钢结构施工技术与实训第6章--钢结构螺栓连接和铆接.ppt

6.1普通螺栓连接普通螺栓连接6.2 高强度螺栓连接高强度螺栓连接6.3 铆钉连接铆钉连接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 知识目标知识目标熟悉钢结构主要连接方式的特点；熟悉普通螺栓和高强螺栓的施工工艺要求，掌握质量验收标准和方法；熟悉铆接的施工工艺要求及质量验收标准和方法 学习目标学习目标通过理论教学和技能实训，了解钢结构各种连接的特点，熟悉钢结构螺栓连接的施工工艺和质量验收要求。掌握钢结构高强螺栓施工工艺和施工验收标准和方法。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 概 述 钢结构所用的连接方法:焊接连接(图6.1a)、铆钉连接(图6.1b)和螺栓连接(图6.1c)三种。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 概 述 焊缝连接优点是不削弱构件截面，节省钢材；焊件间可直接焊接，构造简单，加工简便，连接的密封性好，刚度大；易于采用自动化生产。缺点是焊缝连接不足是：焊接结构中不可避免地产生残余应力和残余变形，对结构的工作产生不利的影响；在焊缝的热影响区内钢材的力学性能发生变化，材质变脆；焊接结构对裂纹很敏感，一旦局部发生裂纹，便有可能迅速扩展到整个截面，尤其是低温下更易发生脆裂。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 概 述 铆钉连接需要先在构件上开孔，用加热的铆钉进行铆合，有时也可用常温的铆钉进行铆合，但需要较大的铆合力。铆钉连接由于费钢费工，现在很少采用。但是，铆钉连接传力可靠，韧性和塑性较好，质量易于检查，对经常受动力荷载作用、荷载较大和跨度较大的结构，有时仍然采用铆接结构。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 概 述 螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。优点是螺栓连接具有易于安装，施工进度和质量容易保证，方便拆装维护的，缺点是因开孔对构件截面有一定削弱，有时在构造上还须增设辅助连接件，故用料增加，构造较繁；螺栓连接需制孔，拼装和安装时需对孔，工作量增加，且对制造的精度要求较高，但螺栓连接仍是钢结构连接的重要方式之一。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 概 述 钢网架螺栓球连接也是高强度螺栓连接的一种重要形式。在薄壁钢结构中还经常采用射钉、自攻螺钉和焊钉(栓钉)连接方式。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 钢结构普通螺栓连接就是将螺栓、螺母、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一种连接形式。一般受力较大结构或承受动荷载的结构，应采用精制螺栓，以减少接头变形量。由于精制螺栓加工费用较高、施工难度大，工程上极少采用，已逐渐为高强度螺栓所取代。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 6.1.1普通螺栓连接材料普通螺栓连接材料 钢钢结结构构普普通通螺螺栓栓连连接接是是由由螺螺栓栓、螺螺母母和和垫垫圈圈三三部分组成的。部分组成的。1.普通螺栓 按照普通螺栓的形式，可将其分为六角头螺栓、双头螺栓和地脚螺栓等。(1)六角头螺栓 可分为A、B、C三个等级，其中，A、B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 A、B级为精制螺栓，一般用35号钢或45号钢做成，级别为5.6级或8.8级。A、B级螺栓加工尺寸精确，受剪性能好，变形很小，但制造和安装复杂，价格昂贵，目前在钢结构中应用较少。C级为六角头螺栓，也称粗制螺栓。一般由Q235镇静钢制成，性能等级为4.6级和4.8级 。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 建筑钢结构中使用的普通螺栓，一般为六角头螺栓，螺栓的标记通常为MdL，其中d为螺栓规格(即直径)、L为螺栓的公称长度。