鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于高強(qiáng)螺栓計(jì)算方法的探究

劉占忠

摘 要：作為鋼結(jié)構(gòu)連接的常用連接方式，高強(qiáng)螺栓的計(jì)算方式必須要做到精確，其設(shè)計(jì)方式的合理對鋼結(jié)構(gòu)的性能有著很大的影響，文章主要通過對連接型和摩擦型的高強(qiáng)螺栓的計(jì)算方法進(jìn)行研究分析，對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算方法進(jìn)行分析，給出設(shè)計(jì)高強(qiáng)度螺栓的規(guī)范化要求。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高強(qiáng)螺栓；計(jì)算方法

中圖分類號：TU202 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0080-02

引言

對于高強(qiáng)螺栓的計(jì)算方法的對比研究，主要以中美兩國的計(jì)算方法為例進(jìn)行探究，我國高強(qiáng)螺栓的設(shè)計(jì)主要以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017）為準(zhǔn)，對于美國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中高強(qiáng)螺栓的計(jì)算方法主要以2005鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范為主，對兩者的高強(qiáng)螺栓計(jì)算方法進(jìn)行比較，研究高強(qiáng)螺栓在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的規(guī)范性要求。為我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的借鑒意義，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范化發(fā)展，提高高強(qiáng)螺栓的質(zhì)量，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的性能。

高強(qiáng)度螺栓主要以承壓型和摩擦型為主，本文主要針對這兩種類型的高強(qiáng)螺栓計(jì)算方法進(jìn)行比較，對于承壓型的設(shè)計(jì)兩國都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是在設(shè)計(jì)表達(dá)和承載力的計(jì)算上兩國存在一定的差異。

1 高強(qiáng)螺栓承壓型連接的計(jì)算方法探究

1.1 對于國標(biāo)GB規(guī)范的要求

單個(gè)承壓型高強(qiáng)螺栓的受剪承載力的設(shè)計(jì)值一般來說都是以受剪或承壓承載力的最小值為準(zhǔn)，具體的計(jì)算方式為

1.2 AISC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

對于一個(gè)高強(qiáng)螺栓的抗拉或抗剪承載力Rn，主要以最大極限為準(zhǔn)，即在高強(qiáng)螺栓在被拉壞或剪壞的情況下，進(jìn)行最終取值的確定，其中，代表強(qiáng)度降低系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)取值一般為0.75，Rn代表螺栓的標(biāo)準(zhǔn)抗力值，計(jì)算其取值的公式為Rn=FnAb，在這個(gè)表達(dá)式中Fn的取值取抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值或者抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，兩者的取值與螺栓極限抗拉強(qiáng)度不同，其關(guān)系主要以表格規(guī)定為準(zhǔn)，一般來說，在剪切面部位于螺紋處時(shí)，其極限抗拉強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)值的0.5倍，如果剪切面不在螺紋處時(shí)，其極限抗拉強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)值的0.75倍，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)應(yīng)該以實(shí)際情況為準(zhǔn)。Ab為螺栓公稱直徑的截面積，在進(jìn)行承載力核算時(shí)，對于荷載產(chǎn)生的拉力的計(jì)算應(yīng)該包括連接件變形產(chǎn)生的撬力。

1.3 對于兩者的比較

對于以上數(shù)值的計(jì)算，可以得出在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，兩國的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，在進(jìn)行抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，GB規(guī)范應(yīng)該考慮剪切面在不在螺紋處，如果剪切面在螺紋處，有效截面積應(yīng)該代替公稱直徑。AISC的計(jì)算方法主要根據(jù)抗剪確定抗剪承載力，不考慮剪切面的位置，對于前切面的不同位置有固定的取值規(guī)范。在抗拉設(shè)計(jì)中，GB不考慮撬力對螺栓承載力的影響，但是對于AISC而言，其在計(jì)算承載力時(shí)，荷載產(chǎn)生的拉力包含由于變形所產(chǎn)生的撬力。承載力設(shè)計(jì)方法中，GB不考慮強(qiáng)度的折減變化，AISC的規(guī)范對于強(qiáng)度系數(shù)的引用很重要，通過強(qiáng)度降低系數(shù)，并且二者的取值相同，使得計(jì)算更為方便簡潔直觀地表達(dá)清楚整個(gè)高強(qiáng)螺栓的計(jì)算結(jié)果。

2 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的計(jì)算方法探究

2.1 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接計(jì)算只考慮剪力

對于GB的規(guī)定，主要要求摩擦型高強(qiáng)螺栓的承載力N=0.9nfμP，在這個(gè)表達(dá)式中，nf表示摩擦面數(shù)，μ代表著摩擦面的抗滑移系數(shù)，P代表高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力，這些數(shù)值的取值都要求以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)取值為準(zhǔn)。對于AISC的計(jì)算，摩擦型的螺栓的連接承載力主要與螺栓孔的類型有關(guān)，并且承載力由滑移極限狀態(tài)的數(shù)值來確定，主要計(jì)算方式為rstr=1.13μTbNs，在這個(gè)計(jì)算公式中，代表與孔有關(guān)的強(qiáng)度折減系數(shù)，一般來說，標(biāo)準(zhǔn)孔、放大孔、槽孔以及荷載的方向都是應(yīng)該考慮的要素，取值分別為1.0、0.85、0.7和0.6，μ的含義與GB中的相同，但是取值不同，在A級表面時(shí)，取值為0.35，B級表面時(shí)，取值為0.50，Tb為最小預(yù)拉力，應(yīng)該通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行取值，Ns為摩擦的面數(shù)。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，這些數(shù)值均以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為準(zhǔn)。兩種計(jì)算方式在計(jì)算時(shí)考慮的要素存在明顯的差別，AISC考慮了不同螺栓孔對于摩擦型螺栓的滑移效果的影響，計(jì)算時(shí)對這些要去的不同采取不同的計(jì)算方式，相比而言，GB的計(jì)算方式主要采用乘以0.9的折減系數(shù)的方法來計(jì)算，相比較而言，AISC的計(jì)算方法更為精確。

