钢结构建筑螺栓紧固件连接施工应用发展及案例，正视现状展望未来

内容来源：中铁长安重工有限公司- 钢结构技术中心作者：覃雪飞、徐文明、张鹏

内容 来源：中铁长安重工有限公司- 钢结构技术中心

作者：覃雪飞、徐文明、张鹏

摘要：

钢结构建筑的快速发展，对钢结构连接紧固件的要求提出更高的要求和期望，目前螺栓紧固件与焊接作为连接施工的主流技术，研究螺栓紧固件的应用与发展具有重要意义，本文将对钢结构螺栓紧固件的应用进行分析研究，正视现状展望未来。

前言

目前，我国钢结构建筑行业蓬勃发展，建筑的多样化对钢结构连接方式提出了更高的要求，连接设计是钢结构设计中的主要部分。目前，采用螺栓紧固件连接作为钢结构钢板的连接方式是钢结构建筑中主要的连接形式之一，本文将对钢结构建筑螺栓紧固件连接施工应用发展进行分析。

钢结构建筑螺栓紧固件标准及案列

2.1 钢结构建筑的连接施工方式

钢结构建筑连接施工主要由三种方式：铆钉连接、焊接、螺栓连接。

2.1.1 铆钉连接

铆接指将铆钉插入铆孔后通过施压或加热的方式使铆孔铆合的连接方式，构件的内部是通过铆钉的剪切进行压力传递。铆接的优势是传力可靠、塑形与韧性好。缺点是铆钉加工制造对钢材耗费较大，铆接程序复杂，且加工制造劳动强度大，承载力有限，在铆钉孔会产生较强的应力。

铆钉的抗剪强度为10t左右，使用时容易出现松动，因此使用范围较小。铆钉连接是早期钢结构采用的连接方式，由于铆接上述的特点，使得铆接逐渐被焊接和栓接取代[1]。

2.1.2 焊接技术

焊接是钢结构基本构件最常见的连接形式。焊接一般不需拼接材料，省钢省工，节约材料；连接点密封性好、刚度大；任何形状的结构都可用焊缝连接；焊接施工简单、能实现自动化操作、生产效率较高。

焊接质量与焊接技术有着紧密的关系。当焊接温度较高时，或因应力处理不当将形成残余应力或变形问题，还可能存在裂缝。低温冷脆问题是焊接技术最常见的问题。焊缝质量易受材料影响，因此，对钢材材料性能要求较高。

除少数直接承受动力荷载的钢结构部位或易生产疲劳破坏的构件不宜采用焊接外，其他构件连接基本可以采用焊接进行处理。

2.1.3 螺栓连接

栓接是钢结构连接方式的主要形式之一，因制造、安装、热处理工艺复杂，制造安装过程中材料浪费严重，应用范围受到一定的限制。螺栓分为普通螺栓和高强螺栓，对整体结构的强度和稳定性要求较高的钢结构建筑，往往采用高强螺栓连接，高强螺栓连接是目前与焊接并举的钢结构主要连接方式。

高强螺栓施工方便、上手快，可以在保证施工质量的同时加快施工进度；与此同时连接力的传递面积较大，大大改善应力情况，从而提高构件的疲劳强度；高强螺栓会根据自身强大的夹紧力，不会产生松动，不仅可以减少维修人员的工作量，还大大提高了钢梁的安全性。

由于钢结构焊接对工人的技术要求高、劳动强度大、装配效率低、质量保证难。因此螺栓连接成为钢结构现场装配技术的主要发展方向。

钢结构建筑材料之间的相互连接，是钢结构建筑设计所要涉及的重要内容。选择连接方式需要从多方面来考虑：受力合理，充分发挥材料的性能，施工条件的合理性，美观适用和经济性等[1-3]。

2.2 钢结构建筑螺栓紧固件连接的发展及案列

2.2.1 高强螺栓的出现

高强螺栓的发现可以追溯到上世纪五十年代。1958年成功研制了45#钢高强度螺栓，1961年建成了第1座栓焊桁架桥-雒容桥，首次使用45#钢生产的8.8级高强度螺栓替代铆钉，为我国钢结构建筑采用高强度螺栓连接的连接施工方式奠定了基础。

我国从未停止对高强螺栓的研究与创新，1962年成功研制了40B钢高强度螺栓，1964年建成了浪江桥。浪江桥依据摩擦型螺栓的受力原理设计，采用了40B钢的10.9级高强度螺栓，并由宝鸡桥梁厂施工安装，这是我国第1次真正意义上采用高强度螺栓连接的桥梁。

2.2.2 高强螺栓的兴起

20世纪60年代建设的成昆铁路广泛采用了高强度螺栓连接技术，使用了40B钢制作10.9级的高强度螺栓200多万套。南京长江大桥于1968年建成，其纵横梁连接均采用40B钢制作的螺栓。同年建成的首都体育馆钢结构中采用了45#钢制作的高强度螺栓。

