本文转载自 公众号 钢结构Cost-steelstructure

事实上摩擦型连接的应用过于频繁。

了解摩擦型连接的性能和避免不必要的制造和安装成本 非常重要 。  

传递剪力

什么是 摩擦型连接 ？

它是一种通过连接表面之间的摩擦力传递剪力的连接。 （见图 1）。

什么是承压型连接？

依靠螺杆抗剪和螺杆与孔壁承压以传递剪力而将构件、部件或板件连成整体的连接方式。（见图 1）。

         承压型连接                                         摩擦型连接  

摩擦型连接要求螺栓具有最小拉力，称为 “预拉力”，该拉力可通过以下方式实现产生法向力。

这种法向力会在接触的两个表面之间产生摩擦力，从而抵抗剪切力。

与任何摩擦力一样，可传递的力大小主要取决于预拉力的大小和摩擦面。

因为摩擦型连接的 设计 可能会发生滑移，因此还必须检查连接的承载强度。

承载强度通常不是可控制因素，但如果螺栓滑入承载部位，仍需对其进行检查，以确保连接足够牢固。  

何时应采用摩擦型连接？

使用摩擦型连接时应仔细考虑。

据估计， 摩擦型连接 连接的成本约为紧固轴承型连接的三倍。

增加成本的因素包括：单个螺栓强度较低、达到所需滑移系数的表面处理要求以及更多的螺栓安装和检查要求。

需要 摩擦型 连接的最常见原因是限制由于使用超大孔时可能产生的结构变形。

下表概述了这种情况和其他需要滑移临界连接的情况。

其中包括 RCSC 高强度螺栓结构连接规范第 4.3 节中的要求以及 AISC 规范中的要求。  

需要摩擦型连接的情况

 使用过大孔的连接  

 承受载荷方向相反的疲劳载荷的接头  

 使用槽孔的接头，施加载荷与槽孔方向平行  

 接合面打滑会影响结构性能的接合处（例如，敏感的机械设备）  

 根据 AISC 规范第 F13.3节使用部分长度盖板的接缝  

不 需要摩擦型连接的情况  

 仅仅因为螺栓是预紧的  

 仅仅因为使用了张力控制螺栓  

 只是因为使用了槽孔  

 仅仅因为螺栓是抗震系统的一部分  

 直接焊接弯矩连接的螺栓腹板连接  

 垂直和水平支撑连接  

 加载方向不变的疲劳连接  

 螺栓只承受拉力而不承受剪力时  

? RCSC 和 AISC 没有特别列出的其他情况

强度

如前所述，摩擦型连接通过连接表面的摩擦力抵抗剪力。

从理论角度来看，计算每个螺栓的强度可能会产生误导，但在实际设计中以及在对滑移临界连接和承压型连接进行比较时却很方便。

AISC 手册表 7-1 提供了承压型连接的单位螺栓强度。

直径为 7∕8 英寸的 A325 X 型螺栓的强度为 30.7 kips (LRFD)。

表 7-3 提供了滑移临界接头的单个螺栓强度。

直径为 7∕8 英寸的 A325 带有超大孔和A类摩擦面的强度为 11.2 kips。

连接以抵抗相同的力。

这通常意味着摩擦型连接节点会更大，需要更多的材料。

但材料成本是次要问题。

人工成本才是首要考虑因素，而且在无法安装更多螺栓的情况下，成本会呈非线性增长。

举例来说，W21 型承压型连接只需四个螺栓，但为了防滑，需要五个螺栓，因此必须在底部法兰上焊接一个延伸部分，并将法兰拧开，以安装额外的螺栓。

较大的接头也意味着更有可能与其他部件发生干涉，例如机械和建筑结构组件。  

剪力和拉力的组合

摩擦型连接和承压型连接节点中的预拉力是不同的。

正如《工程学报》文章 “滑移临界连接的撬动作用”（Prying Action for Slip-Criti文章 "滑动临界螺栓张力和剪力相互作用的滑动临界连接的撬动作用"（2012 年第三季度，可在 www.aisc.org/ej 上查阅）一文中讨论过。

在无预紧力的螺栓连接中，施加的全部拉力会立即传递到螺栓上。

在有预拉力的螺栓连接中，部分外加拉力将克服螺栓中的预拉力。

由于连接面之间的压缩力减小，抵抗剪切的摩擦力也会减小。

因此，根据 AISC 规范第 J3.9 节中的程序，当存在拉力时，摩擦型连接中螺栓的抗剪强度会降低。

承压型连接刚好相反，由于剪切力的影响，螺栓拉伸强度降低。

这就意味着，在出现拉伸剪力以及剪切力的连接中，摩擦型连接变得更加不经济。  

摩擦表面预处理  

为了保证足够的摩擦力，需要对滑移关键连接的层间表面进行特殊预处理，这大大增加了制造成本。

A 级表面需要的预处理相对较少，因此比B级表面的可变性要大得多。

B 级表面必须进行喷砂清洁或喷砂清洁并涂上防滑涂料。

这样的表面可预测性更高，防滑性更强，但成本也会增加。

A级表面处理的设备要求较低，清洁氧化皮的设备即可满足要求。

此外，A 级 涂层 表面与B级涂层表面和A级热浸镀锌表面的成本影响相似。

镀锌层表面必须用手工钢丝刷打磨，因为电动钢丝刷往往会抛光表面。

手工钢丝刷不仅费时，而且还存在物流问题。

要镀锌的横梁已经离开了制造厂，因此制造厂无法进行镀锌。

通常情况下通常由架设者负责，但这涉及架设合同的额外费用。  

预紧  

四种预紧方法：

Tension-Control Bolts

例如：扭剪型高强度螺栓 Twist-Off-Type Tension-Control Bolt Assemblies

Direct-tension indicator washers  直接张力指示垫圈  DTIs

Turn-of-nut tightening  指的是转角法？  

Calibrated wrench tightening  指的是扭矩法？

所有这些方法都是从拧紧开始。

因此不难理解为什么这些额外步骤会增加成本。

更不用说为解决对检查结果可能产生的分歧而支付的费用了！

摩擦型连接在制造和安装方面都需要更多的工作。

在指定滑移临界连接时，必须考虑表面处理的额外成本、预张紧预紧力、安装前核查和额外的要求要求。

此外，与承压型连接相比，额外的螺栓和连接材料也会增加连接成本。

如果在某些情况下有必要使用，则应使用滑动临界连接。

否则，应使用承压型连接。

如有侵权，请联系我们删除