钢结构设计规范中关于高强螺栓计算方法的探究

刘占忠

摘 要：作为钢结构连接的常用连接方式，高强螺栓的计算方式必须要做到精确，其设计方式的合理对钢结构的性能有着很大的影响，文章主要通过对连接型和摩擦型的高强螺栓的计算方法进行研究分析，对于钢结构设计规范中对高强度螺栓的计算方法进行分析，给出设计高强度螺栓的规范化要求。

关键词：钢结构设计；高强螺栓；计算方法

中图分类号：TU202 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0080-02

引言

对于高强螺栓的计算方法的对比研究，主要以中美两国的计算方法为例进行探究，我国高强螺栓的设计主要以钢结构设计规范（GB50017）为准，对于美国钢结构设计中高强螺栓的计算方法主要以2005钢结构规范为主，对两者的高强螺栓计算方法进行比较，研究高强螺栓在钢结构设计中应该注意的规范性要求。为我国的钢结构设计提供一定的借鉴意义，促进钢结构设计的规范化发展，提高高强螺栓的质量，增强钢结构的性能。

高强度螺栓主要以承压型和摩擦型为主，本文主要针对这两种类型的高强螺栓计算方法进行比较，对于承压型的设计两国都有统一的标准，但是在设计表达和承载力的计算上两国存在一定的差异。

1 高强螺栓承压型连接的计算方法探究

1.1 对于国标GB规范的要求

单个承压型高强螺栓的受剪承载力的设计值一般来说都是以受剪或承压承载力的最小值为准，具体的计算方式为

1.2 AISC标准的规定

对于一个高强螺栓的抗拉或抗剪承载力Rn，主要以最大极限为准，即在高强螺栓在被拉坏或剪坏的情况下，进行最终取值的确定，其中，代表强度降低系数，标准取值一般为0.75，Rn代表螺栓的标准抗力值，计算其取值的公式为Rn=FnAb，在这个表达式中Fn的取值取抗拉强度的标准值或者抗剪强度标准值，两者的取值与螺栓极限抗拉强度不同，其关系主要以表格规定为准，一般来说，在剪切面部位于螺纹处时，其极限抗拉强度是标准值的0.5倍，如果剪切面不在螺纹处时，其极限抗拉强度是标准值的0.75倍，在进行计算时应该以实际情况为准。Ab为螺栓公称直径的截面积，在进行承载力核算时，对于荷载产生的拉力的计算应该包括连接件变形产生的撬力。

1.3 对于两者的比较

对于以上数值的计算，可以得出在进行计算时，两国的规范标准是不一样的，在进行抗剪设计时，GB规范应该考虑剪切面在不在螺纹处，如果剪切面在螺纹处，有效截面积应该代替公称直径。AISC的计算方法主要根据抗剪确定抗剪承载力，不考虑剪切面的位置，对于前切面的不同位置有固定的取值规范。在抗拉设计中，GB不考虑撬力对螺栓承载力的影响，但是对于AISC而言，其在计算承载力时，荷载产生的拉力包含由于变形所产生的撬力。承载力设计方法中，GB不考虑强度的折减变化，AISC的规范对于强度系数的引用很重要，通过强度降低系数，并且二者的取值相同，使得计算更为方便简洁直观地表达清楚整个高强螺栓的计算结果。

2 高强螺栓摩擦型连接的计算方法探究

2.1 高强螺栓摩擦型连接计算只考虑剪力

对于GB的规定，主要要求摩擦型高强螺栓的承载力N=0.9nfμP，在这个表达式中，nf表示摩擦面数，μ代表着摩擦面的抗滑移系数，P代表高强度螺栓的预拉力，这些数值的取值都要求以规定的标准取值为准。对于AISC的计算，摩擦型的螺栓的连接承载力主要与螺栓孔的类型有关，并且承载力由滑移极限状态的数值来确定，主要计算方式为rstr=1.13μTbNs，在这个计算公式中，代表与孔有关的强度折减系数，一般来说，标准孔、放大孔、槽孔以及荷载的方向都是应该考虑的要素，取值分别为1.0、0.85、0.7和0.6，μ的含义与GB中的相同，但是取值不同，在A级表面时，取值为0.35，B级表面时，取值为0.50，Tb为最小预拉力，应该通过标准规范进行取值，Ns为摩擦的面数。在进行计算时，这些数值均以标准规范为准。两种计算方式在计算时考虑的要素存在明显的差别，AISC考虑了不同螺栓孔对于摩擦型螺栓的滑移效果的影响，计算时对这些要去的不同采取不同的计算方式，相比而言，GB的计算方式主要采用乘以0.9的折減系数的方法来计算，相比较而言，AISC的计算方法更为精确。