20世纪70年代末，成功研制了20MnTiB钢冷镀高强螺栓。20MnTiB钢利用Ti和B元素的优势，使得材料可用于冷墩加工。20MnTiB钢的研制开启了高强螺栓冷墩工艺的时代。试生产的螺栓被冶建研究总院某厂房、上海铁路局茨淮新河铁路桥以及宝钢一、二期工程使用。

目前，20MnTiB钢仍是我国M12~M24直径高强度螺栓所采用的主要钢种。

2.2.3 高强螺栓的快速发展

20世纪80年代初研制了35VB钢，在九江长江大桥上首次使用了由35VB钢制造的M27螺栓。2000年初，由35VB钢制造的M30螺栓使用于芜湖长江大桥，通过研制高强度螺栓，使得我国的钢结构大六角头高强螺栓从M12-M30形成了完整的系列。

近年来，我国研制出耐候高强螺栓并在拉林铁路雅鲁藏布江大桥使用。随着钢结构技术的发展，一批批建筑钢结构及桥梁钢结构建设起来，同时连接技术也在不断的进步和创新。

根据高强螺栓的使用特点，对其进行了分类介绍，可以更加直观地了解到高强螺栓在具体的工程应用中所具有的优势[4]。

2.3 螺栓紧固件的标准

2.3.1 螺栓紧固件标准

GB/T 16938-2008 《螺栓紧固件螺栓、螺钉、螺柱、和螺母通用技术条件》

GB/T 3098.1-2010 《螺栓紧固件机械性能螺栓、螺钉、螺柱》

GB/T 3098.6-2014 《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》

GB/T 3098.8-2010 《紧固件机械性能-200°C~+700°C使用的螺栓连接零件》

GB/T 3098.10-1993 《紧固件机械性能有色金属制造的螺栓、螺钉、螺柱和螺母》

GB/T 3098.22-2009 《紧固件机械性能细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱》

GB/T 3098.23-2020 《紧固件机械性能M42~M72螺栓、螺钉和螺柱》

GB/T 3098.24-2020 《紧固件机械性能高温用不锈钢和镍合金螺栓、螺钉、螺柱和螺母》

GB/T 5779.1-2000 《螺栓紧固件表面缺陷螺栓、螺钉和螺柱一般要求》

GB/T 5779.2-2000 《螺栓紧固件表面缺陷螺母》

GB/T 5779.3-2000 《螺栓紧固件表面缺陷螺栓、螺钉和螺柱特殊要求》

GB/T 5780-2016 《六角头螺栓C级》

GB/T 5781-2016 《六角头螺栓全螺纹C级》

GB/T 5782-2016 《六角头螺栓》

GB/T 5783-2016 《六角头螺栓全螺纹》

GB/T 5784-1986 《六角头螺栓细杆B级》

GB/T 5785-2016 《六角头螺栓细牙》

GB/T 5786-2016 《六角头螺栓细牙全螺纹》

2.3.2 高强螺栓标准

GB/T 1228-2006 《钢结构用高强度六角头螺母》

GB/T 1229-2006 《钢结构用高强度六角头螺母》

GB/T 1230-2006 《钢结构用高强度六角头螺母》

GB/T 1231-2006 《钢结构用高强度六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》

GB/T 3632-2008 《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》

GB/T 16939-2008 《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》

GB/T 32076.3-2015 《预载荷高强度栓接结构连接副第3部分:HR型大六角头螺栓和螺母连接副》

GB/T 32076.4-2015 《预载荷高强度栓接结构连接副第4部分:HV型大六角头螺栓和螺母连接副》

GB/T 32076.7-2015 《预载荷高强度栓接结构连接副第7部分:M39~M64大六角头螺栓和螺母连接副》

GB/T 32076.9-2017 《预载荷高强度栓接结构连接副第9部分:扭剪型大六角头螺栓和螺母连接副》

2.3.3 其他标准

GB/T 90.1-2000 《螺栓紧固件验收检查》

GB/T 228.1-2010 《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》、

Q/CR9211-2015 《铁路钢桥制造规范》、

GB 50205-2020 《钢结构工程施工质量验收规范》

TB/T 2137-1990 《铁路钢桥栓接板面抗滑移系数试验方法》

螺栓紧固件分类

3.1 普通螺栓

在螺栓连接中，根据螺栓的强度级别划分为普通强度和高强螺栓。普通螺栓是指低强度等级要求低的螺栓，一般是4.8级的螺栓，材质多采用Q235。

普通螺栓是通过栓杆扛剪和孔壁承压传递剪力。普通螺栓材料硬度强度、抗拉力及扭力都不会很高，对整体结构的强度和稳定性要求不高的钢结构建筑，可采用普通螺栓连接。

3.2 高强螺栓

3.2.1 高强螺栓的材质及分类

（1）高强螺栓材质一般是35#或其他优质高强度碳钢材料，常用材料为45#、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等，高强螺栓的螺杆、螺帽和螺栓垫圈均由高强度的钢材制成。

