高強(qiáng)度螺栓性能測(cè)試 項(xiàng)目方法介紹？
螺栓是主要的機(jī)械緊固件之一，用于連接結(jié)構(gòu)鋼和轉(zhuǎn)移 組件之間的負(fù)載。雖然在施工中使用了各種各樣的螺栓，但最常見的三種螺栓 常見的結(jié)構(gòu)螺栓包括 ASTM A307、ASTM A325 和 ASTM A490 螺栓。這些 三、A307螺栓屬于低強(qiáng)度螺栓，A325和A490螺栓屬于高強(qiáng)度螺栓 強(qiáng)度螺栓。 A307 螺栓的極限抗拉強(qiáng)度約為 45 至 60 ksi，區(qū)別于 它們來(lái)自具有極限抗拉強(qiáng)度至少兩倍的高強(qiáng)度螺栓。 雖然 A307 螺栓可以為許多應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)的解決方案，但它們的用途是 通常僅限于臨時(shí)或輕載結(jié)構(gòu)（Kulak 等人，2001 年）。 A325 螺栓由熱處理、回火、中碳鋼制成。有三種不同 A325螺栓種類：1型為中碳鋼，2型為低碳鋼 馬氏體鋼，類型 3 由耐大氣腐蝕鋼制成。每種類型是 以不同的螺栓頭標(biāo)記來(lái)區(qū)分， A325 螺栓的螺栓頭標(biāo)記 大多數(shù)規(guī)范都要求在螺栓頭和螺母上做標(biāo)記，以便它們 可以很容易地識(shí)別。
A490 螺栓的制造方式與 A325 螺栓類似，但采用合金鋼。有三種 不同類型的A490螺栓：1類螺栓由合金鋼制成，2類由低 碳馬氏體鋼和 3 型由耐大氣腐蝕鋼制成。螺栓 頭部的標(biāo)記方式與圖 2-1 中所示的 A325 螺栓相似，除了帶有 A490 標(biāo)記（Kulak 等人，2001 年）。 雖然 A325 和 A490 螺栓都是高強(qiáng)度螺栓，但 A490 螺栓顯示出更高的強(qiáng)度 機(jī)械性能，與 A325 螺栓相比，延展性更差且更昂貴。其他 兩者之間的重要區(qū)別在于，雖然 A325 螺栓可以在必要時(shí)進(jìn)行鍍鋅， 由于存在應(yīng)力腐蝕開裂和氫的風(fēng)險(xiǎn)，A490 螺栓不應(yīng)鍍鋅 脆化（Kulak 等人，2001 年）。因此，使用 A490 螺栓用于橋梁或其他高速公路 如果不禁止，結(jié)構(gòu)是非常有限的。
.螺栓連接
螺栓連接可以承受不同類型的力，包括彎曲力、剪切力、軸向力、 扭轉(zhuǎn)，或這些的任何組合。然而，在大多數(shù)情況下，連接被配置為 無(wú)論它們?nèi)绾渭虞d，螺栓都能抵抗剪切和軸向載荷。的第一步 構(gòu)建螺栓連接的過(guò)程是確定它是什么類型的連接。經(jīng)過(guò) 確定接頭類型后，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)穆菟ㄟx擇和安裝。三個(gè)最 結(jié)構(gòu)鋼中的傳統(tǒng)接頭類型是緊貼、預(yù)緊和滑動(dòng)臨界 關(guān)節(jié)。每種類型的名稱取決于如何使用連接來(lái)傳輸 整個(gè)結(jié)構(gòu)的荷載。表 2-1 總結(jié)了這些關(guān)節(jié)類型的分類。 密貼緊固接頭不需要預(yù)安裝驗(yàn)證，因?yàn)闆]有要求 與扭矩、預(yù)緊力或匝數(shù)有關(guān)。 (Criste 2012) 所有預(yù)緊接頭都以 緊貼狀態(tài)并通過(guò)誘導(dǎo)預(yù)緊力發(fā)展到規(guī)定的水平?；A(chǔ)的 用于預(yù)緊和滑動(dòng)臨界接頭的預(yù)緊方法的原則是 基本相同。盡管無(wú)論如何都會(huì)在所有連接中存在一定的滑動(dòng)阻力 在接頭類型中，并非所有連接都必須是滑動(dòng)臨界的。
