浅析高强螺栓摩擦面抗滑移系数检测误区

朱朋辉

(常州市建筑科学研究院集团股份有限公司 江苏常州 213000)

高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数是摩擦型高强度螺栓承载力主要设计参数之一，直接影响构件的承载力。抗滑移系数试验作为钢结构施工质量验收规范中的强制条文，其试验结果必须符合设计要求。但在日常检测中，发现影响高强度螺栓连接摩擦面抗滑移系数的检测存在三个方面的误区。

1 所有高强螺栓都必须做抗滑移系数的检测

在日常检测中，曾经收到委托送检的样品试件为：M20的螺栓连接厚度t1、t2均为8、6mm，宽b为 100mmQ的235钢板，设计抗滑移系数为0.45。接到样品，我就提出该试件钢板厚度过薄不符合要求，不能试验。原因是我们抗滑移的试件达到的芯板也就是t1的屈服强度荷载为F=ReH*S0=188kN而我们要达到抗滑移系数为0.45所需的荷载为NV=μ*nf*（i=1,m）=284kN，也就是说在实验过程中就会发现抗滑移试件的芯板和盖板未发生相对滑移时，芯板先发生屈服变形甚至缩颈断裂，不能反映摩擦面状态检测出该试件的抗滑移荷载。这样的样品试件是怎么形成的呢？经了解，该工程项目中用到了M20*45的高强螺栓用来连接次梁和系杆用的，监理单位就严格按照规范要求，一定要用这种螺栓来做抗滑移系数的检测。这就形成了高强螺栓抗滑移检测的一个误区，高强度螺栓大多依靠压紧力所产生的静摩擦力来抵抗外界荷载；既然是摩擦力，当然有摩擦系数，在这里就是“抗滑移系数”。高强螺栓抗滑系数指的是：安装高强螺栓部位，由高强螺栓连接在一起的构件间的接触面之间的摩擦系数。接触面之间须有足够的摩擦系数才能保证高强螺栓安装拧紧后具有足够的摩擦力。上述所用的高强螺栓在构件的受力体系中仅仅有轴向拉力，起连系作用，接触面都没有，何来的抗滑移系数呢？另外，我们现行的规范对抗滑移系数的说法比较含糊，其实抗滑移系数实验检测的根本目的是检测构件表面的除锈能力，高强螺栓在抗滑移系数检测体系中起得仅仅是辅助作用，无论用何种规格的螺栓，钢构件的表面处理能力都一样，高强螺栓和抗滑移系数有必然的联系，但没有必要的因果关系，所以用到高强螺栓项目必须做抗滑移系数检测是一个误区。