（2）根据螺栓材料强度等级分为10.9s级、8.8s级两种；根据螺栓连接形式分为摩擦型连接和承压型连接。摩擦型连接利用了板叠间的摩擦力传递剪力，承压型连接利用了栓杆与螺栓孔壁靠近传递剪力。

（3）高强螺栓又可以通过其受力形式分为大六角高强螺栓和扭剪型高强度螺栓。其中大六角高强螺栓是在普通螺栓基础上增加了强度，在8.8级中，大六角高强螺栓采用35#和45#钢材质；而在10.9级中，大六角高强螺栓可采用3种材质，即20MnTiB、40B和35VB钢。扭剪型螺栓主要采用20MnTiB钢，扭剪型则是前者的改进型。

3.2.2 高强螺栓的工艺原理

（1）连接原因：高强螺栓连接是靠连接件接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移的，为使接触面有足够的摩擦力，必须提高构件的夹紧力和增大构件接触面的摩擦系数。构件间的夹紧力是靠对螺栓施加预拉力来实现的，所以螺栓必须采用高强度钢制造。

（2）连接原理：高强螺栓是用特制的扳手上紧螺帽，使螺栓产生巨大而又受控制的预拉力，通过螺帽和垫板，对被连接件也产生了同样大小的预压力。在预压力作用下，沿被连接件表面会产生较大的摩擦力，显然，只要轴力小于此摩擦力，构件便不会滑移，连接就不会受到破坏。

3.2.3 高强螺栓的紧固方法

高强螺栓的紧固方法有两种：大六角高强螺栓连接副紧固和扭剪型高强螺栓紧固。

大六角高强螺栓连接副常见的紧固方法主要为转角法和扭矩扳手法。

（1）转角法是对螺栓和螺母的相对转角值进行控制的基础上，从而达到紧固高强度螺栓连接副的方法。

（2）扭矩扳手法是通过给螺拴一定的扭矩从而达到施加预拉力的目的，这是一种对螺栓间接施加预拉力的方法。

扭剪型高强螺栓尾部有梅花头，紧固采用专用扳手将套筒套住螺母和梅花头反方向旋转然后拧断尾部达到扭矩值[5]。

钢结构建筑螺栓紧固件连接施工

4.1 桥梁钢结构施工

4.1.1 零件制造

钢板进厂经复验合格后，先进行辊平、预处理，之后进入放样、做样、号料切割、剪切及制孔等工序，制孔应符合JTG/T3650-2020《公路桥涵施工技术规范》，螺栓孔应钻制成正圆柱形，孔壁表面粗糙度Ra应不大于25μm，孔缘应无损伤和不平，且无刺屑。螺栓孔不得采用冲孔、气割孔。

4.1.2 组装

组装前，应熟悉图纸和工艺文件，并应按图纸核对零件编号、外形尺寸和坡口方向，确认无误后方可组装。对所有半成品部件均按施工图进行校对，检查质量合格后方可使用。

部件在组装前螺栓安装部位必须进行除锈、油漆及污物。整体组装采用吊车吊装，在吊装过程中必须保护好构件。

当钢桥体吊装至设计位置后，连结基础与桥体的螺栓或相邻两结构的临时连结螺栓，最后放松吊钩，完成了一段钢桥体吊装任务。移动吊机至下一个起吊位置，重复操作，按照设计的吊装顺序依次吊装桥体吊装，直至整个桥吊装完成。

4.1.3 螺栓连接

高强螺栓、螺母、垫圈的表面宜进行表面防锈处理，垫圈两面应平直，不得翘曲，其维氏硬度HV30应为329～436(HRC35~45)。

高强螺连接的拧紧应分为初拧、终拧。对大型节点应分为初拧，复拧，终拧。初拧、复拧和终拧应在24小时内完成。高强度螺栓的初拧、复拧、终拧时，一般应按由螺栓群节点中心位置顺序向外缘拧紧的方向施拧，完成螺栓的紧固工作。

由于桥梁钢结构施工的特殊性，建议使用大六角高强螺栓。

4.2 建筑钢结构施工

4.2.1 构件进场及设备选择

在建筑钢结构施工过程中，钢材构件需要做好构件进场验收工作。对达不到施工质量要求的构件严禁入场。构件数量较大，需要专门的场地分类进行存放，并做好防雨和排水措施，做好钢材构件现场管理工作。

建筑钢结构施工多以高空作业为主，施工材料需要施工设备进行运输，在建筑钢结构施工设备中，塔吊作为核心设备，在具体选择时需要考虑施工环境、位置及钢结构等诸多因素来合理选择。

