高强度螺栓性能测试 项目方法介绍？

螺栓是主要的机械紧固件之一，用于连接结构钢和转移 组件之间的负载。虽然在施工中使用了各种各样的螺栓，但最常见的三种螺栓 常见的结构螺栓包括 ASTM A307、ASTM A325 和 ASTM A490 螺栓。这些 三、A307螺栓属于低强度螺栓，A325和A490螺栓属于高强度螺栓 强度螺栓。 A307 螺栓的极限抗拉强度约为 45 至 60 ksi，区别于 它们来自具有极限抗拉强度至少两倍的高强度螺栓。 虽然 A307 螺栓可以为许多应用提供经济的解决方案，但它们的用途是 通常仅限于临时或轻载结构（Kulak 等人，2001 年）。 A325 螺栓由热处理、回火、中碳钢制成。有三种不同 A325螺栓种类：1型为中碳钢，2型为低碳钢 马氏体钢，类型 3 由耐大气腐蚀钢制成。每种类型是 以不同的螺栓头标记来区分， A325 螺栓的螺栓头标记 大多数规范都要求在螺栓头和螺母上做标记，以便它们 可以很容易地识别。

     A490 螺栓的制造方式与 A325 螺栓类似，但采用合金钢。有三种 不同类型的A490螺栓：1类螺栓由合金钢制成，2类由低 碳马氏体钢和 3 型由耐大气腐蚀钢制成。螺栓 头部的标记方式与图 2-1 中所示的 A325 螺栓相似，除了带有 A490 标记（Kulak 等人，2001 年）。 虽然 A325 和 A490 螺栓都是高强度螺栓，但 A490 螺栓显示出更高的强度 机械性能，与 A325 螺栓相比，延展性更差且更昂贵。其他 两者之间的重要区别在于，虽然 A325 螺栓可以在必要时进行镀锌， 由于存在应力腐蚀开裂和氢的风险，A490 螺栓不应镀锌 脆化（Kulak 等人，2001 年）。因此，使用 A490 螺栓用于桥梁或其他高速公路 如果不禁止，结构是非常有限的。

.螺栓连接

    螺栓连接可以承受不同类型的力，包括弯曲力、剪切力、轴向力、 扭转，或这些的任何组合。然而，在大多数情况下，连接被配置为 无论它们如何加载，螺栓都能抵抗剪切和轴向载荷。的第一步 构建螺栓连接的过程是确定它是什么类型的连接。经过 确定接头类型后，可以进行适当的螺栓选择和安装。三个最 结构钢中的传统接头类型是紧贴、预紧和滑动临界 关节。每种类型的名称取决于如何使用连接来传输 整个结构的荷载。表 2-1 总结了这些关节类型的分类。 密贴紧固接头不需要预安装验证，因为没有要求 与扭矩、预紧力或匝数有关。 (Criste 2012) 所有预紧接头都以 紧贴状态并通过诱导预紧力发展到规定的水平。基础的 用于预紧和滑动临界接头的预紧方法的原则是 基本相同。尽管无论如何都会在所有连接中存在一定的滑动阻力 在接头类型中，并非所有连接都必须是滑动临界的。

    之间的主要区别 预拉伸和滑动临界接头将是需要准备的接合面 滑动临界接头，以满足指定的滑动阻力水平。滑动关键关节转移服务 通过螺栓连接层的摩擦阻力产生剪切载荷。防滑的大小 取决于存在的预紧力和接合面的粗糙度 (Criste 2012)。这 结构连接研究委员会 (RCSC) 准备规范和文件 与结构连接有关。结构节点规范中的第 4.2 和 4.3 节 使用高强度螺栓（或美国钢结构协会 (AISC) 规范） J1.10 和 J3.2) 讨论何时将连接归类为预张紧或滑动临界， (RCSC 2009, AISC 2011)。 一旦确定了接头类型并选择了合适的螺栓，就可以将接头安装在 符合 ASTM 和 RCSC 规范。螺栓连接的成功 很大程度上取决于螺栓的充分拧紧。由于螺栓的行为有点像弹簧， 5 适当利用螺栓的弹性特性可以导致正确的拧紧。在操作中，一个 轴向预紧力施加在每个螺栓上拧紧过程。