普通螺栓的通用规格为M8、M10、M12、M16、M20、M24、M30、M36、M42、M48、M56和M64等。(2)双头螺栓。双头螺栓一般称作螺栓，多用于连接厚板和不便使用六角螺栓连接的地方，如混凝土屋架、屋面梁悬挂单轨梁吊挂件等。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接(3)地脚螺栓 地脚螺栓分一般地脚螺栓、直角地脚螺栓、锤头螺栓、锚固地脚螺栓等四种。一般地脚螺栓和直角地脚螺栓是在浇制混凝土基础时预埋在基础之中用以固定钢柱的。锤头螺栓是基础螺栓的一种特殊型式，是在混凝土基础浇灌时将特制模箱(锚固板)预埋在基础内，用以固定钢柱的。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 锚栓 锚栓是用于钢构件与混凝土构件之间的连接件，如钢柱柱脚与混凝土基础之间的连接、钢梁与混凝土墙体的连接等。锚栓可分为化学试剂型和机械型两类，化学试剂型是指锚栓通过化学试剂(如结构胶等)与其所植入的构件材料粘结传力，而机械型则不需要。锚栓是一种非标准件，直径和长度随工程情况而定，化学试剂型锚栓的锚固长度一般不小于15倍栓径，机械型锚栓的锚固长度一般不小于25倍栓径，下部弯折或焊接方钢板以增大抗拔力。锚栓一般由圆钢制作而成，材料多为Q235钢和Q345钢，有时也采用优质碳素钢。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 表6.1 普通螺栓性能等级、化学成分、力学性能性能等性能等级级3.63.64.64.64.84.85.65.65.85.86.86.8材料材料低碳低碳钢钢低碳低碳钢钢或中碳或中碳钢钢化学成分化学成分C C0.200.200.550.55P P0.050.050.050.05S S0.060.060.060.06抗拉抗拉强强度度(MPa)(MPa)公称公称最小最小300300330330400400400400400400420420500500500500500500520520600600600600维维氏硬度氏硬度最小最小最大最大9595206206115115206206121121206206148148206206154154206206178178227227第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接表6.2 螺母与螺栓性能等级相匹配的参照表螺母性能等级相匹配的螺栓性能等级螺母性能等级相匹配的螺栓性能等级性能等级直径范围(m)性能等级直径范围(m)43.6、4.6、4.81698.816直径3953.6、4.6、4.8169.8165.6、5.8所有的直径1010.9所有的直径66.8所有的直径1212.93988.8所有的直径第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接3.垫圈 (1)圆平垫圈。圆平垫圈一般放置于紧固螺栓头及螺母的支承面下面，用以增加螺栓头及螺母的支承面，同时防止被连接件表面损伤。(2)方型垫圈。方型垫圈一般置于地脚螺栓头及螺母支承面下，用以增加支承面及遮盖较大螺栓孔眼。(3)斜垫圈。主要用于工字钢、槽钢翼缘倾斜面的垫平，使螺母支承面垂直于螺杆，避免紧固时造成螺母支承面和被连接的倾斜面局部接触，以确保检连安全。(4)弹簧垫圈。为防止螺栓拧紧后在动载作用产生振动和松动，依靠垫圈的弹性功能及斜口摩擦面来防止螺栓松动，一般用于有动荷载(振动)或经常拆卸的结构连接处。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接6.1.2普通螺栓的选用普通螺栓的选用1.1.螺栓的破坏形式螺栓的破坏形式（1）栓杆被剪断，图6.2a。（2）被连接板被挤压破坏，图6.2b。（3）被连接板被拉（压）破坏，图6.2c。（4）被连接板被剪破坏拉豁，图6.2d。（5）栓杆受弯破坏，图6.2e。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 2.螺栓直径的确定 螺栓直径的确定应由设计人员按等强原则，参照钢结构设计规范(GB 500172003)根据螺栓的破坏形式通过计算确定。但对某一个工程来讲，螺栓直径规格应尽可能少，有的还需要适当归类，便于施工和管理。一般情况下，螺栓直径应与被连接件的厚度相匹配，表6.3为不同的连接厚度所推荐选用的螺栓直径。