4.2.2 预埋螺栓

在施工开始之前做好螺栓的预埋工作，测量好具体的预埋位置后，再对螺栓进行深度预埋，具体的预埋数据可以根据施工情况进行确定。先要找到正确的轴线定位点，预埋完成后需要按规定对螺栓的预埋工作进行检测和复查，确保预埋定位的准确度，为后面钢柱的安装提供更多的便利。

4.2.3 安装钢柱及钢梁

（1）钢柱安装方式通常采用的是吊装，在吊装之前，施工人员先要分离出相对独立的区域，再进行平行吊装，吊装之时要时刻注意保护好预埋的螺栓，必要时可以对其加上保护套。施工人员必须要调整好钢柱的定点高度、位置以及垂直度等等，并严格遵照其步骤与顺序进行调整，避免出现较大误差。

（2）在吊装钢梁过程中，可以采用二点吊的方式进行，吊装施工时，梁上需要采用千斤绳绳头进行固定锁死，与专用吊装扁担进行相连。按照下层梁、中层梁、上层梁的顺序进行安装。在钢梁吊装就位前，需要先校正钢柱，钢梁吊装就位后，每个节点与节点板上的上、下螺孔都要对齐，对于无法满足冲孔要求的需要及时调节，调节范围不能超出具体的施工要求范围。

4.2.4 安装螺栓

螺孔的大小不符合螺栓的体积，需要利用绞刀进行适当的调整。穿孔完毕后，要对螺孔进行固定。然后再在钢板不变形的基础上再次进行拧固，最终实现螺栓的完全拧固。

在建筑钢结构施工中扭剪型高强螺栓是最主要的连接方式之一。

4.3 高强螺栓运输、存放、施工

4.3.1 高强螺栓的运输

高强螺栓必须经过制造厂按照标准进行配套运输，其中包含螺栓、螺母及垫圈等，并使用包装箱整体运输，包装箱需要符合防水密闭等设计功能，每一个产品都需要专门标明编号和尺寸类型，每一个集装箱装货量等信息，达到可快速分辨归类整理的条件。在卸载的时候轻装轻放，防止出现结构损坏，零部件变形错位，对于螺纹已经变形损坏的一律不允许使用[6]。

4.3.2 高强螺栓的验收

高强螺栓到储存车间后，经验收合格后及时安排送检。每批螺栓、螺母、垫片应拥有制造厂提供的质量合格证明。应从每批螺栓中抽取8副进行检验，检验试验方法和结果应符合现行《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》(GB/T1231-2006）或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》(GB/T3632-2008）的规定，合格者方可使用。

包装应符合要求，螺栓、螺母、垫圈应属于同一批号，不得混装。螺栓应无外形损伤缺陷、表面润滑油干燥和表面不生锈等，螺母应能自由旋入螺栓。核验高强螺栓质保材料、规格型号数量及外观质量，做好出入库记录。螺栓产品验收合格后，将其分类储存在临时设置的密闭、干燥的仓库或钢板集装箱内，堆高不超过1.m。

4.3.3 高强螺栓的存放

（1）高强螺栓进场后应按包装箱上注明的批号、规格及生产批次分类存放保管，使用时要配套；

（2）注意防潮、防雨，存放物品及存放区域应保持洁净、干燥的状态。在室内应架空存放，不得直接置于地面上，并应采取措施防止受潮生锈。做好检查防止漏水、每日温度记录。可在仓库安装控温、加除湿器，严格控制库房温（湿）度，架底要求离地面至少30cm，墙面架体30cm；

（3）高强螺栓在安装使用前不得任意开箱，保证高强螺栓能同批使用，注意不要混放、混用，且在使用时尽可能保持出厂状态，以使扭矩系数或紧固轴力不发生变化。已经开箱的螺栓要优先使用；

（4）严禁使用螺纹已有部分或者小部分损伤的螺栓，高强螺栓领用时按项目技术人员根据每天施工区域开具领用单，高强螺栓储存管理人员按领用单发放高强螺栓[7-8]。

4.4 施工过程

4.4.1 准备工作

（1）安装前技术人员对参与高强螺栓作业人员进行技术交底，让施工人员充分了解图纸意思、技术操作要求及螺栓施工合格标准。

（2）由于螺栓的长度直接影响钢板夹紧的效果，所以在施工时应对其严格控制。对于扭剪型高强螺栓来说，其长度一般为按照螺头下支承面至螺尾切口处的长度来计算。大六角高强螺栓在计算时应比扭剪型多加一个垫圈的长度，领用高强度螺栓要注意须满足长度的要求，不能够以短代长，以及以长代短[10]。

