钢结构摩擦型高强度螺栓分析与应用

摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓的对比与比较我公司自2004年制造电站钢结构以来，承接了各类型的电厂和空冷项目，由于工程设计分别为西北电力设计院、华北电力设计院、东北电力设计院、西南电力设计院、广东电力设计院、SPX和GEA公司等，各公司的设计理念不尽相同，其结构形式上有较大差异。

但是，从整体的结构而言，也具有共性和特点。

几年来，在图纸深化，工厂制造和工地安装过程中，我公司做了一些经验总结，更好地为电力事业服务，故在2006年11月召开“电站空冷平台钢结构”会议，取得了一定效果。

其中就有关于螺栓形式的讨论，目前情况是：热浸锌防腐的构件大都采用承压型螺栓, 采用涂料喷涂防腐形式的构件依据设计院的结构设计理念，或采用摩擦型或采用承压型，以摩擦型居多。

因热浸锌构件目前尚无可靠工艺处理其摩擦面，也有过热浸锌采用摩擦型高强螺栓后最终效果并不理想的工程实例。

这也是目前国内热浸锌防腐的空冷结构基本上都是采用承压型高强螺栓的原因之一，以下附上摩擦型高强螺栓与承压型高强螺栓特点的一些阐述：一、摩擦型高强度螺栓和承压型高强螺栓的对比与比较：钢结构的连接节点采用10.9级高强度螺栓连接副，直径M16、M20、M22、M24、M27和M30。

根据国标GB 50017—2003 钢结构设计规范和JGJ 82—91钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程的要求对孔群的行距、节点、边距、端距和孔径有明确规定。

但本文对各工程的结构尺寸不作对比介绍，仅对摩擦型和承压型的承载力作计算比较。

1.高强度螺栓受力对比：1）摩擦型——靠被连接板件间的摩擦阻力，以静摩擦阻力被克服作为连接承载力的极限状态。

2）承压型——靠被连接板件间的摩擦阻力和栓杆共同传力，以栓杆被剪坏或被压（承压）坏为承载力的极限。

2. 摩擦面的抗滑移系数μ对比：杆件连接处的接触面处理方法有喷砂、喷砂后涂无机富锌漆，抛丸和用钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面等工艺。

Q235钢μ=0.3~0.45；Q345钢μ=0.35~0.5。

二者在极限状态上的不同在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力最为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内，外剪力不超过最大摩擦力。

板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件安弹性整体受力。

在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触。

此后，连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计时是否考虑滑移。

摩擦型高强螺栓不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓可以承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏（螺栓剪短或钢板孔壁受损）。

计算方法高强螺栓摩擦型连接和承压型连接的区别是在设计时的极限状态不同，所以承受剪力或同时承受剪力和拉力时的计算公式也不同。

1.高强螺栓摩擦型连接单独抗剪时的设计是以外剪力不超过摩擦力为准则，姑螺栓的抗剪承载力设计值为：N vb =0.9nfμP 其中0.9为抗剪系数；nf为传力摩擦面数目；μ为抗滑移系数。

同时抗剪和抗拉时，其承载力按下式计算：(Nv /Nvb)+（Nt/N bt）≤1 其中Nv、Nt——一个高强螺栓所承受的剪力、拉力；N v b、N bt——一个高强螺栓受剪、受拉的承载力设计值。

承载力的计算与连接板厚度无关2.高强螺栓承压型连接单独抗剪承载力：N bvl =(nvπd/4)×f bv（螺栓杆的抗剪承载力）N bc =d×∑t×f bc（孔壁承压的设计值）N v b=min（N bvl、N bc）同时抗剪和抗拉的承载力：（(Nv /Nvlb)2+（Nt/N bt）2）0.5≤1 Nv≤N bc/1.2承载力的计算与连接板厚度有关如图示，摩擦型连接的承载力可以表示为直线2和坐标轴围成的面积；而承压型连接可以表示为曲线1和直线2以及坐标轴围成的面积；而直线2和直线3以及坐标轴围成的面积表示高强螺栓承压型连接承载力低于高强螺栓摩擦型连接的承载力，这主要是由于连接板太薄造成的，所以在设计时应适当的加大连接板的厚度，以避免这种情况出现。

