

采用高强度钢制成的螺栓，或者需要较大预紧力的螺栓，可称为高强度螺栓。高强度螺栓多用于桥梁、钢轨、高压、超高压设备的连接。此类螺栓的断裂多为脆性断裂。超高压设备中使用的高强度螺栓需要有很大的预应力才能保证容器的密封。

1、美国根据螺栓材料的强度分为以下两种：

a) ASTMA325、A325M、F1852——最小拉伸强度120/105Ksi(830Mpa)

b) ASTMA490、A490M、F2280——最小拉伸强度150Ksi（1040Mpa）

后缀“M”为公制单位； F1852、F2280为扭剪型张力控制高强螺栓。

2.美国有1型和3型高强度螺栓（2型已废弃）。不同类型表明高强螺栓采用的材料不同，表面处理也不同（表面处理见RCSC高强螺栓规范表2.1）。

高强度螺栓类型标志（RCSC高强度螺栓规范2.3.3）

高强度螺栓类型标志（RCSC高强度螺栓规范2.3.3）

3、大六角头高强螺栓和扭剪型张力控制高强螺栓仅安装方法不同，其他性能完全相同。

4. 高强度螺栓接头类型（RCSC高强度螺栓规范第4节）

a) ST——适度拧紧的连接节点，连接面无需处理。

b) SC——摩擦式连接接头，连接表面需要处理。

c) PT——对连接节点施加预拉力，连接面无需处理。

5、压力式连接和摩擦式连接。使用相同的高强螺栓，但承载能力的概念不同，对钢材表面的要求也不同。承压连接仅适用于载荷垂直于槽孔方向的标准孔、短槽孔和长槽孔；摩擦式连接适用于标准孔、超大孔、短槽孔和长槽孔。

6、高强度螺栓后缀的含义：

N：对于承压连接，高强度螺栓螺纹位于剪切平面内。

示例：A490-N

X：对于承压连接，高强度螺栓螺纹位于剪切面之外。

TC：扭剪型张力控制高强度螺栓

示例：A325-TC

T：A325螺栓长度≤4d时可全螺纹，表示为A325T。

 适度拧紧的接头是指接头内的所有螺栓均完全拧紧，使接头内的连接板紧密接触，并且在不使用扳手的情况下防止螺母松脱的状态。 （RCSC 高强度螺栓规范 - 2009 8.1）。

安装时可以用冲击扳手轻轻冲击一下，也可以工人用普通扳手全力拧紧。 （RISC 高强度螺栓规范 - 2004 8.1）。

美制高强度螺栓可以用英制或公制单位表示。英制单位和公制单位并不完全对应。高强度螺栓的直径、螺距、孔尺寸、螺母形状、垫圈厚度、螺栓长度选择都有所不同。 RCSC高强度螺栓规格有英制单位和公制单位，数据可参见AISC 360第J章连接设计和其他专门的公制标准。

英制单位（英寸） 1/2 5/8 3/4 7/8 1 1-1/8 1-1/4 1-3/8 1-1/2

公制单位（毫米） M16 M20 M22 M24 M27 M30 M36

美式高强螺栓开口无论是承压型还是摩擦型连接都是一样的。

开口尺寸（英寸）（AISC 360 表 J3.3）

开口尺寸（毫米）（AISC 360 表 J3.3）

高强度螺栓A325和A490的螺纹长度和螺距以及A563螺母的厚度（英寸）

查找高强度螺栓和螺母的详细尺寸时，请参阅 ASME B18.2.6 和 ASME B18.2.6M。

F959M 强力垫圈厚度（毫米）（ASME B18.2.6M 表 5）

a) 斜面：当倾斜度超过1：20时，使用ASTM F436斜垫圈。

b) 槽：使用 ASTM F436 垫圈或 5/16 英寸厚的普通钢垫片堵住槽。

c) 除 a) 和 b) 项外，不使用垫圈。

除以下情况外，不需要垫片

a) 当使用A490或F2280螺栓且连接材料的最小屈服强度小于40Ksi（276N/mm）时，大六角头螺栓需要436个F436垫圈，扭剪张力控制需要XNUMX个FXNUMX垫圈螺栓。