之間的主要區(qū)別 預(yù)拉伸和滑動(dòng)臨界接頭將是需要準(zhǔn)備的接合面 滑動(dòng)臨界接頭，以滿足指定的滑動(dòng)阻力水平?；瑒?dòng)關(guān)鍵關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)移服務(wù) 通過(guò)螺栓連接層的摩擦阻力產(chǎn)生剪切載荷。防滑的大小 取決于存在的預(yù)緊力和接合面的粗糙度 (Criste 2012)。這 結(jié)構(gòu)連接研究委員會(huì) (RCSC) 準(zhǔn)備規(guī)范和文件 與結(jié)構(gòu)連接有關(guān)。結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)規(guī)范中的第 4.2 和 4.3 節(jié) 使用高強(qiáng)度螺栓（或美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì) (AISC) 規(guī)范） J1.10 和 J3.2) 討論何時(shí)將連接歸類為預(yù)張緊或滑動(dòng)臨界， (RCSC 2009, AISC 2011)。 一旦確定了接頭類型并選擇了合適的螺栓，就可以將接頭安裝在 符合 ASTM 和 RCSC 規(guī)范。螺栓連接的成功 很大程度上取決于螺栓的充分?jǐn)Q緊。由于螺栓的行為有點(diǎn)像彈簧， 5 適當(dāng)利用螺栓的彈性特性可以導(dǎo)致正確的擰緊。在操作中，一個(gè) 軸向預(yù)緊力施加在每個(gè)螺栓上擰緊過(guò)程。
這種軸向預(yù)載荷 張力被稱為“拉緊載荷”或“預(yù)緊力”，通常幾乎相等 大小和方向與施加在組裝件上的壓縮力相反 成分。未能達(dá)到必要的自負(fù)可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的和不受歡迎的 結(jié)構(gòu)行為，例如可能導(dǎo)致額外的關(guān)節(jié)位移增加 二階彎曲效應(yīng)或?qū)е缕谛褪АｎA(yù)緊的目的 取決于應(yīng)用程序的需求，可能包括以下內(nèi)容： • 確保組件在支撐外部負(fù)載時(shí)具有適當(dāng)?shù)膭偠?• 防止密封處泄漏 • 避免螺栓上的剪應(yīng)力 • 抵抗自發(fā)松動(dòng)效應(yīng) • 減少動(dòng)態(tài)載荷對(duì)螺栓疲勞壽命的影響（Dalal 和 Thakur 2013） 可以將螺栓擰緊到所需的初始預(yù)緊力，以便將連接的部件牢牢固定 在螺栓和螺母頭之間連接在一起，不允許在接口處滑動(dòng)。鋼墊圈 可用于連接以將夾緊力均勻分布在螺栓連接表面上并 防止螺栓的螺紋部分壓在連接部件上。這 接觸的表面必須沒有氧化皮、鐵銹、油漆、油脂和其他障礙物。 RSCS 規(guī)定最小預(yù)緊力設(shè)置為規(guī)定抗拉強(qiáng)度的 70% 緊固件（例如，ASTM A325 和 A490）。預(yù)緊和預(yù)緊的最小螺栓預(yù)緊 滑動(dòng)臨界接頭可在 RSCS 規(guī)范 (RCSC 2009) 的表 8.1 或表中找到 AISC 規(guī)范 (AISC 2011) 的 J3.1。 AISC 和 RCSC 都不推薦 使用規(guī)定的扭矩值作為施加必要預(yù)緊力的有效方法（Criste 2012）。 