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 摘 要:探讨了钢结构高强度螺栓连接面抗滑移系数试验的过程质量控制,并解决了试验中的一些实际问题。
 关键词:钢结构 高强螺栓 摩擦面 抗滑移系数
1 高强度螺栓连接面
111 高强度螺栓 我国的普通螺栓有粗制螺栓(C级)和精制螺栓 (A级和B级)。 粗制螺栓的螺杆直径公差较大,需要螺栓孔直径大于杆径1～2mm才易装上。由于受剪连接可能产生滑移现象,所以标准规定用于非受力构件和安装螺栓。 精制螺栓的螺杆直径公差较小,无正公差,与螺孔密切配合(螺孔直径比螺杆直径大013mm)可用于主要受力构件。 在钢结构连接中极少采用普通螺栓。我国的高强度螺栓,精度高于粗制螺栓而低于精制螺栓,与螺孔不能密切配合,只能当粗制螺栓使用。由于其螺孔直径较大,要保证使用中不产生滑移现象,就应保证预拉力和摩擦面。 我国现有两种高强度螺栓连接副:扭剪型高强度螺栓连接副(GB3632-3633)和大六角头高强度螺栓连接副(GB1228-1231)。
112 高强度螺栓连接形式 从设计的角度,高强度螺栓的连接形式(按承载 方式划分)分为两种:摩擦型连接和承压型连接。 高强度螺栓摩擦型连接:通过连接的板层间的抗滑力来传递剪力,按板层间出现滑动作为其承载能力的极限状态。这种螺栓亦称为摩擦型高强度螺 栓,适用于重要结构和承受动力荷载的结构,或用于可能出现反向内力的构件的连接。其孔径比公称直径大115～210mm。 高强度螺栓承压型连接:以连接板层间出现滑动作为正常使用(即在荷载标准值作用下)的权限状态,而以连接的破坏(螺栓或板件的破坏)作为其承载能力的极限状态。这种螺栓亦称为承压型高强度螺栓,其计算方法与构造要求与普通螺栓相同,可用于允许产生少量滑移的静载结构或间接承受动力荷载的构件。当某一方向产生较大滑移时,可采用长圆孔。采用圆孔时,其孔径比螺栓公称直径大110～115mm
。 两种连接式比较:由于承压型螺栓孔的孔径比摩擦型的小015mm,连接的整体性和刚度也比摩擦型的差,且变形较大,强度储备相对较低,因此在重要结构以及承受动荷载的结构中不许采用承压型螺栓。而在材料、预拉力、接触面的处理以及施工要求等方面,承压型连接和摩擦型连接均无差异。
113 高强度螺栓摩擦面的处理 按照美国规范,高强度螺栓连接的接触面的涂装应经过试验确定。因此,其摩擦系数的大小,应根据实际的表面处理情况进行试验确定。 我国高强度螺栓摩擦面常用的处理方式有3种:喷丸或喷丸后生赤锈,保证0145的摩擦系数;喷砂后热喷铝(或锌),保证0140的摩擦系数;喷砂后喷涂富锌漆,保证0135的摩擦系数。
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2 高强度螺栓连接面抗滑移系数试验
211 试验要求 1)每种表面处理工艺需作3组试件; 2)抗滑移系数试验应采用双摩擦面的两栓或三 栓拼接的拉力试件,试件根据设计图纸制作; 3)抗滑移系数试验采用的试件与所代表的构件应为同一材质、使用同一性能等级、同一直径的高强度螺栓连接副; 4)试验采用的试验机误差应在1%以内;5)试验采用的贴有电阻片的高强度螺栓、压力传感器和电阻应变仪应在试验前用试验机进行标定,其误差应在2%以内。
212 试验步骤21211 试件的制备 试件表面应平整、干燥、无油污、孔和板的边级无飞边、无毛刺。 试件厚度差应小于1mm;接触面间隙应小于1mm。 21212 试件摩擦面的表面预处理 按照设计要求控制试件摩擦面的预处理施工质量,预处理完毕后,试件应进行表面清洁度、粗糙度评定。 
21213 试件摩擦面的涂层施工 涂层施工完毕后,应进行涂层外观、厚度、粗糙 度等项目的检测。
21214 高强度螺栓初拧、终拧 先将冲钉打入试件孔定位,然后逐个换成装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓。高强度螺栓的初拧扭矩为终拧扭矩的50%左右。高强度螺栓连接副的初拧、终拧应在同一工作日内完成。 高强螺栓的拧紧顺序,应从试件中间到两边依次进行。 终拧时,施工扭矩应连续、平稳、螺栓、垫圈不得与螺母一起转动,如有转动应更换高强度螺栓。 对装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓,采用电阻应变仪实测控制试件每个螺栓的预拉力值应在0195P～1105P(P为高强度螺栓设计预拉力值)之间。 当高强度螺栓终拧后,用013mm厚的塞尺插入 板缝深度不超过20mm。