表6.3 不同连接厚度推荐螺栓直径 (mm)连接件厚度46587l110141320推荐螺栓直径1216202427第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 3.螺栓长度的确定 连接螺栓的长度应根据连接螺栓的直径和厚度确定。螺栓长度是指螺栓头内侧到尾部的距离，一般为5mm进制，可按下式计算：L=m十nh十C (6.1)式中 被连接件的总厚度，(mm)；m螺母厚度，(mm)，一般取0.8D；n垫圈个数；h垫圈厚度，(mm)；C螺纹外露部分长度(23丝扣为宜，5mm)，第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 4.螺栓的排列和间距 螺栓在构件上的排列可分为以并列排列与错位排列两种根据钢结构设计规范（GB 500172003）规定的螺栓最大和最小间距。名 称位置和方向最大容许距离(取两者的较小值)最小容许距离中心间距任意方向外排8d0或12t3d0中间排构件受压力12d0或18t构件受拉力16d0或24t中心至构件边缘距离顺内力方向4d0或8t2d0垂直内力方向切割边1.5d0轧制边高强度螺栓其他螺栓或铆钉1.2d0 表6.4 螺栓的最大、最小容许距离第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接(a)钢板上的并列螺栓；(b)钢板上的错列螺栓第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接排列时应考虑下列要求：(1)受力要求螺栓任意方向的中距以及边距和端距均不应过小，以免受力时加剧孔壁周围的应力集中和防止钢板过度削弱而承载力过低，造成沿孔与孔或孔与边间拉断或剪断。当构件承受压力作用时，顺压力方向的中距不应过大，否则螺栓间钢板可能失稳形成鼓曲。因此，从受力的角度规定了最大和最小的容许间距。(2)构造要求若栓距及线距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而发生锈蚀，因此规定了螺栓的最大容许间距。按规范规定，栓孔中心最大间距受压时为12d0或18t(t为外层较薄板件的厚度)，受拉时为16d0或24t，中心至构件边缘最大距离为4d0或18t。(3)施工要求要保证有一定的空间，便于转动螺栓扳手，规定了螺栓最小容许间距。螺栓的布置应使各螺栓受力合理，同时要求各螺栓尽可能远离形心和中性轴，以便充分和均衡地利用各个螺栓的承载能力。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 6.1.3 6.1.3普通螺栓连接施工普通螺栓连接施工 1.普通螺栓施工作业条件 (1)构件已经安装调校完毕，被连接件表面应清洁、干燥，不得有油(泥)污。(2)高空进行普通紧固件连接施工时，应有可靠的操作平台或施工吊篮，需严格遵守建筑施工高处作业安全技术规范(JGJ 80)。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 2.螺栓孔加工 螺栓连接前，需对螺栓孔进行加工，可根据连接板的大小采用钻孔或冲孔加工。冲孔一般只用于较薄钢板和非圆孔的加工，而且要求孔径一般不小于钢板的厚度。(1)钻孔前，将工件按图样要求划线，检查后打样冲眼。样冲眼应打大些，使钻头不易偏离中心。在工件孔的位置划出孔径圆和检查圆，并在孔径圆上及其中心冲出小坑。(2)当螺栓孔要求较高，叠板层数较多，同类孔距也较多时，可采用钻模钻孔或预钻小孔，再在组装时扩孔的方法。预钻小孔直径的大小取决于叠板的层数，当叠板少于五层时，预钻小孔的直径一般小于3mm；当叠板层数大于五层时，预钻小孔直径应小于6mm。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 (3)当使用精制螺栓(A、B级螺栓)时，其螺栓孔的加工应是谨慎钻削，尺寸精度不低于IT13IT11级，表面粗糙度不大于Ra12.5m。或按基准孔(H12)加工，重要场合宜经铰削成孔，以保证配合要求。通螺栓(C级)的配合孔，可应用钻削成形。但其内孔表面粗糙度Ra值不应大于25m，其允许偏差应符合相关规定。3.普通螺栓的装配 普通螺栓的装配应符合下列各项要求：(1)螺栓头和螺母下面应放置平垫圈，以增大承压面积。