在施工现场,螺栓似乎是最不起眼的零配件之一。然而,正是这些看似寻常的小零件,却牢牢连接着钢结构的每一根梁柱,承载着整个建筑的重量与安全。不少工程新手面对满目琳琅的螺栓时,常常犯难:高强度螺栓与普通螺栓到底有什么区别?难道仅凭肉眼观察就能分辨?答案显然没有那么简单。真正决定螺栓身份归属的核心秘密,其实就藏在螺栓头部或螺杆上一串看似不起眼的数字标记之中。只要理解这组数字的含义,再掌握三个关键细节,你就能在工地上迅速、准确地判断螺栓的“真实身份”,避免因选错、用错而埋下安全隐患。
▲关键指标,8.8级是衡量高强的分水岭
判断一枚螺栓是否属于高强度级别,唯一硬性指标就是看其性能等级标记数字是否不低于8.8。换言之,性能等级标记为8.8、10.9、12.9的螺栓,都属于高强度螺栓范畴;而标记为4.8、5.6、5.8等数字的螺栓,则属于普通螺栓。这组数字并非厂家随意标注的编号,而是经过严格力学测试后得出的性能标识,具有明确的物理意义与法律效力。在工程实践中,采购环节需要核对标记,进场验收环节同样需要核对标记,安装前仍要再次确认标记。任何一个环节疏忽,都可能导致高强螺栓与普通螺栓混用,进而危及结构安全。因此,把“8.8”这条分界线牢牢刻在脑海里,是每一位工程人员的基本功。
▲数字背后的力量密码
〔1〕抗拉强度值:性能等级标记的第一个数字,例如8.8级中的“8”,乘以100,即代表该螺栓材料的抗拉强度,单位是兆帕(MPa)。按照这一规律,8.8级螺栓的抗拉强度为8×100=800兆帕。这意味着,当螺栓承受的拉力达到800兆帕时,材料便会发生断裂破坏。这一数值,是螺栓抵抗拉伸破坏的极限能力,也是设计中必须重点校核的关键参数。
〔2〕屈强比值:性能等级标记的第二个数字,例如8.8级中的“.8”,代表螺栓材料的屈服强度与抗拉强度之间的比值。8.8级螺栓的屈强比为0.8。屈强比越高,说明材料的强度储备相对越少,螺栓从开始屈服到最终断裂的塑性发展阶段越短;屈强比越低,则材料在屈服后仍有较长的变形缓冲过程。这一比值从侧面反映了螺栓材料在受力时的韧性与安全冗余。
〔3〕屈服强度值:屈服强度等于抗拉强度乘以屈强比。因此,8.8级螺栓的屈服强度为800兆帕乘以0.8,等于640兆帕。屈服强度是材料开始发生永久性塑性变形的临界点,一旦超过这一数值,即使卸载外力,螺栓也无法完全恢复原有形状。这一指标对于控制螺栓的预紧力至关重要,实际拧紧过程中,施加的预紧力必须控制在屈服强度以内,才能保证连接长期可靠。
▲屈服强度与抗拉强度的本质区别
〔1〕屈服强度(640兆帕):当螺栓受到的拉力达到此强度时,材料开始发生永久性塑性变形,也就是我们常说的不可恢复的变形。此时,螺栓虽然尚未断裂,但其几何尺寸已经发生改变,螺纹可能被拉长,预紧力也会出现松弛,连接性能随之大打折扣。因此,在正常使用状态下,螺栓的受力绝不允许超过屈服强度。
〔2〕抗拉强度(800兆帕):当螺栓受到的拉力达到此强度时,材料会发生断裂破坏。屈服强度与抗拉强度之间的区间,是螺栓从开始塑性变形到最终断裂的过渡阶段。理解这两个强度的区别,有助于工程人员在设计计算时准确把握安全裕度,也能在施工拧紧时合理控制预紧力大小,既不因过小而导致连接松动,也不因过大而使螺栓进入塑性状态。
▲垫圈选用,不能混淆
