高强度螺栓的形状、连接构造(如构造原则、连接形式、直径选择及螺栓排列要求等)和普通螺栓基本相同。高强度螺栓由螺杆、螺帽和垫圈组成。

普通螺栓连接在抗剪时依靠杆身承压和螺栓抗剪来传递剪力,扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小,其影响可以忽略。高强度螺栓除了材料强度高外,还给螺栓施加很大的预拉力,使被连接构件的接触面之间产生较大挤压力,因而当构件有相对滑动趋势时,会在接触面产生垂直于螺栓杆方向的摩擦力。这种挤压力和摩擦对外力的传递有很大影响。

高强度螺栓连接,从受力特征分为高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接。

1)高强度螺栓材料

高强度螺栓的杆身、螺帽和垫圈都要用抗拉强度很高的钢材制作。高强度螺栓的性能等级有8.8级(有40B钢、45号钢和35号钢)和10.9级(有20MnTiB钢和35VB钢)。级别划分的小数点前的数字是螺栓钢材热处理后的最低抗拉强度,小数点后面的数字是屈强比(屈服强度fv与抗拉强度fu的比值)。如10.9级钢材的最低抗拉强度为1000N/mm2,屈服强度是0.9×1000N/mm2=900N/mm2。高强度螺栓所用的螺帽和垫圈采用45号钢或35号钢制成。高强度螺栓应采用钻成孔,摩擦型的孔径比螺栓公称直径大1.5～2.0mm,承压型的孔径则大1.0～1.5mm。

2)高强度螺栓的预拉力

高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的,一般采用扭矩法、转角法和扭剪法。

①扭矩法:采用可直接显示扭矩的特制扳手,根据事先测定的扭矩和螺栓拉力之间的关系施加扭矩,使之达到预定的预拉力。

②转角法:分初拧和终拧两步。初拧是先用普通扳手使被连接构件相互紧密贴合;终拧就是以初拧的贴紧位置为起点,根据按螺栓直径和板叠厚度所确定的终拧角度,用强有力的扳手旋转螺母,拧至预定角度值时,螺栓的拉力即达到了所需要的预拉力数值。

③扭剪法:是采用扭剪型高强度螺栓,该螺栓尾部设有梅花头(图3.67),拧紧螺帽时,靠拧断螺栓梅花头切口处截面来控制预拉力值。

图3.67　扭剪型高强度螺栓

高强度螺栓预拉力设计值与材料强度和螺栓有效截面积有关,取值时考虑:

①螺栓材料抗力的变异性,引入折减系数0.9。

②施加预拉力时为补偿预拉力损失超张拉5%～10%,引入折减系数0.9。(www.daowen.com)

③在扭紧螺栓时,扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的抗拉承载力,引入折减系数1/1.2。

④钢材由于以抗拉强度为准,引入附加安全系数0.9。由此,高强度螺栓预拉力为:

式中　fu——螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度,对于8.8级螺栓,fu=830N/mm2;对于10.9级螺栓,fu=1040N/mm2。

Ae——高强度螺栓螺纹处的有效截面积,见表3.9。

规范规定的高强度螺栓预拉力设计值,按式(3.51)计算,并取5kN的倍数,见表3.10。

表3.10　一个高强度螺栓的预拉力P　单位:kN

3)高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数

被连接板件之间的摩擦力大小,不仅与螺栓的预拉力有关,还与被连接板件材料及其接触面的表面处理有关。高强度螺栓应严格按照施工规程操作,不得在潮湿、淋雨状态下拼装,不得在摩擦面上涂红丹、油漆等,应保证摩擦面干燥、清洁。

规范规定的高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数μ值,见表3.11。

表3.11　摩擦面的抗滑移系数μ