(2)每个螺栓一端不得垫两个及以上的垫圈，并不得采用大螺母代替垫圈。螺栓拧紧后，外露丝扣不应少于2扣。螺母间下的垫圈一般不应多于1个。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 (3)对于设计有要求防松动的螺栓、锚固螺栓应采用有防松装置的螺 母(即双螺母)或弹簧垫圈，或用人工方法采取防松措施(如将螺栓外露丝扣打毛)。(4)对于承受动荷载或重要部位的螺栓连接，应按设计要求放置弹簧垫圈，弹簧垫圈必须设置在螺母一侧。(5)对于工字钢、槽钢类型钢应尽量使用斜垫圈，使螺母和螺栓头部的支承面垂直于螺杆。(6)双头螺栓的轴心线必须与工件垂直，通常用角尺进行检验。(7)装配双头螺栓时，首先将螺纹和螺孔的接触面清理干净，然后用手轻轻地把螺母拧到螺纹的终止处，如果遇到拧不进的情况，不能用扳手强行拧紧，以免损坏螺纹。(8)螺母与螺钉装配时，应满足螺母或螺钉和接触的表面之间应保持清洁，螺孔内的脏物要清干净。螺母或螺钉与零件贴合的表面要光洁、平整、贴合处的表面应当经过加工，否则容易使连接件松动或使螺钉弯曲。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 4.螺栓紧固 为了使螺栓受力均匀，应尽量减少连接件变形对紧固轴力的影响，保证节点连接螺栓的质量。螺栓紧固必须从中心开始，对称施拧。图6.4 拧紧成组螺母的方法.对拧紧成组的螺母时，必须按照一定的顺序进行，并做到分次序逐步拧紧(一般分3次拧紧)，否则会使零件或螺杆产生松紧不一致，甚至变形。在拧紧长方形布置的成组螺母时，必须从中间开始，逐渐向两边对称地扩展，如图6.4(a)。在拧紧方形或圆形布置的成组螺母时，必须对称地进行，如图6.4(b)与(c)。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接图6.4 拧紧成组螺母的方法 (a)长方形布置；(b)方形布置；(c)圆形布置第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接表6.5 各种直径螺栓的允许荷载螺栓公称直径121620243036轴向允许轴力无预先锁紧(N)172003300520075001190017500螺栓在荷载下锁紧(N)1320250040005800920013500扳手最大允许扭矩Kg/cm23208001600280055009700N/cm23138784515690274595393795125注：对于Q235及45号钢应将表中允许值分别乘以修正系数0.751.1。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 5.紧固质量检验 对永久螺栓拧紧的质量检验常采用锤敲或力矩扳手检验，要求螺栓不颤头和偏移，拧紧的真实性用塞尺检查，对接表面高度差(不平度)不应超过0.5mm。对接配件在平面上的差值超过0.53mm时，应对较高的配件高出部分作成1:10的斜坡，斜坡不得用火焰切割。当高度超过3mm时，必须设置和该结构相同钢号的钢板做成的垫板，并用连接配件相同的加工方法对垫板的两侧进行加工。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.1普通螺栓连接普通螺栓连接 6.防松措施 为了保证连接安全可靠，对螺纹连接必须采取有效的防松措施。常用的防松措施有增大摩擦力、机械防松和不可拆三大类。(1)增大摩擦力的防松措施。其措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力，因而始终有摩擦阻力防止连接松脱。增大摩擦力的防松措施有安装弹簧垫圈和使用双螺母等。(2)机械防松。此类防松措施是利用各种止动零件，阻止螺纹零件的相对转动来实现的。机械防松较为可靠，故应用较多。常用的机械防松措施有开口销与槽形螺母、止退垫圈与圆螺母、止动垫圈与螺母、串联钢丝等。(3)不可拆防松措施。利用点焊、点铆等方法把螺母固定在螺栓或被连接件上，或者把螺钉固定应被连接件上，以达到防松的目的。高强度螺栓是钢结构工程中发展起来的一种新型连接形式，它已发展成为当今钢结构连接的主要手段之一，在高层建筑钢结构中已成为主要的连接件。高强度螺栓是用优质碳素钢或低合金钢材料制成的一种特殊螺栓，由于螺栓的强度高，故称高强度螺栓。高强度螺栓连接具有安装简便、迅速、能装能拆和承压高、受力性能好、安全可靠等优点。