螺栓长度的选择：L=L’+△L

L’：连接板厚总厚；

△L：高强螺栓的附加长度；

（3）施工时，在高强螺栓连接件的制孔精度方面，要求非常严格。若螺栓出现安装不上的情况时不准强行打入、气割扩孔。螺栓孔的质量保证，用大于螺栓直径1.0～1.5mm的量规检查螺孔质量。应用砂轮机等清除绞孔周边的铁屑或者毛刺，并清扫铁屑；若有漏孔、错孔，必须经设计单位同意后，重钻或补钻，若螺栓不能自由穿孔，应用饺刀扩孔至符合要求。螺栓连接构件的栓孔孔径要满足要求．且偏差值应在可规定范围之内。

（4）螺栓、螺母和垫圈应配套使用，不得随意交叉互换使用。在螺栓配套阶段已通过对其与螺母、垫圈进行试验以保证扭矩系数为定值。若螺栓、螺母和垫圈随意互换使用，易使扭矩系数产生相应地变化，影响钢结构连接质量。

4.4.2 摩擦面施工：

高强螺栓连接中摩擦系数的大小对承载力的影响很大。可以对连接范围内的构件接触面进行的处理方式具体分为以下两种：抛丸和砂轮打磨。

砂轮打磨用砂轮机对摩擦面进行打磨，在打磨方向上，要与构件表面的受力方向垂直；在打磨范围上，需要大于螺栓孔直径大小的4倍。按照要求经过打磨后，打磨表面待其自然生锈，在施工安装时拧紧即可。

受钢板厚度公差、制作偏差的影响，摩擦面的间隙值会处于一直不保证的状态。因此，摩擦面间隙值可按照3种处理方法：

4.4.3 紧固螺栓

高强螺栓的设计预拉力、施工预拉力应符合下表的规定：

高强螺栓紧固步骤:一般分为初拧和终拧。

初拧时，初拧扭矩宜为终拧扭矩的50%。在使用过程中如发现任何异常，应当立即停止施工，检查确认无误后才能再进行施工。在初拧进行检查过程中，用手按稳螺栓另一侧的同时，对已初拧完成螺母一侧使用0.3kg小锤敲击。如果出现振动幅度较大的情况，则判断螺栓为不合格，应再次初拧。

终拧扭矩的计算公式：Tc=K×Pc×d

Tc：终拧扭矩；

K：高强螺栓连接副的扭矩系数平均值；

Pc：高强螺栓的施工预拉力；

d：高桥螺栓公称直径。

初拧和终拧应在同一工作日完成。终拧完成后，需要进行终拧扭矩检测。高强度螺栓拧紧检查验收合格后，要求摩擦面和节点保持整齐和洁净，连接处的板缝应及时采用腻子封闭，并应按设计要求涂漆防锈。

4.5 螺栓的质量要求

4.5.1 摩擦面的质量要求

安装前及时清除摩擦面上的附着物、飞溅物等污物，表面不能出现毛刺、铁锈、油污，使用钢丝刷沿着受力垂直的方向进行除锈，可用干净棉丝除去栓接板面和栓孔内的脏物，用丙酮擦净油污，栓接板面必须干燥，对翘曲板面应予以冷作整平。

4.5.2 制孔精度质量要求

安装高强螺栓进行固定之前，使用扭矩扳子时，要对扭矩扳子进行校核，扩孔时铁锈不能掉到板层间。扩孔的数量不能超过一个接头螺栓孔的三分之一，螺栓孔按要求可以自由穿入高强螺栓螺杆，穿入受阻时，如有必要可用修孔器进行，最多修整为高强螺栓孔直径的1.2倍，不得强行使用打击物进行敲击高强螺栓，安装高强螺栓时严禁使用气割修孔，影响螺栓安装质量。

严格按照从中间向四周的方式进行施工，螺栓穿入方向一致，并且应按设计要求的规格、类型、数量等进行安装。

螺栓孔直径应与图纸螺栓规格相符，高强螺栓朝向也要符合一致，应检查高强螺栓螺母及垫圈是否装反，垫圈是否漏装。螺栓终拧施工完成后进行螺栓丝扣检查，丝扣露丝要不长不短并符合要求。

4.5.3 施工环境要求

不建议在冬季、夜间、雨雪及大雾天气等恶劣施工环境进行高栓施工，避免螺栓和摩擦面被雨水和杂物污染，引发锈蚀，影响性能。并且要及时关注天气变化对高强螺栓性能的影响。当天如果因天气或施工原因影响当天所领用的螺栓未使用完，必须要把领用的螺栓退回螺栓仓库。

节点部位在制作时不应涂装油漆，油漆应在初拧和终拧做标记时使用。强度螺栓施拧采用的扭矩扳手，在作业前后均应进行校正，其扭矩误差不得超过使用扭矩值的±5%[9-11]。

钢结构建筑螺栓紧固件检测

5.1 抗滑移系数检测

5.1.1 扭矩系数

扭矩系数保证期为自出厂之日起6个月，用户如需延长保证期，可由供需双方协议解决。拴接板面暴露在施工环境时间超过6个月，相关人员必须对拴接板面摩擦面与滑移系数进行检测，如产生偏差，必须采取试验处理。