处理高强度螺栓摩擦型连接接触面的方法高强度螺栓以其连接强度大,不易松动,拆装方便等特点广泛用于现代钢结构安装工程,用来取代传统的铆接和焊接。

高强度螺栓连接分为摩擦型连接和承压型连接。

承压型连接对摩擦面的要求仅是清除油污和浮锈,因而这里主要介绍摩擦型连接。

摩擦型连接是靠被连接板间的摩擦阻力传递内力,以摩擦阻力作为连接承载能力的极限状态。

根据公式Nbv=0.9nfuP可知,高强度螺栓摩擦型连接的承载力设计值取决于板叠间的法向压力,即螺栓预拉力P,接触表面的抗滑移系数u,以及传力摩擦面数目。

在高强度螺栓预拉力一定的情况下,其承载力设计值取决于接触表面的抗滑移系数,可见接触面的处理至关重要,接触面质量是连接节点安全、可靠的重要因素,在设计时应按规范规定注明在高强度螺栓摩擦型连接范围内构件接触面的处理方法及施工注意事项,最好能同时综合考虑施工单位的能力,采用可行的接触面处理方法。

本文来自上海徐浦标准件q 875401259 诸小姐
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钢结构安装知识高强度螺栓连接已经发展成为与焊接并举的钢结构主要连接形式之一，它具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高，施工简便等优点，被广泛应用在建筑钢结构和桥梁钢结构的工地连接中，成为钢结构安装的主要手段之一。

高强度螺栓连接按其受力状况，可分为摩擦型连接、摩擦-承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种类型，其中摩擦型连接是目前广泛采用的基本连接形式。

高强螺栓的连接和固定:(1)高强螺栓穿孔时应自由穿入，不许强制打入孔中或随意扩孔，螺栓穿入方向应力求一致。

(2)高强螺栓安装时，临时螺栓不得少于接头螺栓数量的1/3，且不得少于2个，但不得使用高强螺栓兼作临时螺栓，防止损伤高强螺栓引起扭距总数变化。

(3)高强螺栓安装不得在雨雪天进行，被安装构件的摩擦面应处于干燥状态。

(4)高强螺栓的拧紧分初拧和终拧，初拧扭矩值是终拧扭矩值的30%～50%，初拧后用颜色笔在螺母上涂上记号，每节主框架校正合格后，用专用电动扳手终拧，直至拧掉螺栓尾部的梅花头。

(5)高强螺栓连接部位的附近，严禁随意动用气割、电焊等，当天安装高强螺栓，必须当天初拧完毕。

(6)为使螺栓群中所有螺栓均匀受力，保证摩擦面摩擦系数，初拧和终拧必须按一定的顺序进行，一般高强螺栓群由中央向外拧紧，对于作业面狭小，专用终拧扳手紧固有困难的少量螺栓，可用手动测力扳手进行终拧，并在螺栓上涂白油漆以便检查。

(7)每个钢框架高强螺栓安装紧固顺序：最上层框架梁→最下层框架梁→中间框架梁。

栓接之高强螺栓的安装：1).高强螺栓连接摩擦面是否保持干燥整洁，有无飞边、毛刺、焊接飞溅物、污垢和不应有的涂料等。

2).高强螺栓是否能自由穿入螺栓孔，必须扩孔时，最大扩孔量不应超过1.2d（d 为螺栓公称直径）。

3).高强度螺栓是否有产品合格证和质量保证书。

4).施工扭矩值：M20高强度螺栓扭矩值为***KN.m（8.8s）M24高强度螺栓扭矩值为***KN.m(10.9s)高强螺栓简介高强度螺栓从外形上可分为大六角头和扭剪型两种；按性能等级可分为8.8级、10.9级、12.9级等，目前我国使用的大六角头高强度螺栓有8.8级和10.9级两种，扭剪型高强度螺栓只有10.9级一种。

