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高強螺栓是我們鋼結構施工中最普遍常見的施工內容，所有鋼結構工程師都會覺得熟悉的不能再熟悉。然而事實可能并非如此，我們從最基本的概念的入手，帶你重新認識高強螺栓，可能會顛覆你最基本的認識。
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; Y' ]; A1 t+ {, M( r! K0 l$ J01.什么是高強螺栓
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$ R* H# k. X7 P- E+ o' h4 \+ c 高強螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強度摩擦預緊螺栓，英文簡稱：HSFG。可見，我們中文施工中所說的高強螺栓是高強度摩擦預緊螺栓的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了“摩擦（Friction）”“預緊（Grip）”兩個詞，卻造成了許多工程技術人員對高強螺栓基本定義的理解，產生了誤區。 3 d2 P+ O9 }* d7 s8 `* C
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顛覆一： % U4 ~; e* F; H1 G' G
. W3 j& o/ T" u$ x: D [誤區：材料等級超過8.8級的螺栓，就是”高強螺栓“。
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6 D9 R+ H/ h0 [& f 高強螺栓和普通螺栓的核心區別并不在于使用材料的強度，而是受力的形式。本質是是否施加預緊力，并利用靜摩擦力抗剪。（1）*
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實際上在英標規范，美標規范中提到的高強螺栓（HSFG BOLT）只有8.8級和10.9級兩種（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺栓卻有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11款表2）；由此可見，材料強度高低并不是區別高強螺栓與普通螺栓的關鍵。
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02.正確理解“高強”，強在何處 9 ?4 |7 p. b8 o8 o8 }1 h5 P
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按照GB50017，計算單個普通螺栓（B類）8.8級和高強螺栓8.8級抗拉及抗剪強度。' {* [) z0 j7 w/ q! w' k4 v O
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通過計算我們可以看到，相同等級的情況下，普通螺栓的抗拉強度和抗剪強度的設計值都要高于高強螺栓。 （2）*3 R# D/ I6 h4 i+ v' U
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那么高強螺栓，“強”在哪里？
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5 J5 R+ P" R _' ]4 y8 N' z 為回答這一個問題，必須從兩種螺栓的設計工作狀態入手，研究其彈塑性變形的規律，并理解到設計破壞時的極限狀態。
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普通螺栓和高強螺栓工作狀態下應力應變曲線
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設計破壞時的極限狀態
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普通螺栓：螺桿本身發生超過設計允許的塑性變形，螺桿被剪壞。
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普通螺栓連接，開始承受剪力前連接板間就會發生相對滑移，繼而螺栓桿和連接板接觸，發生彈塑性形變，承受剪力。 & [! Y, ~( U6 M
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3 s- U5 d" R2 ^" T9 |6 e0 I# D% U9 E高強螺栓：有效摩擦面間的靜摩擦力被攻克，兩塊鋼板發生相對位移，設計考量上即為破壞。
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- C7 w" `3 o5 X: x9 p/ [高強螺栓連接，摩擦力首先承受剪力，當荷載增大到摩擦力不足以抵抗剪力，靜摩擦力被攻克，連接板發生相對滑移（極限狀態）。但此時雖然破壞，但螺栓桿與連接板發生接觸，依然可以利用其本身的彈塑性形變，承受剪力。 （3）
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1 l3 v, X+ I) M0 a2 {' g/ v. q 顛覆二：
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誤區：高強螺栓的承載能力高于普通螺栓，是為”高強“。 : m2 E- Z. |: ]/ I
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由單個螺栓的計算可知，高強螺栓抗拉和抗剪的設計強度均低于普通螺栓。其高強實質是：正常工作時，節點不允許發生任何相對滑移，即：彈塑性變形小，節點剛度大。
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+ T5 T1 s5 L$ B8 T+ i3 b 可見：在給定設計節點荷載的情況下，用高強螺栓設計的節點并不一定能節省螺栓使用數量，但是其變形小，剛度大，安全儲備高。適合用主梁，等要求節點剛度較大的位置，符合“強節點，弱桿件”的基本抗震設計原理。
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高強螺栓之強，并非在于其本身的承載能力設計值，而是表現于其設計節點的剛度大，安全性能高，抗破壞的能力強。
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: ?* [$ Z$ n. g" k5 W- d9 n03.高強螺栓的對比7 d8 _* H2 C6 [
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# j4 O6 u( s# e5 d8 D& z' [* r/ m 普通螺栓和高強螺栓由于其設計的受力原理不同，其在施工檢驗方法上有極大的區別。
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' g# f, t2 L9 z: Q 同等級普通螺栓各項機械性能要求均比高強螺栓略高，但高強螺栓較普通螺栓多一項沖擊功的驗收要求。
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標識樣式對比
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" O% ~% P/ T; G/ Q. _ _& h 普通螺栓和高強螺栓的標示是對同等級螺栓現場識別的基本方法。由于英美標準中對于高強螺栓扭矩值計算的取值并不相同，所以識別兩種標準的螺栓也有必要。
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價格對比
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n/ b! V9 R$ @4 q# C9 B高強螺栓：（M24，L60，8.8級）+ [, l5 V" T7 v2 K3 \0 [6 p6 O
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6 |. ?+ J" _* N. b8 `1 _5 h, V' c' ~普通螺栓：（M24，L60，8.8級）
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可見普通螺栓大約為高強螺栓價格的70%，結合其驗收要求的對比，可以得出，其溢價部分就應該是為了保證材料的沖擊功（韌性）性能。0 D' Z6 _( E9 S
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04.總結 / B! G0 g: M+ L* E
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對于一個看似簡單的問題，想要從本質上深入，全面，正確的理解，也并不是一件簡單的事情。高強螺栓和普通螺栓的定義，含義，深意的區別，是我們正確理解，運用高強螺栓，并進行施工管理的基礎前提。 / l" k, ^; K, S* I7 `6 |
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觀點: 3 [$ Y6 F0 l! n+ w# H% I: Y
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（1）*：在有些鋼結構的書中確實有提出，高強螺栓是指強度超過8.8級的螺栓。對于這種觀點，首先英美標準是不支持的，沒有針對某種特定強度等級來界定“強”與“弱”。其次，也并不符合我們工作中提及的“高強螺栓”。 $ p* }0 j4 @. k
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（2）*：為便于對比，此處不考慮復雜螺栓群的受力情況。
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4 Z) _: a0 v. t9 k) i8 T（3）*：承壓型高強螺栓在設計時也考慮了螺桿的承壓受力，將在后面的“高強螺栓承壓型和摩擦型對比“中進行詳細介紹。
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發表于 2018-8-22 14:58:58
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