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接6.2.16.2.1高强度螺栓分类高强度螺栓分类 高强度螺栓采用经过热处理的高强度钢材做成，施工时需要对螺栓杆施加较大的预拉力。高强度螺栓从性能等级上可分为8.8级和10.9级(也记作8.8S、l0.95)。根据其受力特征可分为：摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓两类。根据螺栓构造及施工方法不同，可分为大六角头高强度螺栓、扭剪型高强度螺栓(图6.5)两类。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接图6.6 扭剪型高强度螺栓构造1螺母；2螺杆；3螺纹；4槽口；5螺杆尾部梅花卡头；6、7电动扳手筒和大套筒图6.5 高强度螺栓构造(a)大六角头高强度螺栓；(b)扭剪型高强度螺栓第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接高强度螺栓连接高强度螺栓连接10.9S 高强度扭剪型螺栓扭剪型螺栓特制机动扳手 6.2.26.2.2高强度螺栓的性能高强度螺栓的性能 高强度螺栓和与之配套的螺母和垫圈合称连接副，须经热处理(淬火和回火)后方可使用。高强度大六角头螺栓连接副包括一个螺栓，一个螺母和两个垫圈。扭剪型高强度螺栓连接副包括一个螺栓、一个螺母和一个垫圈。高强度螺栓的材料要求如下：(1)高强度螺栓的规格共有M12、M16、M18、M20、M22、M24、M27、M30几种。螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定。高强度螺栓(六角头螺栓、扭剪型螺栓等)、半圆头铆钉等孔的直径应比螺栓杆、钉杆公称直径大1.03.0mm。螺栓孔应具有H14(H15)的精度。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (2)高强度螺栓按性能等级可分为8.8、10.9、12.9级等。8.8级仅用于大六角头高强度螺栓，10.9级用于扭剪型高强度螺栓和大六角头高强度螺栓。制造厂应对原材料(按加工高强度螺栓的同样工艺进行热处理)进行抽样试验，其力学性能应符合表6.8的规定。当高强度螺栓的性能等级为8.8级时，热处理后硬度为2129HRC；性能等级为10.9级时，热处理后硬度为3236HRC。(3)高强度螺栓不允许存在任何淬火裂纹，其表面要进行发黑处理。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接表6.8 高强度螺栓的力学性能性能等级螺栓类型抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）伸长率J5(%)收缩率(%)冲击韧性k(J/cm2)不 小 于10.9S大六角头螺栓扭剪型螺栓104012409401042598.8S大六角头螺栓8301030660124578第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (4)高强度螺栓抗拉极限承载力应符合表6.9的规定，其偏差应符合表6.10的规定。高强度螺栓抗拉极限承载力参照教材表6.9 (5)采用高强度螺栓连接副，应分别符合钢结构用大六角头螺栓形式和尺寸(GB 12281991)、钢结构用高强度大六角螺母型式与尺寸(GB 12291991)、钢结构用高强度垫圈型式与尺寸(GB12301991)、钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件(GB12312006)或钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副形式尺寸(GB 36321995)和钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件(GB 36331995)的规定。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (6)高强度螺栓连接副必须经过以下试验，符合规范要求后方可出厂。(7)高强度螺栓的储运应符合：存放应防潮、防雨、防粉尘，并按类型和规格分类存放。