    这种轴向预载荷 张力被称为“拉紧载荷”或“预紧力”，通常几乎相等 大小和方向与施加在组装件上的压缩力相反 成分。未能达到必要的自负可能会导致严重的和不受欢迎的 结构行为，例如可能导致额外的关节位移增加 二阶弯曲效应或导致疲劳型失效。预紧的目的 取决于应用程序的需求，可能包括以下内容： • 确保组件在支撑外部负载时具有适当的刚度 • 防止密封处泄漏 • 避免螺栓上的剪应力 • 抵抗自发松动效应 • 减少动态载荷对螺栓疲劳寿命的影响（Dalal 和 Thakur 2013） 可以将螺栓拧紧到所需的初始预紧力，以便将连接的部件牢牢固定 在螺栓和螺母头之间连接在一起，不允许在接口处滑动。钢垫圈 可用于连接以将夹紧力均匀分布在螺栓连接表面上并 防止螺栓的螺纹部分压在连接部件上。这 接触的表面必须没有氧化皮、铁锈、油漆、油脂和其他障碍物。 RSCS 规定最小预紧力设置为规定抗拉强度的 70% 紧固件（例如，ASTM A325 和 A490）。预紧和预紧的最小螺栓预紧 滑动临界接头可在 RSCS 规范 (RCSC 2009) 的表 8.1 或表中找到 AISC 规范 (AISC 2011) 的 J3.1。 AISC 和 RCSC 都不推荐 使用规定的扭矩值作为施加必要预紧力的有效方法（Criste 2012）。 这是因为组件内的摩擦系数可能会显着增加 因项目而异（甚至在项目中使用的紧固件之间）并且 对应于预紧力的扭矩变化很大程度上取决于螺纹配合、螺母表面 状况、与螺母相邻的握把表面状况以及其他因素（Criste 2012）。一 例外情况是使用校准扳手方法，这将进一步 本报告稍后介绍。虽然校准扳手方法是一种基于扭矩的方法，但它 被 RSCS 认可为高强度螺栓紧固的合适方法，因为 通过测量安装的预紧力和预安装来确定所需的扭矩 在实际安装之前进行验证。该规范要求 每天或任何条件改变时进行校准。

2.3.螺栓紧固方法

    典型的螺栓组件由外螺纹螺钉（称为螺栓）和螺母组成。如果一个 使用垫圈，它也成为组件的重要组成部分。每个组件都应该是 符合适当的 ASTM 国际规范，以确保强度和 每个部分的质量。获得所需的螺栓预紧力始终是最初的目标 每个连接的组装。螺栓连接的常见问题之一是不足 预紧力，这可能是由于选择了不合适的拧紧方法造成的。工程师了解所用方法的特点和特性是很重要的，因为 预紧的精度和准确度可能取决于所选的方法。简要说明 以下各节介绍了各种螺栓紧固技术。

2.3.1.转矩控制方式

    扭矩控制拧紧是螺栓连接装配和使用最广泛的方法之一。 已知在较低水平的预紧力下特别有效。使用这种方法，螺栓是 在弹性极限内拧紧，即螺栓的伸长率和轴向拉力为 成比例，当达到选定的峰值扭矩时，螺栓拧紧过程停止 到达。螺栓拧紧所需的标称扭矩可以从现有的 扭矩规格表（俗称螺栓扭矩表）或通过直接研究 施加的扭矩和由此产生的螺栓张力之间的关系。在收紧过程中， 螺栓的柄部承受扭转应力和伸长率。大多数扭矩规格表忽略 扭转应力并在螺纹中承担直接应力，在大多数情况下，70% 到 75% 螺栓屈服应力（Bolt Science Limited 2015）。