2 同一项目，同一处理工艺，不同规格的高强螺栓分开检测抗滑移系数误区

在实际检测过程中，我们也碰到过这种现象，一个只有300多t的钢结构项目，抗滑移系数居然委托试验检测了8组，理由是该项目用了8种不同规格（M20,M24,M27,长度不一致也算）的高强螺栓，是重点项目，业主监理严格要求。其实他们严重混淆了高强螺栓和抗滑移这两个概念，首先从规范角度来说，高强螺栓根据GB/T1231-2006,同一厂家的同一性能等级、材料、炉号、螺纹规格、长度（当螺纹长度≤100mm时，长度相差≤15mm；螺栓长度＞100mm时，长度相差≤20mm，可视为同一长度）、机械加工、热处理工艺、表面处理工艺的螺栓视为同批，代表批量3000套。抗滑移系数根据GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》明确规定制造厂和安装单位应分别以钢结构制造批为单位进行抗滑移系数检验.制造批可按分部（子分部）工程划分规定的工程量每2000t为一批,不足2000t可视为一批，选用两种或两种以上表面处理工艺时，每种处理工艺应单独检验。从高强螺栓和抗滑移系数的规范要求我们可以看出，抗滑移系数检测我们针对的不是高强螺栓而是构件的表面处理工艺，根本不需要用高强螺栓的批次来进行抗滑移实验。其次我们从理论角度来说，古典摩擦定律又称阿蒙顿库伦定律告诉我们；(1)摩擦力与法向荷载成正比；(2)摩擦因数与接触面积无关；(3)摩擦因数与滑动速度无关；(4)静摩擦因数大于动摩擦因数。经过现代无数专家学者研究发现，其理论存在缺项，总结归纳为(1)当法向荷载较大时摩擦力与法向荷载呈非线性关系，法向载荷越大，摩擦力增加的越快；(2)有一定屈服点的材料（如金属）其摩擦阻力才与接触面积无关，粘弹性材料的摩擦力与接触面积有关；(3)精确测量，摩擦力与速度有关，金属与金属的摩擦力随速度的变化不大。通过以上理论可知，摩擦面临界静摩擦力与高强螺栓紧固轴力不成正比，高强螺栓的紧固轴力越大，摩擦面临界静摩擦力增加的越快，在紧固轴力一定的情况下，抗滑移系数也就越大。所以从理论上来说，在钢板同种材质，同一摩擦面处理工艺的条件下，采用直径最小的高强螺栓连接，测得的抗滑移系数最小。如果实测合格，则理论上其他大规格的螺栓连接板也合格。在实际影响高强螺栓连接摩擦面的系数的因素很多，大规格高强螺栓连接的受力更大一些。对于重点大型项目，也有必要做，综上所述，在同一工程，同一摩擦面处理工艺的前提下，只做最小和最大两个规格的高强螺栓的抗滑移检测，就能满足工程要求。

3 同一试件，同一表面处理工艺，反复处理就可以提高抗滑移系数的误区

抗滑移系数检验用的试件应由制造厂加工，试件与所代表的钢结构件应为同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态，并应用同批同一性能等级的高强度螺栓连接副，在同一环境下存放。曾经有个施工单位的人问我，他们在某检测单位送检的一组样品规格为M20*75的螺栓连接厚度t1、t2分别为20、10mm，宽b为100mm的Q345B钢板，设计抗滑移系数为0.45，连续送了三次都不合格，该怎么办？我仔细地了解了他们的样品制作工程，帮他们分析了原因，原来他们在下料的时候，随意找了几块厚度相同的同批号的钢板,直接从钢板边缘开始加工了12块钢板，再进行抛丸除锈等表面处理后，随机组合成三套抗滑移试件去检测单位送检。目前我们国内的钢板都是采用的负公差，针对同一批号的钢板，能保证它们的厚度在厚度负公差允许范围内，但不能保证厚度是一致；同时由于钢板边缘在钢板成型的时候存在“咬边”现象，存在明显的厚度差。这样就直接导致试件组装时钢板摩擦面不能完全接触，减小了摩擦面的接触面积，致使检测结果偏低。由于这种先天性的顽疾存在，后期你再怎么按照规范，反复表面处理，也不能纠正这种钢板自身的厚度差带来的后果，摩擦力是靠摩擦面紧密接触而产生的，试件钢板摩擦面之间还有空隙，根本没有接触，任凭你表面处理再好，还怎么能产生摩擦力呢？针对这个问题，我给施工单位提了整改建议：(1)加工的芯板（t1）和盖板（t2）要分别取自符合材质要求的同一块足够面积的平整的钢板,如果条件不允许，至少保证同一套滑移板是在同一块钢板上；(2)同一套滑移板上（抗滑移试件3套/组试样形式）的两块芯板（t1）和盖板（t2）一定要取自钢板轧制平行方向上；(3)钢板边缘50mm不取；(4)取好的钢板要在不影响钢板表面（如钢板侧边）做好表面处理不掉的唯一性标识；(5)表面处理完的试块要用软性材料分别包装，送检时提供每组抗滑移试件12块钢板的标识，要求组装次序（1-2，3-4,5-6）。

他们按照此次方案来重新制作了抗滑移试件，成功的通过了检测，并在以后的项目检测中也屡试不爽。

综上所述，目前我们现行规范对抗滑移系数的说法比较含糊，影响抗滑移系数的因素也很多，个人认为，试件制作是最关键的，而科学的取样又是重中之重。合理选用材料、认真加工，摩擦面抗滑移系数也会有很大的提高。