长期保管超过六个月或保管不善而造成螺栓生锈及沾染脏物等可能改变螺栓的扭矩系数或性能的高强度螺栓，应视情况进行清洗、除锈和润滑等处理，并对螺栓进行扭矩系数或预拉力检验，合格后方可使用。高强度螺栓连接摩擦面应平整、干燥，表面不得有氧化皮、毛刺、焊疤、油漆和油污等。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.2.3 6.2.3施工准备施工准备 电动扭矩扳手及控制仪、手动扭矩扳手、扭矩测量扳电动扭矩扳手及控制仪、手动扭矩扳手、扭矩测量扳手、手工扳手、钢丝刷、冲子、锤子等。手、手工扳手、钢丝刷、冲子、锤子等。（1）手动扭矩扳手 各种高强度螺栓在施工中以手动紧固时，都要使用有示明扭矩值的扳手施拧，使达到高强度螺栓连接副规定的扭矩和剪力值。一般常用的手动扭矩扳手有指针式、音响式和扭剪型三种（图6.7）。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接（a）指针式；（b）音响式；（c）扭剪型图6.7 手动扳手1扳手；2千分表；3主刻度；4副刻度第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 （2）电动扳手 钢结构用高强度大六角头螺栓紧固时用的电动扳手有：NR9000A，NR12和双重绝缘定扭矩、定转角电动扳手等，是拆卸和安装六角高强度螺栓机械化工具，可以自动控制扭矩和转角，适用于钢结构桥梁、厂房建设、化工、发电设备安装大六角头高强度螺栓施工的初拧、终拧和扭剪型高强度螺栓的初拧，以及对螺栓紧固件的扭矩或轴力有严格要求的场合。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 6.2.4 6.2.4高强度螺栓孔加工高强度螺栓孔加工 高强度螺栓孔应采用钻孔，如用冲孔工艺会使孔边高强度螺栓孔应采用钻孔，如用冲孔工艺会使孔边产生微裂纹，降低钢结构疲劳强度，还会使钢板表面局部产生微裂纹，降低钢结构疲劳强度，还会使钢板表面局部不平整，所以必须采用钻孔工艺。因高强度螺栓连接是靠不平整，所以必须采用钻孔工艺。因高强度螺栓连接是靠板面摩擦传力，为使板层密贴，有良好的面接触，所以孔板面摩擦传力，为使板层密贴，有良好的面接触，所以孔边应无飞边、毛刺。边应无飞边、毛刺。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 1.一般规定 (1)划线后的零件在剪切或钻孔加工前后，均应认真检查，以防止划线、剪切、钻孔过程中，零件的边缘和孔心、孔距尺寸产生偏差；零件钻孔时，为防止产生偏差，可采用以下方法进行钻孔：相同对称零件钻孔时，除以选用较精确的钻孔设备进行钻孔外，还应用统一的钻孔模具来钻孔，以达到其互换性；对每组相连的板束钻孔时，可将板束按连接的方式、位置，用电焊临时点焊，一起进行钻孔；拼装连接时可按钻孔的编号进行，可防止每组构件孔的系列尺寸产生偏差。(2)零部件小单元拼装焊接时，为防止孔位移产生偏差，可将拼装件在底样上按实际位置进行拼装；为防止焊接变形使孔位移产生偏差，应在底样上按孔位选用划线或挡铁、插销等方法限位固定。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (3)为防止零件孔位偏差，对钻孔前的零件变形应认真矫正；钻孔及焊接后的变形在矫正时均应避开孔位及其边缘。2.孔径的选配 高强度螺栓制孔时，其孔径的大小可参照表高强度螺栓制孔时，其孔径的大小可参照表6.126.12进行。进行。螺栓公称直径12162022242730螺栓孔直径13.517.52224263033第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 3.螺栓孔距 零件的孔距要求应按设计执行。高强度螺栓的孔距值见表6.3，安装时，还应注意两孔间的距离允许偏差，也可参照表6.13所列数值来控制。表表6.13 6.13 螺栓孔距间的距离允许偏差螺栓孔距间的距离允许偏差螺栓孔孔距范围5005011200120130003000同一组内任意两孔间距离1.01.5相邻两组的端孔间距离1.52.02.53.0第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 4.