     虽然扭矩控制和操作可能比其他方法相对容易，但 与扭矩控制方法相关的基本缺点是扭矩预紧力 关系对组件的摩擦特性高度敏感（例如，头下轴承 摩擦、螺纹摩擦）。估计消耗了大约 90% 的输入扭矩 克服拧紧螺纹紧固件过程中的底部轴承和螺纹摩擦 （孟 2008 年）。即使摩擦条件的微小变化也可能导致显着差异 螺栓预紧力（高达约 ±50%）（G?ran 2003）。这种变化可能太大 在关键应用中使用此方法。然而，这种影响可以通过使用 可以涂在紧固件上以减少摩擦变化的摩擦稳定剂。 影响扭矩-预紧关系的其他因素包括使用的材料、接头和 紧固件几何形状、表面光洁度、螺纹类型、热处理、润滑和电镀，以及 有时是收紧速度（Meng 2008）。

 2.3.2.角度控制方式

     角度控制拧紧是一种将螺栓拧紧到超过规定转数的方法。 一个初始条件。一般来说，包括两个步骤。首先，用螺栓拧紧螺栓 直到达到螺栓极限强度的大约 70% 到 75% （比克福德 2007 年）。第一次拧紧后，增加规定的旋转。这个额外的回合 拉长螺栓，从而产生螺栓张力。所需的预紧力是通过 拧紧螺栓超过屈服点。在屈服点上拧紧会导致预紧力 受摩擦的影响比弹性拧紧（即扭矩控制 收紧）。紧固件的屈服特性决定了预紧力及其变化， 通常小于 ±10%（Zhang 等人，2012 年）。但是，这种方法需要精确的 确定要旋转的角度，因为有可能由于事实而过度拧紧 弹性区域的旋转角度通常很小。

2.3.3.产量控制方法

     也称为联合控制拧紧，螺栓拧紧屈服的概念是第一个 大约 50 年前由美国铁路协会 (AAR) 引入（Meng 2008）。 这种方法需要测量拧紧过程中施加的扭矩和旋转。它 无论拧紧的幅度如何，都依赖于材料特性来停止拧紧过程 施加的扭矩。典型的拧紧系统由两部分组成： 测量扭矩和角度以及具有产量计算功能的控制器。系统 监测超过初始阈值的关节扭矩-角度特征的弹性斜率 扭矩，并在检测到斜率变化时停止拧紧过程，这表明 物质屈服的开始。由于拧紧屈服在螺栓上产生很小的差异 张力与扭矩控制或角度控制方法相比，它允许实现准确的 夹紧力和最小螺栓伸长率超过屈服，无需校准。

     虽然在量产中经常采用良率控制收紧方法 在汽车装配厂等应用中，其使用仅限于具有韧性的螺栓 “长”塑性伸长区。应避免拧紧螺栓以屈服于脆性螺栓 （孟 2008 年）。

 2.3.4.伸长（或拉伸）控制方法 伸长（或拉伸）控制方法的基本原理是将张力展开 螺栓内部与其伸长率直接相关（Bickford 2007）。当将扭矩施加到 螺栓连接，螺栓被拉伸直到达到必要的夹紧力或预紧力 发达。可以通过控制施加的载荷来获得螺栓中必要的预紧力 到正在拧紧的螺栓。为了避免与摩擦有关的某些错误，一些行业利用 在不施加扭矩的情况下拉长螺栓的方法。主要影响因素 螺栓伸长率和螺栓张力之间的关系与轴向有关 螺栓的刚度  （Meng 2008），可以通过进行简单的拉伸试验来确定 测量螺栓的载荷-伸长率。

     预计预紧力会小幅降低，因为 螺母在施加的载荷下也会弹性变形。螺栓的准确性和可靠性 螺栓紧固的伸长法需要测量螺栓长度的变化 高精度（Meng 2008）。这可以通过使用螺栓伸长测量来完成 千分尺、量规螺钉、量规杆螺栓或超声波装置。 液压张紧装置的使用对于伸长率控制方法是相当普遍的 （类似于钢索的后张拉）。