第9章高强螺栓施工9.1高强螺栓施工概述（1）本工程的连接螺栓采用10.9级摩擦型高强度螺栓，主要用于H型钢梁对接、钢柱与主梁连接和上下节钢柱临时固定等连接部位，主要规格为M20、M24等。

（2）螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书且符合现行国家标准《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》(JGJ82-91)的规定。

（3）高强螺栓连接钢材的摩擦面须进行喷砂（丸）处理，抗滑移系数μ≥0.50，连接板的材料与母材相同。

高强螺栓应采用钻模成孔，不得于现场扩孔。

高强螺栓应能自由穿入所连接的螺孔内，不得用榔头强行打入或用扳手强行拧入。

本工程高强螺栓主要为梁梁铰接、梁柱刚接、梁与混凝土铰接的节点上。

本工程高强度螺栓施工部位及螺栓规格如下表：类别序号规格等级节点部位三维图例扭剪型高强螺栓1主要为M20、M2410.9S钢梁连接2 梁柱连接9.2施工准备9.2.1作业指导书的编制和技术交底施工前须遵照国家现行的《钢结构施工质量验收规范GB5025-2001》、《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程JGJ82-91》、《建筑施工安全技术统一规范》等规范并结合工程实际要求编制高强螺栓施工作业指导书，组织方案评审，评估可行性和操作性。

用书面的形式，根据工作范围、作业要求对每一个施工人员进行技术施工交底，使其明确高强螺栓的分类储放、施工条件，安装方案、工序步骤、质量要求、安全文明措施等。

9.2.2高强螺栓的储运和保管序号高强螺栓保管及要求1高强度螺栓连接副应由制造厂按批配套供应，每个包装箱内都必须配套装有螺栓、螺母及垫圈，包装箱应能满足储运的要求，并具备防水、密封的功能。

包装箱内应带有产品合格证和质量保证书；包装箱外表面应注明批号、规格及数量2在运输、保管及使用过程中应轻装轻卸，防止损伤螺纹，发现螺纹损伤严重或雨淋过的螺栓不应使用3高强螺栓连接副应按包装箱上注明的批号、规格分类保管，室内存放，堆放不宜过高，防止生锈和沾染赃物，包装箱码放底层应架空，距地面高度大于300mm，堆放不超过三层。

高强度螺栓的连接方式有摩擦连接、承压连接、混合连接和并用连接和张拉连接四种〔1 ）摩擦型连接：摩擦型高强螺栓是一般常说的高强螺栓，基于高强螺栓紧固时产生的强大夹紧力来压紧钢板束，依靠接触面间产生的抗剪摩擦力传递与螺栓垂直方向应力的连接方法.高强度螺栓的连接方式一般分为有摩擦连接、承压连接、混合连接和并用连接和张拉连接四种。

今天就来介绍一下摩擦型连接的特点。

摩擦型连接：高强度螺栓一般分为摩擦型高强度螺栓、承压型高强度螺栓和抗拉型高强度螺栓三种，摩擦型高强螺栓是一般常说的高强螺栓.摩擦型连接在荷载设计值下,以连接件之间产生相对滑移，作为其承载能力极限状态。

通俗一点来讲摩擦型连接就是就是基于高强螺栓紧固时产生的强大夹紧力来压紧钢板束，依靠接触面间产生的抗剪摩擦力传递与螺栓垂直方向应力的连接方法。

摩擦型高强度螺栓因其硬度高，安装方便，被广泛的应用于钢框架结构梁、柱连接，实腹梁连接，工业厂房的重型吊车梁连接，制动系统和承受动荷载的重要结构的连接。

( 2 ）承压型连接：是在螺栓拧紧后所产生的抗滑移力及螺栓杆在螺孔内和连接钢板间产生的承压力来传递应力的一种连接方法。

在抗剪设计中，高强度螺栓承压型连接是指螺栓连接使用过程中允许外剪力超过最大摩擦力，因为这使得摩擦力已经超过了最大摩擦力,被连接板件之间会发生相应的滑移变形，直到螺栓的杆身一孔壁相互接触，后面的连接就只能靠螺栓杆身的剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力,那就是以螺栓本身的的杆身或者孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