螺栓孔位移处理 高强度螺栓孔位移时，应先用不同规格的孔量规分次进行检查：第一次用比孔公称直径小1.0mm的量规检查，应通过每组孔数85%；第二次用比螺栓公称直径大0.20.3mm的量规检查应全部通过；对 二次不能通过的孔应经主管设计同意后，方可采用扩孔或补焊后重新钻孔来处理。扩孔或补焊后再钻孔应符合扩孔后的孔径不得大于原设计孔径的2.0 mm，补孔时应用与原孔母材相同的焊条(禁止用钢块等填塞焊)补焊，每组孔中补焊重新钻孔的数量不得超过20%，处理后均应作出记录的要求。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接6.2.56.2.5高强度螺栓的确定高强度螺栓的确定 1.螺栓长度计算扭剪型高强度螺栓的长度为螺栓头根部至螺栓刃口头处的长度。参见图6.5所示。(1)高强度螺栓长度应按下式计算：l=l+l (6.2)式中l连接板层总厚度；l附加长度，可按下式计算：l=m十nS十3P (6.3)式中m高强度螺母公称厚度；n垫圈个数，扭剪型高强度螺栓为1；大六角头高强度螺栓为2；S高强度垫圈公称厚度；第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 P 螺纹螺距。当高强度螺栓公称直径确定后，l可由表6.14查得。表6.14 高强度螺栓-附加长度 (mm)螺栓直径12162022242730大六角头高强度螺栓25303540455055扭剪型高强度螺栓25303540第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (2)选用螺栓长度简单方法如下：螺栓的长度应为紧固连接板厚度加上一个螺母和一个垫圈的厚度，并且紧固后要露出3个螺距的余长，一般按连接板厚加表6.14中增加长度，并取5mm的整倍数。2.螺栓的排列 螺栓的排列应遵循简单紧凑、整齐划一和便于安装紧固的原则，通常采用并列和错列两种形式，与普通螺栓相同，参见图6.3。3.螺栓的容许距离 螺栓的容许距离是指高强度螺栓在钢板(或型钢)上排列时可以选取的距离。不论采用哪种排列，螺栓的中距(螺栓中心间距)、端距(顺内力方向螺栓中心至构件边缘距离)和边距(垂直内力方向螺栓中心至构件边缘距离)应满足表6.4的要求。通常，在排列螺栓时，宜按最小容许距离取用，且应取5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。最大容许距离一般只在起连系作用的构造连接中采用。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 型钢(角钢、工字钢、槽钢)上螺栓的排列（图6.8），除应满足表6.4规定的最大、最小容许距离外，还应符合各自的要求，见表6.15表6.17，以使螺栓大小和位置适当便于拧固。图6.8 型钢上螺栓排列第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接表6.16 工字钢和槽钢腹板上的螺栓容许距离 (mm)工字钢型号121416182022252832364045505663线距emin404545455050556060657075757575槽钢型号1214161820222528323640线距emin4045505055555560657075表6.17 工字钢和槽钢翼缘上的螺栓容许距离 (mm)工字钢型号121416182022252832364045505663线距amin404050556065655760750808085909595槽钢型号1214161820222528323640线距amin3035354040454545505660第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接6.2.66.2.6高强度螺栓连接施工高强度螺栓连接施工 1.高强度螺栓连接操作工艺流程 作业准备接头组装安装临时螺栓安装高强螺栓高强螺栓紧固检查验收。2.施工作业条件 (1)钢结构的安装必须根据施工图进行，并应符合钢结构工程施工质量验收规范(GB 502052001)的规定。施工图应按设计单位提供的设计图及技术要求进行编制。如需修改设计图时，必须取得原设计单位同意，并签署设计更改文件。(2)施工前，应按设计文件和施工图的要求编制工艺规程和安装施工组织设计(或施工方案)，并认真贯彻执行。在设计图、施工图中均应注明所用高强度螺栓连接副的性能等级、规格、连接型式、预拉力、摩擦面抗滑移等级以及连接后的防锈要求。