抗滑移系数不符合设计要求的，该批构件重新处理并复验合格后才能进行安装。螺栓连接需要附带扭矩系数的检验报告和紧固轴力的检验证明文件，摩擦面要进行抗滑移系数试验并出具相关的试验报告。

抗滑移系数试验方法应符合现行行业标准《铁路钢桥栓接板面抗滑系数试验方法》TB/T 2137-1990的规定。

5.1.2 检测试件

试验用的试验机误差应在1%以内。试验用的贴有电阻丝片的高强度螺栓、压力传感器和电阻应变仪，在试验前应用试验机进行标定，其误差应在2%以内。测定抗滑移系数的试件为拉力试件。测定抗滑移系数的试件应由钢桥制造厂加工，试件与所代表的钢桥应为同一材质、同批制作、同一摩擦面处理工艺，使用同一性能等级和同一直径的高强度螺栓连接副，并在相同条件下运输、存放。

测定抗滑移系数的试件为双面拼接试件。

5.1.3 试验方法

（1）先打入冲钉定位，然后逐个换成贴有电阻丝片的高强度螺栓(或田压力传感器)。

（2）对高强度螺栓进行拧紧处理时，需进行初拧以及终拧两个步骤。在初拧时，应确保螺栓的预拉力能够达到标准值的50%。在结束终拧后，需检测螺栓预拉力值是否符合要求。用电阻应变仪进行实测确保高强度螺栓预拉力值在0.05P ~1.05P内(P为螺栓设计预拉值)。

（2）将试件装在试验机上，使试件的轴线与试验机夹具中心线严格对中，在试件侧面划直线，测出高强度螺栓顶拉力实测值，然后进行拉力试验，平稳加载，加载速度为3~5kN / s，拉至滑动，测得滑动荷载N。

滑移系数f计算公式：f=N/（m∑P）

N：有试验机测得的滑动荷载；

m：摩擦面系数；

∑P：与试件滑动在和对应一侧的高强螺栓预拉力实测值之和。

高强度大六角头螺栓连接副应按保证扭矩系数供货，每批号的抽验数量不少于8套，同批连接副的扭矩系数平均值为0.11~0.15，扭矩系数标准偏差应小于或等于0.01。

5.2 性能检测

高强度螺栓的工程力学性能进行了试验测定，包括成品螺栓的拉伸试验、楔负载试验及冲击试验等，通过材性试验测定了螺栓的材料性能，所有性能应满足相关标准要求。

5.2.1 拉伸试验

原材料经热处理后,按GB/T 228的规定制成拉伸试件。加工试件时，其直径减小量不应超过原材料直径的25%(约为截面积的44%)，并以此确定试件直径。试验方法按GB/T 228的规定。

断后伸长率：δ=（L-L0）/L0*100%

断后=面收缩率：ψ=（S0-S）/S0*100%

5.2.2 楔负载试验

检测目的：检测螺栓头部与干部的连接性能，预防发生螺栓有断头现象。

检测方法：螺栓头下置一10°楔垫(见图1),在拉力试验机上将螺栓拧在带有内螺纹的专用夹具上(至少6扣)，然后进行拉力试验。10°楔垫的型式、尺寸及硬度按GB/T 3098.1的规定。

5.2.3 冲击试验

原材料经热处理后,按GB/T 229中关于缺口深度为2 mm的标准夏比U型缺口冲击试件的规定制成试件，并在常温下进行冲击试验。试验方法按GB/T 229的规定。

5.3 终拧扭矩检测

5.3.1 检测内容

（1）终拧结束后，检查应由专职质量检查员进行，检查用的扭矩扳手必须标定，其扭矩误差不得超过使用扭矩的±3%，且应进行扭矩抽查。检查高强螺栓扭矩值是否符合规范设计数值。

（2）采用松扣、回扣法检查时，应先在螺栓与螺母上做标记，然后将螺母退回30°，再用检查扭矩扳手将螺母重新拧至原来位置测定扭矩，该值不小于规定值的10%时为合格。

（3）每栓群应以高强度螺栓连接副总数的5%抽检，但不得少于2套，其余每个节点不少于1套进行终拧扭矩检查。扭矩检查应在螺栓终拧1h以后、24h之前完成，并完成相应的关于检查相关记录登记处理。

（4）每个栓群或节点检查的螺栓，其不合格者宜不超过抽验总数的20%;如果超过此值，则应继续抽验，直至累计总数80%的合格率为止。对欠拧者应补拧，不符合扭矩要求的螺栓应更换后重新补拧。

5.3.2 检测方法

终拧扭矩检查一般分为松扣复位法和紧扣法，目前普遍使用紧扣法，在终拧高栓的螺母、垫圈上标记一条细直线，沿拧紧的方向转动螺母，检查螺母开始转动时的紧扣扭矩数值。检查合格，在螺栓末端点以绿色油漆画横线进行标记，记录检查扭矩数值。