简单的来说就是高强度螺栓的承压连接中的高强度螺栓的滑动，也承受剪力,最终破坏相当于普通螺栓破坏.承压型高强度螺栓则是以杆身不被剪坏或板件不被压坏为设计准则。

( 3 ）张拉型连接：接头在螺栓拧紧后,钢板间产生的压力使雳板层处于密贴状态，螺栓在轴向拉力作用下，板层间的压力减少,外力完成由螺栓承担。

当外力作用超过螺拴的预拉力时，板层间就互相离开，发生离间时的荷载叫做离间荷载，张拉连接其外力应小于离间荷载。

钢结构基本原理演示实验报告实验一：摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验一、 实验目的① 了解摩擦型高强度螺栓抗滑移系数的计算方法；② 了解摩擦型高强度螺栓连接不同阶段的受力性能和破坏过程； ③ 掌握摩擦型高强度螺栓抗剪连接的承载力计算方法。

二、 实验原理摩擦型高强螺栓连接是将高强度螺栓拧紧，使螺杆产生预拉力压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力阻止其相对滑移，达到传力目的，并以板件间的摩擦力被外力克服作为极限状态。

因此，接触面抗滑移系数是重要的计算参数。

即NPμ=（其中N 为滑动外力，P 为螺栓预拉力） 单个剪力螺栓的承载力计算： 受剪承载力：b f 0.9n v N P μ= 承压承载力：b c c tf d N ∑=b 注：实验给定参考数f 2n =、155kN P =三、 实验器材注：表中未注明单位均为mm双摩擦面双栓拼接拉力试件图1 双摩擦面双栓拼接拉力试件平面图图2 双摩擦面双栓拼接拉力试件图图3 拉力试件零件①图4 拉力试件零件②注：拉力试件摩擦面采用抛丸、除锈处理图中所示单位均为mm四、实验过程及结果第一步：试件组装将试件放在平台上，并使板与板之间螺栓孔对齐，观察板试件表面较为粗糙，摩擦面数目n f=2。

第二步：螺栓初拧、终拧实验现象记录（预扭矩T）先将螺栓用手初拧，使其不脱落：将扭矩扳手调到465N/m大小，然后用其将螺栓拧紧，当听到咯噔一声，停止，依次将四个螺栓拧紧。

第三步：试件加载将组装试件置于万能试验机中，开始缓慢加荷直到板之间发生相对滑移。

仔细观察此时钢板的截面会发现螺栓孔周围相对其他部位变得很光滑，即认为此时试件已破坏。

加载曲线如图五、实验结果及思考1、 由实验过程求取摩擦系数；已知P=155kN n f =2 n=2 根据曲线得N=285N51.0155229.02859.0=⨯⨯⨯==nP n N f μ2、由实验过程理解预拉力的加载原理；实验之前先用扭矩扳手给高强度螺栓预拉应力，使螺栓对板件产生压力。

高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。

在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。

板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。

在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计是否考虑滑移。

摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏（螺栓剪坏或钢板压坏）。

几点补充意见1）高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接不是两个连接接头形式，而是同一个连接的两个不同阶段。

对同一个高强度螺栓连接，承压型连接的承载力应该高于摩擦型连接的承载力，但在设计时，需要考虑连接板厚度与螺栓直径的匹配。

2）摩擦型连接和承压型连接在施工方面所使用的高强度螺栓连接副是相同的，而且高强度螺栓连接副紧固的方法和预拉力值的要求也相同。

也就是说，设计时只确定高强度螺栓连接副的性能等级，如8.8级、10.9级等，施工单位应根据工程（特别是节点构造）情况，施工经验以及市场价格等因素，自行采购何种类型的高强度螺栓连接副。