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (3)根据工程特点设计施工操作吊篮，并按施工组织设计的要求加工制作或采购。安装和质量检查的钢尺，均应具有相同的精度，并应定期送计量部门检定。(4)高强度螺栓连接副施拧前必须对选材、螺栓实物最小载荷、预拉力、扭矩系数等项目进行检验。检验结果应符合国家标准后方可使用。高强度螺栓连接副的制作单位必须按批配套供货，并有相应的成品质量保证书。(5)高强度螺栓连接副储运应轻装、轻卸、防止损伤螺纹；存放、保管必须按规定进行，防止生锈和沾染污物。所选用材质必须经过检验，符合有关标准。制作厂必须有质量保证书，严格制作工艺流程，用超探或磁粉探伤检查连接副有无发丝裂纹情况，合格后方可出厂。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (6)施拧前进行严格检查，严禁使用螺纹损伤的连接副，对生锈和沾染污物要进行除锈和去除污物。(7)根据设计有关规定及工程重要性，运到现场的连接副必要时要逐个或批量按比例进行磁粉和着色探伤检查，凡裂纹超过允许规定的，严禁使用。(8)螺栓螺纹外露长度应为23个螺距，其中允许有10%的螺栓螺纹外露1个螺距或4个螺距。(9)大六角头高强度螺栓，在施工前应按出厂批复验高强度螺栓连接副的扭矩系数，每批复检8套，8套扭矩系数的平均值应在0.1100.150范围之内，其标准偏差小于或等于0.010。(10)扭剪型高强度螺栓，在施工前应按出厂批复验高强度螺栓连接副的紧固轴力，每批复检8套，8套紧固预拉力的平均值和标准偏差应符合规定。变异系数应符合表6.18的规定，第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接（6.4）表6.18 扭剪型高强度螺栓紧固轴力 (kN)螺栓直径d(mm)162024每批紧固轴力的平均值公 称109170 245最 大120186270最 小99154222紧固轴力变异系数10%变异系数可用下式计算：第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 (11)复检不符合规定者，由制作厂家、设计、监理单位协商解决，或作为废品处理。为防止假冒伪劣产品，无正式质量保证书的高强度螺栓连接副，严禁使用。3.施工作业 高强度螺栓从作业准备接头组装安装临时螺栓安装高强螺栓的施工.4.螺栓紧固 (1)螺栓紧固方法 1)扭矩法。扭矩法是根据施加在螺母上的紧固扭矩与导入螺栓中的预拉力之间有一定关系的原理，以控制扭矩来控制预拉力的方法。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 紧固扭矩和预拉力的关系可由下式表示：Mk=KdP (6.5)式中 Mk施加于螺母的紧固扭矩(Nm)；K扭矩系数；d螺栓公称直径(mm)；P预拉力(kN)。高强度螺栓紧固后，螺栓在高应力下工作，由于蠕变原因，随时间的变化，预拉力会产生一定的损失，预拉力损失在最初一天内发展较快，其后则进行缓慢。为补偿这种损失，保证其预拉力在正常使用阶段不低于设计值，在计算施工扭矩时，将螺栓设计预拉力提高10%，并以此计算施工扭矩值。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 采用扭矩法拧紧螺栓时，应对螺栓进行初拧和复拧。初拧扭矩和复拧扭矩均等于施工扭矩的50%左右。初拧和复拧过程中，其施工顺序一般是从中间向两边或四周对称进行。当螺栓在工地上拧紧时，扭矩只准施加在螺母上，因为螺栓连接副的扭矩系数是制造厂在拧紧螺母时测定的。为了减少先拧与后拧的高强度螺栓预拉力的区别，一般要先用普通扳手对其初拧(不小于终拧扭矩值的50%)，使板叠靠拢，然后用一种可显示扭矩值的定扭矩扳手终拧。终拧扭矩值根据预先测定的扭矩和预拉力(增加5%10%以补偿紧固后的松弛影响)之间的关系确定，施拧时偏差不得大于10%。此法在我国应用广泛。2)转角法。高强度螺栓转角法施工分初拧和终拧两步进行，此法是用控制螺母的转角来获得规定的预拉力，因不需专用扳手，故简单有效。初拧的目的是为消除板缝影响，给终拧创造一个大体一致的基础，初拧扭矩一般为终拧扭矩的50%为宜，原则是以板缝密贴为准。第第6章章 钢结构螺栓连接和铆接钢结构螺栓连接和铆接 转角是从初拧作出的标记线开始，再用长扳手(或电动、风动扳手)终拧