〔1〕高强度螺栓:必须配合平垫圈使用。平垫圈的主要作用在于分散螺栓头或螺母对连接板表面的压力,保护连接板不被局部压陷,同时帮助螺栓更稳定地传递预紧力,使受力更加均匀。在高强度螺栓连接副中,平垫圈是不可或缺的配套元件,其材质、硬度和尺寸都有相应标准,不能随意替代。
〔2〕普通螺栓:常配合弹簧垫圈使用。弹簧垫圈的主要功能是提供持续的弹力补偿,依靠其开口处的弹性张力,在螺栓因振动而出现微小松动时自动回弹,从而防止螺母松脱。正因如此,弹簧垫圈多用于承受动荷载或振动环境的普通螺栓连接中。然而,高强度螺栓严禁使用弹簧垫圈。这是因为高强螺栓依靠巨大的预紧力使连接板间产生摩擦力来传递荷载,弹簧垫圈在高预紧力作用下会被完全压平,丧失弹性补偿功能,反而可能引起预紧力损失,影响连接可靠性。这一细节,现场安装人员务必牢记。
▲高强螺栓拧紧,三步走,限时完成
高强度螺栓的安装质量,很大程度上取决于拧紧工艺的规范程度。为了建立稳定可靠的预紧力,高强度螺栓的紧固必须严格执行“初拧、复拧、终拧”三步流程:
〔1〕初拧:对螺栓进行初步紧固,使连接板相互贴合,消除板缝和毛刺带来的间隙,为后续拧紧奠定基础。初拧力矩一般为终拧力矩的50%左右,具体数值以设计或产品说明书为准。
〔2〕复拧:在初拧的基础上,对螺栓进行第二次拧紧,进一步消除预紧力损失,确保各螺栓受力趋于均匀。复拧力矩通常与初拧力矩相同。
〔3〕终拧:施加最终设计要求的预紧力值,将螺栓拧紧到位。终拧是建立设计预紧力的决定性步骤,必须使用经过标定的扭矩扳手或专用工具进行,严禁凭手感估拧。
核心要求:初拧、复拧、终拧这三个步骤必须在24小时内连续完成。之所以限定时间,是因为初拧后连接板之间的预紧力会随时间发生松弛,若间隔过久,板缝可能重新错动,导致预紧力不可控。因此,24小时是一个硬性窗口期,施工组织时应合理安排作业时间,确保一气呵成。
▲拧紧顺序,确保应力均匀扩散
对于高强度螺栓群,仅仅掌握拧紧力度还不够,拧紧的先后顺序同样至关重要。正确的拧紧顺序能够保证预紧力在连接板内均匀扩散,避免应力集中导致连接件局部变形甚至损伤。具体操作原则如下:
〔1〕从螺栓群的中心区域开始拧紧,先让中心部位的螺栓受力,再逐步向外扩展。
〔2〕由中心向四周,也就是向边缘方向有序扩展,形成一个放射状的拧紧路径。
〔3〕对于大型节点或长接头,应从接头中部开始拧紧,再向两端推进,防止端部翘曲。
〔4〕对于梁柱刚接节点,一般遵循先下翼缘、后上翼缘的原则。这种顺序能够使节点受力更加均衡,减小附加弯矩的影响。
遵循上述顺序的目的,是让螺栓的预紧力在连接板内均匀扩散,避免某一区域预紧力过大而另一区域预紧力不足,从而确保整个连接节点的刚度和紧密性。
▲牢记要点
认清螺栓性能等级,牢记大于或等于8.8级即为高强度螺栓;选对垫圈类型,高强度螺栓必须使用平垫圈,严禁使用弹簧垫圈;严格执行“初拧、复拧、终拧”三步拧紧法,并确保在24小时内连续完成;按照从中心向四周的原则有序拧紧螺栓群,是确保高强度螺栓连接安全可靠的核心要素。高强度螺栓与普通螺栓看似只是数字标记不同,实际在材质、性能和施工工艺上有着天壤之别。错用普通螺栓工艺处理高强度螺栓,等同于埋下重大安全隐患,轻则造成连接松动,重则引发结构失效。施工现场人员务必把好螺栓选型、进场验收、安装拧紧的每一道关,用规范的操作守护结构安全。