21215 试件的拉力试验 试验时,要求试件的轴线与试验机夹具中心严格对中。 在试件侧向画上刻度,以测量试件的滑移和变形情况。在试验机的上下夹具上安装位移计,以测量试件的整体变形情况。 加载时,应先加10%的抗滑移设计荷载值,停1min后,再平稳加载,加载速度为3～5kN/s。拉伸至滑动破坏,测得滑移荷载NV。 试验过程中,当发生下述情况之一,其对应的荷载可定为试件的滑移荷载: 1)试验机发生回针现象;2)试件侧面画线发生错动; 3)X2Y记录仪上变形曲线发生突变;4)试件突然发生“嘣”的响声。 抗滑移系数,可根据滑移荷载NV和螺栓预拉力P的实测值,按下式计算(取两位有效数字): μ=Nv/(nf ∑m i=1 Pi ) 式中 Nv———由试验测得的滑移荷载,kN; nf———摩擦面面数,双摩擦面取nf=2; ∑m i=1 P i ———试件滑移一侧高强度螺栓预拉 力实测值之和(或同批螺栓连接 副的预拉力平均值)(取3位有效数字),kN; m———试件一侧螺栓数量,双栓时m=2, 三栓时m=3。 试验过程中,若一侧摩擦面发生滑移(滑动失效),拉力机出现回针,应继续加载,待到另一侧摩擦面也发生滑移时(此过程滑动失效侧的螺栓承受剪力),试验结束。应分别按上式计算出摩擦面的抗滑移系数μ值。 
21216 摩擦面抗滑移系数试验的试验报告内容 试件的制作质量、试件摩擦面的表面预处理施工质量、试件摩擦面的涂层施工质量、高强螺栓初拧、终拧施工质量和试件的拉力试验。 
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3 高强度螺栓连接面抗滑移系数试验时应注意的 问题 
311 试件摩擦极限拉力值F的选取 试件的摩擦极限拉力值F为:F=μnfPm式中 μ———为摩擦面设计抗滑移系数; nf———摩擦面面数,双摩擦面取nf=2;P———螺栓设计预紧力,kN;
m———试件一侧螺栓数量,双栓时m=2; 三栓时m=3。 其中应选取略大的摩擦面设计抗滑移系数μ值。例如,生赤锈摩擦面μ选为0150;热喷铝(或锌)摩擦面μ选为0145;喷涂富锌漆摩擦面μ选为0150。 国内省级试验单位的拉力机多为100t级,因此一般情况设计拉力值F应低于800kN(100t拉力机极限荷载的80%),否则会增加试验费用和时间。 100t级拉力机钳口极限距离为900mm,故试件 的总长应低于850mm;
且试件两端夹持长度应不小 于
150mm
;夹具夹持长度100mm,过渡区50mm。
312 试件有效截面积的选取 试件的设计有效截面积应保证在达到设计抗滑移系数前试件不发生塑性变形,即T>F。其中F为试件的摩擦极限拉力值,T为试件的抗拉极限拉力值。 试件的抗拉极限拉力值T=σsA,其中,A为试件有效截面积。 实例:三栓试件(见图1)
,采用<30mm螺栓,螺栓预紧力355kN,孔径<33mm,试件抗拉极限σs为345MPa,设计μ值为0145。 图1 三栓摩擦面抗滑移试件   试件的抗拉极限拉力值T为:T=σsA= 900145kN 试件的摩擦极限拉力值F为:F=μnfPm=958150kNT<F,即设计有效截面积未达到设计抗滑移 系数前试件已发生塑性变形,故该试件设计不合理(有效截面积偏低),得不到实际的抗滑移系数μ值。 (上接第396页) 列,国外软件中比较好的是SAP2000、STAAD/CHI2NA。
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7 结 语 多层钢框架设计主要包括以上几个部分。从结 构设计本身来说多层钢框架设计和混凝土设计方法基本一致,从结构整体到局部,从具体构件到节点设计,但钢结构也有其特殊的地方,如构件的稳定验算等。总之,在多层钢框架结构整体性有保证的前提 下,应该做到以下4点:1)强柱弱梁;2)强剪弱弯;3) 强压弱拉;4)强节点弱构件。 
参考文献 1 GB40017-2003钢结构设计规范2 GB50011-2001建筑抗震设计规范 3 宋曼华,柴 昶,武人岱1钢结构设计与计算1北京:机械工业出 版社,2000 4 陈绍蕃1钢结构1北京:中国建筑工业出版社,1998
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