高强度螺栓,即高强度摩擦预紧螺栓,一直是桥梁、工程机械、船舶等行业热衷的紧固零部件,而近几年我国高强度紧固件基本依赖进口,而就在近期,年产5万吨高强度紧固件产品通过工业和信息化部严格审核考评验收并全面投产,替代进口产品,相信在不久的将来,将改变我国高强度螺栓依赖进口的卡脖子局面,为我国工业发展提供强大的后盾。
高强度螺栓,即高强度摩擦预紧螺栓,需要施以较大预紧力,一般情况下,很多人会以为,高强度螺栓使用的只是高强度的材料,但实际上,它与普通螺栓相比,核心区别是受力的形式,本质是是否施加预紧力。
高强度螺栓,高在哪?
材料强度并不是区别普通螺栓与高强度螺栓的关键。在英标和美标的规范中,高强度螺栓只有8.8级和10.9级两种,而普通螺栓却有包含有4.6,5.6,8.8,10.9,12.9等。
说到这里,有朋友就纳闷了,高强度螺栓不是材料强度更高,那到底“高”在哪里?我们以一个8.8级的M22螺栓的计算为例:普通螺栓取设计抗拉强度400kN,普通抗剪强度320kN,高强度螺栓取预紧力150kN。
高强度螺栓不是材料强度更高
通过以上的计算可以看出,相同等级的情况下,普通螺栓的抗拉强度和抗剪强度的设计值都要高于高强度螺栓。
普通螺栓和高强度螺栓工作状态下应力应变曲线
工作状态下应力应变曲线
高强度螺栓,“高”在受力,由单个螺栓的计算可知,高强度螺栓抗拉和抗剪的设计强度均低于普通螺栓。其高强实质是:正常工作时,节点不允许发生任何相对滑移,即:弹塑性变形小,节点刚度大。
可见:在给定设计节点荷载的情况下,用高强度螺栓设计的节点并不一定能节省螺栓使用数量,但是其变形小,刚度大,安全储备高。适合用主梁,等要求节点刚度较大的位置,符合“强节点,弱杆件”的基本抗震设计原理。
高强度螺栓之强,并非在于其本身的承载能力设计值,而是表现于其设计节点的刚度大,安全性能高,抗破坏的能力强。
高强度螺栓与普通螺栓的对比
高强度螺栓与普通螺栓在标准、工作原理、施工工具上有很大的差异。
高强度螺栓与普通螺栓由于设计的受力原理不同,其在施工检验方法上有极大的区别。从下图我们可以看出,同等级普通螺栓各项机械性能要求均比高强度螺栓略高,但高强度螺栓较普通螺栓多一项冲击功的验收要求。
普通螺栓和高强度螺栓的标识是对同等级螺栓现场识别的基本方法。由于英美标准中对于高强度螺栓扭矩值计算的取值并不相同,所以识别两种标准的螺栓也有必要。
最后,我们再来看一下普通螺栓与高强度螺栓的价格对比,同样是M24,L60,8.8级的高强度螺栓和普通螺栓,普通螺栓大约为高强度螺栓的70%。
从使用方法上看,普通螺栓可重复使用,高强螺栓不可重复使用。高强螺栓一般用于永久连接。建筑结构的主构件的螺栓连接,一般均采用高强度螺栓连接。
高强度螺栓分类
高强度螺栓主要分为三类,摩擦型、承压型、抗拉型。
摩擦型适用于钢框架结构梁、柱连接,实腹梁连接,工业厂房的重型吊车梁连接,制动系统和承受动荷载的重要结构的连接。
承压型可用于允许产生少量滑动的静载结构或间接承受动荷载的构件中的抗剪连接。
而抗拉型是指当螺栓受拉时,疲劳强度较低,在动载作用下,其承载能力不易超过0.6P(P为螺栓的允许轴力),因此,仅适用于静载作用下使用,如受压杆件的法兰对接、T型接头等。
为提升目前我国高强度螺栓的竞争力,各行业大力提倡发展高精尖、高强度产业,保障工业发展力,以奥展为首的国内多家不锈钢紧固件龙头企业,研发生产高精尖紧固零部件,加大在不锈钢、特殊钢,高强度、耐高温、耐腐蚀、抗干扰等性能上研发投入,推动高端精密特殊不锈钢紧固零部件产业发展。
目前,高强度螺栓在汽车领域使用比较广泛,主要使用在汽车强度连接及其重要部位,像汽车的轮毂等位置,为汽车安全稳定行驶起到无可替代的作用。