2.2 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接計(jì)算中同時(shí)考慮剪力和拉力

對于GB的規(guī)定，在同時(shí)承受剪力和拉力的情況下，摩擦型高強(qiáng)螺栓的計(jì)算方法主要采取直線相關(guān)公式，具體公式為：≤1。在AISC的計(jì)算中，首先應(yīng)該計(jì)算單個(gè)螺栓的滑移抗力應(yīng)該乘以系數(shù)k，整個(gè)計(jì)算中無論是哪種計(jì)算方式，計(jì)算量都很大，AISC的計(jì)算由于采用折減系數(shù)，計(jì)算量在一定程度上降低一些，便于操作。整個(gè)對比中，可以看出在進(jìn)行高強(qiáng)螺栓計(jì)算時(shí)，應(yīng)該結(jié)合具體的工程實(shí)際來進(jìn)行選擇，不應(yīng)該一概而論，在計(jì)算時(shí)應(yīng)該選擇最優(yōu)的計(jì)算方法，以提高計(jì)算的準(zhǔn)確度，降低難度。

3 為確保計(jì)算與實(shí)際工作狀況相符，高強(qiáng)螺栓在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定

3.1 高強(qiáng)螺栓的施工工藝

對于鋼結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度螺栓的選擇應(yīng)該滿足相關(guān)規(guī)定，例如《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓》GB1228-19等，在進(jìn)行鋼材的出廠時(shí)應(yīng)該進(jìn)行材料的檢驗(yàn)，對于鋼材的爐號、制作批號進(jìn)行清楚的標(biāo)注，對于機(jī)械性能和化學(xué)性能也應(yīng)該有所說明，對于螺栓的楔負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)該做到準(zhǔn)確無誤，保證負(fù)荷力達(dá)到要求，在進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)該注意清理摩擦面，不允許出現(xiàn)毛刺、鐵屑、油污等雜物，在進(jìn)行浮物的去除工作時(shí)應(yīng)該用鋼絲刷延受力垂直方向進(jìn)行工作。摩擦面應(yīng)該干燥，沒有出現(xiàn)結(jié)露、積霜、積雪等情況。在進(jìn)行安裝時(shí)不應(yīng)該選擇雨天。

3.2 高強(qiáng)度螺栓的檢驗(yàn)方式

對于高強(qiáng)度螺栓的檢驗(yàn)主要有兩種方法，扭矩法是指將螺母退回60°左右，用表盤式扭扳手進(jìn)行測試，在擰回至原來位置時(shí)，計(jì)算此時(shí)的扭矩值，如果扭矩值在10%以內(nèi)即為合格。然后再繼續(xù)進(jìn)行螺栓的擰緊工作，在螺母開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)測量其扭矩值，測定的扭矩值較施工扭矩值大10%以內(nèi)為合格。轉(zhuǎn)角法是指檢查初擰后螺母與羅偉的相對價(jià)值所劃的終擰起始線和終止線所夾角在規(guī)定范圍內(nèi)即為合格。一般角度誤差在10°左右即為合格，對于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，螺栓絲扣外露應(yīng)力應(yīng)該一致，以便在檢查時(shí)更加方便。對于其他項(xiàng)目的檢查，應(yīng)該根據(jù)具體施工過程的要求進(jìn)行規(guī)范處理。

4 結(jié)束語

通過以上的分析對比，可以看出對于高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算方法基本出發(fā)點(diǎn)是相同的，對于美國而言，其對高強(qiáng)螺栓的研究更為全面細(xì)致，設(shè)計(jì)方法比我國更為成熟，在進(jìn)行高強(qiáng)螺栓計(jì)算時(shí)，我國對于問題的考慮不夠全面，在摩擦型螺栓連接孔的選擇及設(shè)計(jì)中，在實(shí)驗(yàn)研究過程中還應(yīng)該提高注意力，對于摩擦性連接的承載力我國的要求過于嚴(yán)格，在實(shí)際的工程應(yīng)用中很難進(jìn)行靈活運(yùn)用，可能會(huì)對整個(gè)工程的整體質(zhì)量和效果造成影響，在新的規(guī)范要求中應(yīng)該對這些問題給予重視，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對高強(qiáng)螺栓的計(jì)算應(yīng)該以實(shí)際工程為主，盡可能的做到在工程中應(yīng)用更加便捷、高效。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫洪鵬，劉圓，王玉銀.中美摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承載力計(jì)算方法對比分析[J].鋼結(jié)構(gòu)，2015（1）：46-49，68.

[2]劉仲洋，陳偉，張會(huì)芳.中美鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于高強(qiáng)螺栓計(jì)算方法比較[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（3）：24-25.

[3]張文元，扈 昕.鋼結(jié)構(gòu)中高強(qiáng)螺栓連接的數(shù)值模擬方法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（12）：8-14.

[4]儲艷春，李磊，張立力.中國與美國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的差異[J].上海建設(shè)科技，2012（6）：12-14.

[5]李鴻博.高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的計(jì)算方法[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2005（10）：29-31.endprint