2.2 高强螺栓摩擦型连接计算中同时考虑剪力和拉力

对于GB的规定，在同时承受剪力和拉力的情况下，摩擦型高强螺栓的计算方法主要采取直线相关公式，具体公式为：≤1。在AISC的计算中，首先应该计算单个螺栓的滑移抗力应该乘以系数k，整个计算中无论是哪种计算方式，计算量都很大，AISC的计算由于采用折减系数，计算量在一定程度上降低一些，便于操作。整个对比中，可以看出在进行高强螺栓计算时，应该结合具体的工程实际来进行选择，不应该一概而论，在计算时应该选择最优的计算方法，以提高计算的准确度，降低难度。

3 为确保计算与实际工作状况相符，高强螺栓在钢结构规范中的相关规定

3.1 高强螺栓的施工工艺

对于钢结构的高强度螺栓的选择应该满足相关规定，例如《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1228-19等，在进行钢材的出厂时应该进行材料的检验，对于钢材的炉号、制作批号进行清楚的标注，对于机械性能和化学性能也应该有所说明，对于螺栓的楔负荷试验应该做到准确无误，保证负荷力达到要求，在进行安装时应该注意清理摩擦面，不允许出现毛刺、铁屑、油污等杂物，在进行浮物的去除工作时应该用钢丝刷延受力垂直方向进行工作。摩擦面应该干燥，没有出现结露、积霜、积雪等情况。在进行安装时不应该选择雨天。

3.2 高强度螺栓的检验方式

对于高强度螺栓的检验主要有两种方法，扭矩法是指将螺母退回60°左右，用表盘式扭扳手进行测试，在拧回至原来位置时，计算此时的扭矩值，如果扭矩值在10%以内即为合格。然后再继续进行螺栓的拧紧工作，在螺母开始转动时测量其扭矩值，测定的扭矩值较施工扭矩值大10%以内为合格。转角法是指检查初拧后螺母与罗伟的相对价值所划的终拧起始线和终止线所夹角在规定范围内即为合格。一般角度误差在10°左右即为合格，对于同一个节点，螺栓丝扣外露应力应该一致，以便在检查时更加方便。对于其他项目的检查，应该根据具体施工过程的要求进行规范处理。

4 结束语

通过以上的分析对比，可以看出对于高强度螺栓的计算方法基本出发点是相同的，对于美国而言，其对高强螺栓的研究更为全面细致，设计方法比我国更为成熟，在进行高强螺栓计算时，我国对于问题的考虑不够全面，在摩擦型螺栓连接孔的选择及设计中，在实验研究过程中还应该提高注意力，对于摩擦性连接的承载力我国的要求过于严格，在实际的工程应用中很难进行灵活运用，可能会对整个工程的整体质量和效果造成影响，在新的规范要求中应该对这些问题给予重视，在钢结构设计规范中对高强螺栓的计算应该以实际工程为主，尽可能的做到在工程中应用更加便捷、高效。

参考文献：

[1]孙洪鹏，刘圆，王玉银.中美摩擦型连接高强度螺栓承载力计算方法对比分析[J].钢结构，2015（1）：46-49，68.

[2]刘仲洋，陈伟，张会芳.中美钢结构设计规范关于高强螺栓计算方法比较[J].河北建筑工程学院学报，2008（3）：24-25.

[3]张文元，扈 昕.钢结构中高强螺栓连接的数值模拟方法[J].哈尔滨工业大学学报，2014（12）：8-14.

[4]储艳春，李磊，张立力.中国与美国钢结构设计规范的差异[J].上海建设科技，2012（6）：12-14.

[5]李鸿博.高强螺栓摩擦型连接的计算方法[J].工程建设与设计，2005（10）：29-31.endprint