這是因?yàn)榻M件內(nèi)的摩擦系數(shù)可能會(huì)顯著增加 因項(xiàng)目而異（甚至在項(xiàng)目中使用的緊固件之間）并且 對(duì)應(yīng)于預(yù)緊力的扭矩變化很大程度上取決于螺紋配合、螺母表面 狀況、與螺母相鄰的握把表面狀況以及其他因素（Criste 2012）。一 例外情況是使用校準(zhǔn)扳手方法，這將進(jìn)一步 本報(bào)告稍后介紹。雖然校準(zhǔn)扳手方法是一種基于扭矩的方法，但它 被 RSCS 認(rèn)可為高強(qiáng)度螺栓緊固的合適方法，因?yàn)?通過(guò)測(cè)量安裝的預(yù)緊力和預(yù)安裝來(lái)確定所需的扭矩 在實(shí)際安裝之前進(jìn)行驗(yàn)證。該規(guī)范要求 每天或任何條件改變時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.3.螺栓緊固方法
典型的螺栓組件由外螺紋螺釘（稱為螺栓）和螺母組成。如果一個(gè) 使用墊圈，它也成為組件的重要組成部分。每個(gè)組件都應(yīng)該是 符合適當(dāng)?shù)?ASTM 國(guó)際規(guī)范，以確保強(qiáng)度和 每個(gè)部分的質(zhì)量。獲得所需的螺栓預(yù)緊力始終是最初的目標(biāo) 每個(gè)連接的組裝。螺栓連接的常見問題之一是不足 預(yù)緊力，這可能是由于選擇了不合適的擰緊方法造成的。工程師了解所用方法的特點(diǎn)和特性是很重要的，因?yàn)?預(yù)緊的精度和準(zhǔn)確度可能取決于所選的方法。簡(jiǎn)要說(shuō)明 以下各節(jié)介紹了各種螺栓緊固技術(shù)。
2.3.1.轉(zhuǎn)矩控制方式
扭矩控制擰緊是螺栓連接裝配和使用最廣泛的方法之一。 已知在較低水平的預(yù)緊力下特別有效。使用這種方法，螺栓是 在彈性極限內(nèi)擰緊，即螺栓的伸長(zhǎng)率和軸向拉力為 成比例，當(dāng)達(dá)到選定的峰值扭矩時(shí)，螺栓擰緊過(guò)程停止 到達(dá)。螺栓擰緊所需的標(biāo)稱扭矩可以從現(xiàn)有的 扭矩規(guī)格表（俗稱螺栓扭矩表）或通過(guò)直接研究 施加的扭矩和由此產(chǎn)生的螺栓張力之間的關(guān)系。在收緊過(guò)程中， 螺栓的柄部承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和伸長(zhǎng)率。大多數(shù)扭矩規(guī)格表忽略 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力并在螺紋中承擔(dān)直接應(yīng)力，在大多數(shù)情況下，70% 到 75% 螺栓屈服應(yīng)力（Bolt Science Limited 2015）。
雖然扭矩控制和操作可能比其他方法相對(duì)容易，但 與扭矩控制方法相關(guān)的基本缺點(diǎn)是扭矩預(yù)緊力 關(guān)系對(duì)組件的摩擦特性高度敏感（例如，頭下軸承 摩擦、螺紋摩擦）。估計(jì)消耗了大約 90% 的輸入扭矩 克服擰緊螺紋緊固件過(guò)程中的底部軸承和螺紋摩擦 （孟 2008 年）。即使摩擦條件的微小變化也可能導(dǎo)致顯著差異 螺栓預(yù)緊力（高達(dá)約 ±50%）（G?ran 2003）。這種變化可能太大 在關(guān)鍵應(yīng)用中使用此方法。然而，這種影響可以通過(guò)使用 可以涂在緊固件上以減少摩擦變化的摩擦穩(wěn)定劑。 影響扭矩-預(yù)緊關(guān)系的其他因素包括使用的材料、接頭和 緊固件幾何形狀、表面光潔度、螺紋類型、熱處理、潤(rùn)滑和電鍍，以及 有時(shí)是收緊速度（Meng 2008）。
