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正確認識高強螺栓——大六角型與扭剪型

來源:http://29xue.com 日期:2019-10-30 發布人:wanzhong1

  我們前面介紹了高強螺栓的定義和普通螺栓的差別。這里對高強螺栓的兩種類型進行簡單的對比,幫助大家理解其差別。其核心要義是要理解:“扭矩系數”和“緊固軸力”兩個概念。
  01.高強螺栓大六角型和扭剪型
  ★
  高強螺栓從外形上就容易被區分為大六角(Hex head ),英文簡稱為HSFG(High strength friction grid bolts)。顧名思義,大六角頭螺栓的螺帽是正六角形的,可以推斷出這是便于使用扳手固定的需要(后面我們詳細介紹),這是更初使用的高強螺栓的類型。
  扭剪型(troque shear style /Twist off bolts/),英文一般簡稱TCB(Tension control bolts)以示區別。其端部端部有梅花卡頭(spline-end),并且
  螺栓的螺帽一般是圓形(不需要使用扳手固定);是日本人在HSFG的基礎上開發研制的改進型產品。
  1外觀對比分析
  大六角型:
  六角頭螺栓使用定扭矩扳手施工,由于其施擰時并不握裹螺桿,在旋轉螺母的同時可能會帶動螺桿進行“同轉”,無謂消耗扭矩值,造成無法擰緊。故將螺桿頭設計成大六角,在發生同轉的情況時,可以用普通扳手予以臨時固定,避免同轉現象。
  定扭矩扳手伸出來的支撐桿主要是為了提供支點以確定其施加的扭矩,故如無可靠支點,扳手無法施工。

    

  扭剪型(1)*:(梅花頭)
  扭剪型螺栓使用扭剪型扳手施工,其根部使用正反向扭桿直接通過“梅花頭”夾緊螺桿本身,故施擰時不會發生同轉現象。其產品設計的思路是:利用螺桿達到預拉力值時,材料所能承受對應的剪力,來設計削弱梅花頭的根部截面,達到剪斷的目的。
  2原理對比分析
  首先必須理解:同一型號的大六角和扭剪型螺栓在正確的施工方法下可以達到的預拉力設計值是同樣的。
  大六角頭高強螺栓(HSFG)施擰過程:(理解“扭矩系數”)
  “541” 原則
  “541”原則,是日本人在工程實踐的基礎上反復實驗總結出的關于扭矩值和預緊力之間的對應關系。英國鋼結構教科書中對此進行了引用和闡述,其給出了扭矩損耗的因素。國內進行鋼結構教育中,很少提及“541”原則,而是直接反應成為我們理解的“扭矩系數”:
  有效的夾緊力 / 輸出總力矩 = 扭矩系數 (0.11~0.14) (2)*
  故“扭矩系數”是大六角高強螺栓HSFG施工的更重要參數,為了保障大六角螺栓施工質量,必須對扭矩系數進行測定檢驗。
  扭剪型高強螺栓(TCB)施擰過程:(理解“緊固軸力”)
  削弱截面的剪斷過程
  在施加扭矩聚集材料內拉應力達到設計值(“緊固軸力”)的同時,其材料的對應抗剪強度恰好能使梅花頭削弱截面擰斷。
  分析可知即便是扭剪型螺栓,也不是直接反饋螺桿中的預拉力值,而是利用抗剪能力進行了代換,其檢驗項仍然不是直接項,存在代換的誤差。
  故
  為了保障扭剪型螺栓的施工質量,必須對其剪斷時對應代表的“緊固軸力”進行測定。其值應當符合預緊力設計值。
  ★
  03.扭剪型和大六角的對比

  ★

 

  連接副組成對比
  基于國標JGJ-82 6.1.1規定,高強螺栓連接副中,大六角螺栓需要兩墊一母,扭剪型高強螺栓則要一墊一母。(3)*
  驗收方式對比
  大六角螺栓HSFG在施工之后,使用定扭矩扳手檢驗。在驗收扭剪型TCB時,關注梅花頭被擰斷即合格。
  螺栓價格對比
  根據我司天津某供貨商報價為例:
  M24*100  高強螺栓大六角頭為 5.50元一副
  M24*100  高強螺栓扭剪型為 6.41元一副
  工具價格對比
  國產的產品比這個便宜很多,但是在實際使用中,損壞率太高,質量仍然不過關。
  ★
  03.總結
  ★
  扭剪型作為大六角的改進升級版,其價格稍貴,施工,檢驗較為簡便,優勢明顯。但是國內由于受國標產品標準型號的限制(僅有10.9級,尺寸24M)。(4)*
  其核心原理理解的關鍵是掌握:“扭矩系數”和“緊固軸力“兩個概念”。
  ★
  觀點
  (1)*:根據BS EN 14399,扭剪型螺栓也可有六角頭的形式,但是根據其擰緊的原理,六角頭已經不再需要了,為節約材料,故在國標中略去了。
  (2)*:可見其扭矩系數值約為一成,符合“541”原則的結論。這里向大家介紹“541'原則的目的是,其關系到我們后面將要講到的關于什么是摩擦面的理解。
  (3)*:對于究竟使用幾個墊片,英標,美標中的規定均不同。國標取所有情況下的更安全,不需要施工人員考慮現場施工情況,只管都用上即可,反正浪費也不大。
  (4)*:在實踐中,有朋友反饋扭剪型螺栓較少運用在鐵路鋼橋,過山車等直接承受振動荷載結構中。筆者經過仔細觀察發現在國內確實是這樣的情況,但是其振動荷載一定不是限制扭剪型螺栓使用的原因。
  另有大六角螺栓便于復擰進行檢修一說也不能成立。因為各國規范均高度強調高強螺栓的一次性,即松弛以后便失效,需要更換螺栓。復擰是不被允許的。
  由于英美標準中TCB螺栓的尺寸規格遠遠大于國標的規定,例如阿布扎比現場采用英國TCB螺栓廠生產的M36,扭剪型TCB螺栓(單價高達100元以上),便是用在項目承受振動荷載的核心位置。且GB/T 3632 1.1 就直接表明扭剪型高強螺栓適用于鐵路鋼橋。
  故筆者認為是目前國內標準制作的扭剪型螺栓等級型號有限(僅有10.9級,直徑僅為M24),才是限制扭剪型螺栓在鐵路鋼橋等結構中使用的根本原因。結合我們國產“螺栓槍”的糟糕表現,可見,作為制造業大國,我們在細節產品的制備上,與先進還是有明顯的差別。

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