b) 使用校准扳手时，旋转件下方需放置F436垫圈。

c) 扭剪螺栓需要在螺母下方放置F436垫圈；

d) 使用力指示垫圈（DTI），如下图所示：

转动螺母：将强力垫圈放在螺栓头上，将垫圈放在螺母上（a）

转动螺母：强力垫圈置于螺母处，垫圈置于螺母与强力垫圈之间

转动螺母：指示垫圈置于螺栓头下方，垫圈置于螺栓头与指示垫圈之间

转动螺母：将强力垫圈放在螺母下方，将垫圈放在螺栓头下方（图 d）

e) 超大孔和长孔垫片（RCSC 高强度螺栓规格表 6.1）

ASTM F436垫片加3/8in厚钢板垫片或与结构同等级的连续钢板

超大孔和长孔垫片的尺寸应足以完全覆盖孔。

A325

F1852

A490

F2280

螺栓的长度，完全安装到位后，螺栓端部应超出螺母外表面，至少齐平（RCSC高强度螺栓规范2.3.2）。一般情况下，应该暴露2-3个线程。

1、英制高强螺栓长度选择（《RCSC高强螺栓规范》第2.3.3条）

 采用英制单位的高强度螺栓的长度应为握紧长度（被连接部件的总厚度）加上附加长度，这已充分考虑了制造公差，为大六角螺母的安装提供了足够的螺纹。

对于每个 F436 平垫圈，螺栓长度应增加 5/32 英寸，对于每个 F436 斜垫圈，螺栓长度应增加 5/16 英寸。当使用F959测力垫圈时，应加上测力垫圈的厚度。

按上述原则确定的高强度螺栓长度应调整至下1/4in长度，当螺栓长度超过6in时，应调整至下1/2in长度。

螺栓附加长度（不包括垫圈）（英寸）（RCSC 高强度螺栓规格表 C2.2）

2、公制高强度螺栓长度的选择

美国标准没有给出使用公制单位的附加长度，根据我们的经验，高强度螺栓的长度应为握紧长度（被连接构件的总厚度）加上垫圈（包括强力垫圈）的厚度，加上螺母厚度，加上螺纹2-3扣，我们建议按上述原则确定的高强螺栓长度四舍五入为3，螺栓长度尾数调整为5或0。（美国规定当螺栓长度≤100mm时增加5mm，长度>100mm时增加10mm，建议长度>100mm时也增加5mm。）

螺栓长度可按下表确定，如果使用指示垫圈，则应加上指示垫圈的厚度。

螺栓附加长度M（mm）：

孔中心距不应小于2-2/3d（d为螺栓直径），一般为3d。

对于标准孔，任何方向均不得小于下表规定，或按AISC 360 J3.10计算。

对于超大孔和长孔，应遵循AISC 360 J3.4。

最小边距（英寸）（AISC 360 表 J3.4）

注：1-1/4 英寸。允许采用梁端连接角钢和剪力端板。

从孔中心到任何近边缘的连接板厚度的 12 倍，但不超过 6 英寸（150 毫米）

连接器的纵向间距限制如下：

a) 涂漆或未涂漆但不受大气腐蚀，间距不超过较薄板厚度的 24 倍或 12 英寸（305 毫米）；

b) 易受大气腐蚀的未涂漆耐候钢，间距不超过较薄板厚度的 14 倍或 7 英寸（180 毫米）；

美钢表面分为A、B、C三个等级

A级：去除生锈和未涂层的钢材表面，或喷砂后具有A级涂层的表面。 =0.33

B级：喷砂处理后无涂层的钢材表面，或喷砂处理后有B级涂层的表面。 =0.50

C级：粗糙热镀锌表面。 =0.35

1. 1 为标准孔。

2. 超大孔和短槽孔为0.85。

3.负载垂直槽孔为0.7。

4、沿长槽的载荷为0.6。

高强螺栓预紧力（Kips）（AISC 360表J3.1）

高强度螺栓连接按其受力情况可分为三种类型：摩擦连接、承压连接和拉力连接。其中，前两种连接主要承受剪力，第三种连接主要承受拉力。摩擦式连接是目前广泛使用的连接形式。

