紧固件选用和高强度螺栓连接
在装配时,用扭力扳手拧紧螺母,使螺栓产生巨大而又受控制的预拉力Fp,通过螺母和衬板,对被连接件也产生了同样大小的预压力Fp。在预压力Fp作用下,沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力,显然只要滑动力F小于摩擦力,构件便不会滑动,连接件就不会被破坏,这就是高强度螺栓连接的原理。
如上所述,高强度螺栓连接是靠连接件接触面间的摩擦力来阻止其相互滑动;为使接触面有足够的摩擦力,就必须提高构件的夹紧力和增大构件间的摩擦系数。构件间的夹紧力是靠对螺栓施加预紧力来实现的,但由低碳钢制成的普通螺栓,因受材料强度的限制,所能施加的预紧力是有限的,他所产生的摩擦力比普通螺栓的抗剪力还小,所以如果要靠螺栓预拉力所引起的摩擦力来传力,则螺栓的材料强度必须比构件材料的强度大得多才行,也就是螺栓必须要采用高强度钢来制造,这也是成为高强度螺栓连接的原因。
高强度螺栓所用材料的强度为普通螺栓的4~5倍,一般常用的性能等级为8.8级和10.9级。8.8级采用优质碳素钢35号钢或45号钢;10.9级采用合金结构钢20MnTiB、40B、35VB。高强度螺栓有大六角头螺栓和扭剪型两类。钢结构规范规定,高强度螺栓的材料应符合现行标准的规定。
高强度螺栓的预拉力由材料的屈服度和螺栓的有效面积并考虑一定摩擦系数确定。高强度螺栓的预拉力是通过施工时紧固螺帽建立的,紧固(拧紧)螺帽的方法有如下几种:
(一)扭矩法
根据扭矩M与预拉力成正比的关系,先用普通扳手将螺帽初步拧紧,然后采用可显示扭矩值的专用扳手拧至规定的扭矩值。
(二)转角法
根据板层间紧密接触后,螺母的旋转角度与螺栓的预拉力成正比关系确定的一种方法。
紧固时,先用短扳手将螺帽拧至不转动的位置,然后再用长扳手将螺帽拧至规定位置,以达到预拉力。
(三)拧断螺栓尾部
用于扭剪型高强度螺栓,此螺栓有一特制的尾部。紧固时,用专用扳手套住螺栓和螺栓尾部,一个套筒正转,另一个套筒反转,在螺帽拧紧到一定程度时,螺栓尾部拧断。由于螺栓尾部的槽口深度是按拧断扭矩和预紧拉力之间的关系确定的,所以拧断时就达到相应的预拉力值。
高强度螺栓连接中,摩擦系数的大小对承载能力的影响很大。试验表明,摩擦系数与构件的材质、接触面的粗糙度、反向力的大小都有直接关系,其中主要是接触面的形式和构件的材质。为了增大接触面的摩擦系数,施工时应将连接范围内构件接触面进行处理,处理的方法有喷砂、用钢丝刷清理等。设计中,应根据工程情况,尽量采用摩擦系数较大的处理方法,并在施工图上清楚注明。
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