螺栓检测项目以上内容并不全面，检测内容、方法及检测标准应符合相关标准规定。

常见钢结构建筑螺栓紧固件缺陷及处理

（1）裂缝

现象：一种清晰的沿金属晶粒边界或横穿晶粒的断裂,并可能含有外来元素的夹杂物。

原因：金属在锻造或其它成型工序或热处理的过程中，由于受到高的应力而造成的，也可能原材料即存在裂缝。

措施：改善应力分布状态，避免裂纹源在螺栓表面缺陷处过早生成，改进螺栓去氢工艺，对螺栓进行低温回火消除热应力。

（2）凹痕

现象：在锻造或毯锻过程中,由于金属示填满而呈现在螺栓表面上的浅坑或凹陷。

原因：由切屑或剪切毛刺或原材料的锈层造成的痕迹或压印,并在锻造或敏锻工序中未能消除。

措施：调整锻造工艺参数，控制冷却速度

（3）滑扣

现象：装配时感觉扭矩加不上，螺栓拆下后，发现螺纹全鄗或部分被磨平。

原因：拧紧力矩过大，超出允许的最大拧紧力矩、螺栓与螺母、螺纹没有对正或螺距不符拧紧要求所致。螺栓螺纹或者螺母孔表面硬度低；内外螺纹尺寸配合，相配合的联接副接触面积小，接齿合的螺纹扣数少；螺纹与螺纹不在中径以内接触，精度配合不好，螺栓螺纹和螺母的螺纹接触不够。

措施：更换螺栓、控制拧紧力矩、更换螺栓及螺母重新拧紧。

（4）跟转

现象：螺母侧垫圈随螺母一起转动，或螺杆随螺母一起转动，甚至螺杆头部垫圈随螺母一起转动。

原因：垫圈在工厂制造时过分皂化引起摩擦系数降低；或螺栓强度过高，而螺母强度偏低匹配不当引起“咬合"；连接副螺纹加式精度低，外形尺寸偏差大。

措施：严格按技术规程操作、提高装配面的摩擦力、提高螺栓预紧力；

（5）松动

现象：节点板上螺栓群终拧后，经过若干时间，有个别或部分螺栓松动

原因：扭矩值未达到设计要求；施拧时未按技术规程的顺序施工；钢板不平，有死弯，板间间隙过大；摩擦面不密贴或未加防护，水气侵入，摩擦面锈蚀，摩擦力下降等原因。

措施：防松方式：可使用弹簧垫片、双螺母、自锁螺母等方式；可采用止动垫片、串联钢丝等方式。

（6）断裂

现象：施拧时断裂或经过若干时间后断裂。

原因：施拧时未按技术规程操作，或具体安装要求不明确；板束螺孔加工误差；板束螺孔未对齐；施拧过程中超拧；强度螺栓在制程中有缺陷；应力腐蚀。

措施：加强工厂检验和工地复验，降低螺栓的不合格率；在螺栓的热处理过程中避免渗入氢，防止氢脆；严格按技术规程操作，防止超拧；钢梁拼装时应先打入足够数量的冲钉。

除此之外，螺栓还有其他缺陷，例如：腐蚀生锈、氢脆、褶皱等。应对措施主要体现在：

（1）在制造过程中注意工艺参数，防止氢元素的渗入；热处理时，注意应力分布状态，避免裂纹源在螺栓表面缺陷处过早生成；

（2）在验收螺栓时主要检查螺栓表面，不合格产品应当及时排除退回。

（3）施工过程中严格按照技术规程操作；

（4）施工完成后，注意检查维护。

钢结构建筑螺栓紧固件连接施工未来发展

7.1 螺栓紧固件新材料及新工艺

7.1.1 不锈钢螺栓

由环境温度和湿度反复变化，螺栓处于一个腐蚀环境中。很容易削弱螺杆的有效截面，导致螺杆折断、栓钉脱落现象。为了防止锈蚀，在普通螺栓方面已经研制出了不锈钢螺栓。

不锈钢螺栓可以由各种不锈钢合金制成，极限强度可以达到480-1500MPa，重庆大学张筠等人对高温不锈钢螺栓的材料性能试验研究，由于不锈钢材质本身的局限性，不能用来制作高强度螺栓[12]。

7.1.2 自切底锚栓

自切底锚栓是通过对钻孔底部混凝土的再次切槽扩孔，利用扩孔后形成的混凝土承压面与锚栓膨胀扩大端头间的机械互锁，实现对被连接件锚固的一种组件，其锚固拉力主要通过混凝土承压面与锚栓膨胀扩大端头间的顶承作用直接传递，膨胀剪切的摩擦作用较小。

自切底锚栓在建筑工程应用中具有承载力高、施工方便等特点，但同时其试验检验及质检要求较为严格，在实际使用时应注意对锚栓材料进场检验、过程监督、验收测试等环节加强控制[13]。