摩擦式连接依靠连接板之间的摩擦力来承载载荷。连接中螺栓封闭孔不受压力，螺钉不被剪切。这种连接应力传递平稳，接头刚性好。通常所说的高强度螺栓连接就是这种摩擦连接。在高强度螺栓摩擦连接中，板间摩擦力即将被克服，成为承载能力的极限状态。

承压连接的承载能力极限状态是克服摩擦力，节点板相对滑移，孔壁受压，螺栓被剪切。这种连接克服摩擦力后会产生一定的滑动变形，因此其应用受到限制，但这种连接的承载能力比高强螺栓摩擦连接高，经济性好。

受拉型连接：当外力与高强螺栓的轴向力一致时，法兰连接、T型连接、螺栓球接头连接等高强度螺栓连接称为受拉型连接。这种连接的特点是通过高强螺栓的预紧力使外力与连接件之间产生的压力相平衡。

高强度螺栓就是高强度螺栓，属于标准件。高强螺栓连接是继铆接连接之后的一种新型钢结构连接方式，是目前钢结构连接的主要方式。高强度螺栓在生产中的全称是高强度螺栓连接副，一般不简称为高强度螺栓。

高强螺栓从外观上可分为扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓。

扭剪高强度螺栓

钢结构用扭剪型高强螺栓螺栓连接副为螺栓、螺母和垫圈，适用于摩擦型连接钢结构。

大六角头高强度螺栓

钢结构用高强度大六角头螺栓为粗牙普通螺纹，分为8.8S和10.9S两个等级。一组连接副由一个螺栓、一个螺母和两个垫圈组成。高强度螺栓连接副应同批次制造，以保证扭矩系数的稳定性。同批次连接副的平均扭矩系数为0.110-0.150，扭矩系数的标准偏差不应大于0.010。

大六角高强螺栓属于普通螺钉的高强等级，而扭剪高强螺栓则是大六角高强螺栓为了更好的施工而改进的类型。

根据高强度螺栓的性能等级分为：8.8级、10.9级和12.9级。目前，我国使用的大六角高强螺栓有：8.8级和10.9级，扭剪型高强螺栓只有10.9级。其中只有8.8级大六角高强度螺栓。标记方法中，小数点前的数字表示热处理后的抗拉强度；小数点后的数字表示屈强比，即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值的比值。 。 8.8级是指螺栓轴抗拉强度不小于800MPa，屈强比为0.8； 10.9级是指螺栓轴的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为0.9。

在剪切设计方面，高强螺栓按受力状态要求分为：高强螺栓承压型和高强螺栓摩擦型。

对于高强螺栓摩擦型，将板间滑动视为承载能力的极限状态。

连接件不允许相互滑动，变形小，承载能力小。工艺保证措施：喷砂，使m=0.3～0.55。

高强螺栓摩擦力示意图

高强度螺栓承载型以连接失效作为承载能力的极限状态。

连接器之间允许相互滑动。传力开始时，在标准载荷下动连接件之间不存在滑移，剪切力由摩擦力和螺杆的剪切阻力共同传递。但当载荷较大时，连接器之间会产生较大的塑性变形。当接近失效时，连接件之间存在相对滑动，摩擦力仅起到延缓滑动的作用。剪切力由螺钉传递，具有与普通螺栓相同的特性。因此，存在与普通螺栓相同的极限状态——螺栓被剪切、孔壁被压碎、构件被破坏。变形大，不适合动载荷下的连接。

高强螺栓承压示意图

建筑结构主要构件的螺栓连接一般采用高强螺栓连接。普通螺栓可以重复使用，但高强度螺栓不能重复使用。

(1)高强度螺栓连接在连接前应对连接副及摩擦面进行检查和复验，检验合格后方可进行安装。

(2)各连接处应先用临时螺栓或冲钉定位。为防止螺纹损坏引起扭矩系数变化，严禁使用高强度螺栓作为临时螺栓。对于接头，临时螺栓和冲钉的数量应根据接头可能承受的载荷计算确定，并应符合下列规定：

①不少于安装螺栓总数的1/3；

②临时螺栓不少于2个；

③穿钉数量不应大于临时螺栓的30%。

(3)高强螺栓的穿入应在调整结构中心位置后进行，穿入方向应以施工方便为原则，力求一致；安装时要注意垫圈的正反面，即：螺母有圆台的一侧应面向垫圈的倒角一侧；大六角头高强螺栓连接副靠近螺钉头一侧的垫圈，其倒角面朝向螺栓头。

(4)高强度螺栓的安装应能自由穿入孔内，严禁强行穿入。如果不能自由穿通，则应用铰刀修整该孔；修正后的孔的最大直径应小于螺栓直径的1.2倍。修孔时，为防止铁屑落入板叠接缝处，扩孔前应将孔周围的所有螺栓拧紧，使板叠紧密结合后再进行，气割、扩孔严厉禁止。

(5)高强螺栓连接时，连接钢板孔径略大于螺栓直径，必须采用钻孔法。钻孔后钢板表面应平整，孔边不应有飞边、毛刺，连接板表面不应有焊渣、油污等。 允许表螺栓孔直径偏差如下：

名称

直径及允许偏差（mm）

螺栓

直径

12

16

20

（22）

24

（27）

30

偏差

±0.43

±0.52

±0.84

螺栓孔

直径

13.5

17.5

22

（24）

26

（30）

33

偏差

±0.43

0

±0.52

0

±0.84

0

圆度（最大直径与最小直径之差）

1.00

1.50

中心线倾斜度

不大于板厚的3%，单层板不大于2.0mm，多层板叠组合不大于3.0mm

(6)高强螺栓连接板螺栓孔的孔距和边距除满足表2.10的要求外，还应考虑专用施工工具的可操作空间。通用规格螺栓的可操作空间如下图、表所示：

施工设备作业空间尺寸

扳手型

最新尺寸（毫米）

图

a

b

手动定扭矩扳手

1.5d0且不小于45

140 + c

扭剪式电动扳手

65

530 + c

大六角电动扳手

扳手 M24

50

450 + c

M24以上

60

500 + c

当量规中心到元件边缘的距离（即图中的a）不满足要求，而b值有足够的空间时，可考虑采用加长套筒进行拧紧。此时套筒头的直径一般为螺母对角线尺寸加10mm。

高强螺栓连接板螺栓孔距允许偏差如下表所示：

分组

项目

螺栓孔间距（mm）

100mm时，长度相差≤20mm，可视为相同长度），机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺栓属于同一批次；同一性能等级、材质、炉号、螺纹规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺母属于同一批次；同一性能等级、材质、炉号、螺纹规格、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的垫圈属于同一批次；分别由同批螺栓、螺母、垫圈组成的连接副为同批连接副。

对于大六角头高强螺栓连接副，当扭矩系数K确定后，由于设计规定了螺栓的轴向力（预拉力）P，则螺栓应施加的扭矩值M可得容易计算确定，根据计算确定的施工扭矩值，并使用扭矩扳手（手动、电动、气动）根据施工扭矩值进行最终拧紧，这就是扭矩法的原理。

确定螺栓轴向力P时，应根据设计预拉力值。一般考虑螺栓施工预拉力损失的10%，即螺栓施工预拉力（轴力）P为设计预拉力值的1.1倍，如下表为P值大六角高强螺栓的预拉力（轴向力）。

高强度大六角头螺栓施工预拉力（kN）

螺栓性能等级

螺栓公称直径d(mm)

M12

M16

M20

M22

M24

M27

M30

等级8.8

50

90

140

165

195

255

310

等级10.9

60

110

170

210

250

320

390

螺栓的扭矩系数在储存和使用过程中容易发生变化，因此在施工现场安装前一般要重新检验扭矩系数。复检通过后，根据复检结果确定施工扭矩，并据此安排施工。

扭矩系数试验所用的螺栓、螺母、垫圈应从同批次螺栓对中随机选取，一般根据批量大小取5～10套（因为通过扭矩系数试验的螺栓可工程中仍使用时，如果条件允许，可以选择更多的样品，以更好地反映该批螺栓的扭矩系数），试验状态应与螺栓使用状态相同，并且样品不允许重复使用。扭矩系数复验应当在国家认可的有资质的检测单位进行，检测所使用的轴向力计和扭矩扳手应当经过计量认证。