7.1.3 自锁式单向螺栓

自锁式单向螺栓有使用范围广、安装快速方便、节约劳动力成本、无需现场焊接、具有高强的预紧力和抗拉抗剪承载力、抗腐蚀性能好、连接形式美观、产品性能稳定质量高等诸多优点。

但需要注意的是：自锁式单向螺栓施工时的构造要求，选用的构造要求，如当选用M16及M20单向螺栓时，外层板的厚度不宜小于8 mm，且橡胶垫圈不可缺少，连接件板面需平齐并贴紧，安装时扭矩需达到规定值等。单向螺栓型号较少不能满足所有工程的使用要求，由此导致单向螺栓在超大钢结构﹑复杂异型钢结构等特殊结构中使用受限，需要根据现有原理开发更多型号的单向螺栓，以满足工程要求。

目前自锁式单向螺栓连接节点及应用尚处于研究初期，自锁式单向螺栓的设计规程、相关设计规范和行业标准等尚未出台﹐工程实际使用不如高强螺栓和普通螺栓普遍[14]。

7.1.4 三角盒限位装置

新型单边拧紧高强度螺栓连接方式：三角盒限位装置(螺母侧未安装垫片)，安装时首先将高强度螺栓副的螺母置于三角盒内，对齐三角盒中心与螺栓孔中心后，再将三角盒通过点焊的方式固定在连接钢板(或闭口截面构件的组件板内侧)上；三角盒限位装置尺寸根据螺母尺寸确定，并留有1 mm左右空隙，使得固定后既能实现螺母位置的微调、又能限制螺母的完全扭转；实际安装时，只需将高强度螺栓的螺杆从螺栓孔的另一侧单边拧入即可完成安装。

安装时使用扭矩扳手在螺栓头处进行施拧，操作较为简单，安装方便，且不影响其关键受力性能[15]。

7.1.5 新型螺栓连接件

钢-混组合梁共同工作的关键在于钢与混凝土交界面处剪应力的有效传递。单单依靠两者之间的自然粘结是难以保证组合梁截面充分共同工作的，需设置剪力连接件来保证两种材料之间剪力的传递。

新型螺栓剪力连接件将混凝土板预制成带肋板，板肋预留螺栓孔洞，型钢上翼缘焊接两块开孔钢板,混凝土带肋板与型钢通过螺栓连接在一起[16]。

7.1.6 防松螺母

承受动载荷的钢结构建筑连接施工易产生松动问题，解决螺栓防松问题是我国研究的方向和目标。防松螺母有优异的防松效果，而且可使复杂的连接锁紧结构简单化。

由于制造误差的存在，使普通螺栓各牙形所承受的预紧力很不均匀，螺牙基本上处于浮动状态，由摩擦力带来的锁紧力较小，在振动负荷条件下，很容易克服螺纹接触面上的预紧力产生松脱。

防松螺栓结构与普通标准螺纹结构不同，在内螺纹牙形沟槽的底部有一个30°的楔形面，当该螺母与普通牙形的外螺纹配合时，外螺纹的牙顶紧紧楔人内螺纹牙根的30°楔面上，产王很大的锁紧力，并且是每牙螺纹都起锁紧作用，且受力均匀。同时，施加在楔形面上所产生的法向作用力与螺栓的轴线成60°夹角，所产生的防松摩擦力和抗横向振动的能力也必然大幅度地增加了。

7.2 螺栓紧固件的发展方向

钢结构建筑技术的发展，要求紧固件新材料的开发和新的施工工艺共同进步。目前，紧固件的材料依然以钢铁材料为主；针对螺栓紧固件除锈的话题，近年来，紧固件后的表面处理方式也在不断创新。未来新的的高强度螺栓将会不断涌现在钢结构建筑发展中，随着钢结构建筑强更高等级的要求，与之匹配的12.9级以上的高强螺栓将会得到广泛的应用；同时，一些特殊的螺栓紧固件也将在国防军工等行业得到有效的发展。

紧固件作为机械基础件，发展趋势将会从结构紧固件向功能紧固件、从单一紧固件向复合紧固件、成分和结构由简单向复杂化方向发展。生产施工过程也将会更节能、更清洁。

结论

近年来，钢结构实际应用中出现了把两种手段混合的连接方式，不同形式的连接同时用在同一构件形成混合连接，混合连接方法将会集中它们的优点，钢结构连接方式也变得多元化多样化。自高强螺栓问世以来，常与焊接形成栓焊连接方式，而这种连接方法得到了广泛使用。

在钢结构建筑行业中，在标准的完善、设计方案的合理制定、恰当到位的管理、螺栓紧固件的研发、连接技术的革新与创新及行业链条上各相关单位的共同努力下，我国钢结构建筑连接施工将会迎来更友好、更先进、更优越的环境和条件。

参考文献

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