采用扭矩法最终拧紧前，应先进行初拧紧，对于螺栓较多的大型接头，需重新拧紧。初次拧紧的目的是使接触面紧密，螺栓“拧紧”。一般常用规格（M20、M22、M24）螺栓的初紧扭矩为200-300N.m，螺栓轴向力可达10-50kN。在实际操作中，操作者可以使用普通扳手，用自己的手力拧紧即可。

一般来说，初次拧紧、重新拧紧、最后拧紧的顺序是从中间向两侧或四周对称。初拧和终拧螺栓应有不同标记，避免漏拧、过紧等安全隐患。也方便检验人员检查紧固质量。

由于扭矩系数的离散性，特别是螺栓的制造质量和施工管理较差，会导致扭矩系数超过标准值（平均值和变异系数）。本例采用扭矩法进行施工，即用扭矩值来控制螺栓轴力。方法会有较大误差。为了解决这个问题，引入了转角施工法。转角法是通过螺母的转角控制螺杆的弹性伸长量来控制螺栓轴向力的方法。

实验结果表明，螺栓初次拧紧后，螺母的旋转角度与螺栓的轴向力相对应，并且当螺栓在弹性范围内受拉时，两者之间呈线性关系。根据这种线性关系，确定了螺栓的施工预拉力（一般为设计预拉力的1.1倍）后，很容易得到螺母的旋转角度，施工人员可以根据这个旋转角度紧固施工，即能满足设计要求。这就是角法施工的基本原理。

高强螺栓角度法的施工分为初拧和终拧（必要时增加重新拧紧）两个步骤，且初拧的要求比扭矩法更严格。这是因为连接板之间会有间隙。首先，螺母的旋转角度大部分被板间间隙消耗，旋转角度与螺栓轴向力的关系不稳定；初次拧紧的目的是消除板间隙的影响，为最终的拧紧打下大致一致的基础。

转角施工在我国已有40多年的历史，但对于初始拧紧扭矩的大小尚无标准，各工程根据具体情况确定。一般来说，对于常用的螺栓（M20、M22、M24），初拧扭矩设定在200-300N.m比较合适。最后拧紧是在初次拧紧的基础上，再将螺母转动一定角度，使螺栓的轴向力达到施工的预紧力。下图是角点法的构造示意图。

角部施工方法

角点法的构造顺序如下：

初次拧紧：用固定扭矩扳手从螺栓组中心向外依次拧紧螺母。

初紧检查：一般采用敲击法，即用小锤子逐一检查，目的是防止螺栓拧坏。

标记：初次拧紧后，将螺栓一一标记，如上图

最终拧紧：用专用扳手将螺母旋转额定角度，如上图所示，因此拧紧螺栓组的顺序与初次拧紧顺序相同

终拧检查：螺栓终拧后，逐一检查螺母的旋转角度是否符合要求，并用量角器检查螺栓与螺母上连线的相对旋转角度。

标记：用不同颜色的笔对最终拧紧的螺栓进行标记，防止泄漏和重新拧紧，并由质检员检查。

目前最终拧紧使用的工具有气动扳手、电动扳手、电动定角扳手和手动扳手等。扳手控制螺母角度的一般方式是在套筒上标记旋转角度，所以最后用笔在钢板上标出套筒上角度的起始位置。开机后，等到套角的端线与钢板上的标记重合，最后的拧紧就完成了。此时套筒的旋转角度就是螺母的旋转角度。使用定转角度扳手时，螺母旋转角度由扳手控制，到达指定角度时扳手自动停止。为了保证最终拧入角度的准确性，拧入时应注意防止螺栓与螺母同向旋转。为此，应有人配合，将螺丝头挡在螺丝头的一侧。

施工前应重新检查螺母的旋转角度。复验程序与扭矩法施工相同，即复验的螺栓、螺母、垫圈应从同批次螺栓副中随机选取，一般按规定取5～10套。批量大小。 ，试验状态应与螺栓使用状态相同，且试样不允许重复使用。旋转角度的复验应当在国家认可的有资质的检验单位进行，检验所使用的轴力计、扳手、量角器等仪器应当经过计量认证。

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