2.3.2.角度控制方式
角度控制擰緊是一種將螺栓擰緊到超過(guò)規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)的方法。 一個(gè)初始條件。一般來(lái)說(shuō)，包括兩個(gè)步驟。首先，用螺栓擰緊螺栓 直到達(dá)到螺栓極限強(qiáng)度的大約 70% 到 75% （比克福德 2007 年）。第一次擰緊后，增加規(guī)定的旋轉(zhuǎn)。這個(gè)額外的回合 拉長(zhǎng)螺栓，從而產(chǎn)生螺栓張力。所需的預(yù)緊力是通過(guò) 擰緊螺栓超過(guò)屈服點(diǎn)。在屈服點(diǎn)上擰緊會(huì)導(dǎo)致預(yù)緊力 受摩擦的影響比彈性擰緊（即扭矩控制 收緊）。緊固件的屈服特性決定了預(yù)緊力及其變化， 通常小于 ±10%（Zhang 等人，2012 年）。但是，這種方法需要精確的 確定要旋轉(zhuǎn)的角度，因?yàn)橛锌赡苡捎谑聦?shí)而過(guò)度擰緊 彈性區(qū)域的旋轉(zhuǎn)角度通常很小。
2.3.3.產(chǎn)量控制方法
也稱為聯(lián)合控制擰緊，螺栓擰緊屈服的概念是第一個(gè) 大約 50 年前由美國(guó)鐵路協(xié)會(huì) (AAR) 引入（Meng 2008）。 這種方法需要測(cè)量擰緊過(guò)程中施加的扭矩和旋轉(zhuǎn)。它 無(wú)論擰緊的幅度如何，都依賴于材料特性來(lái)停止擰緊過(guò)程 施加的扭矩。典型的擰緊系統(tǒng)由兩部分組成： 測(cè)量扭矩和角度以及具有產(chǎn)量計(jì)算功能的控制器。系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)超過(guò)初始閾值的關(guān)節(jié)扭矩-角度特征的彈性斜率 扭矩，并在檢測(cè)到斜率變化時(shí)停止擰緊過(guò)程，這表明 物質(zhì)屈服的開始。由于擰緊屈服在螺栓上產(chǎn)生很小的差異 張力與扭矩控制或角度控制方法相比，它允許實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的 夾緊力和最小螺栓伸長(zhǎng)率超過(guò)屈服，無(wú)需校準(zhǔn)。
雖然在量產(chǎn)中經(jīng)常采用良率控制收緊方法 在汽車裝配廠等應(yīng)用中，其使用僅限于具有韌性的螺栓 “長(zhǎng)”塑性伸長(zhǎng)區(qū)。應(yīng)避免擰緊螺栓以屈服于脆性螺栓 （孟 2008 年）。
2.3.4.伸長(zhǎng)（或拉伸）控制方法 伸長(zhǎng)（或拉伸）控制方法的基本原理是將張力展開 螺栓內(nèi)部與其伸長(zhǎng)率直接相關(guān)（Bickford 2007）。當(dāng)將扭矩施加到 螺栓連接，螺栓被拉伸直到達(dá)到必要的夾緊力或預(yù)緊力 發(fā)達(dá)。可以通過(guò)控制施加的載荷來(lái)獲得螺栓中必要的預(yù)緊力 到正在擰緊的螺栓。為了避免與摩擦有關(guān)的某些錯(cuò)誤，一些行業(yè)利用 在不施加扭矩的情況下拉長(zhǎng)螺栓的方法。主要影響因素 螺栓伸長(zhǎng)率和螺栓張力之間的關(guān)系與軸向有關(guān) 螺栓的剛度 （Meng 2008），可以通過(guò)進(jìn)行簡(jiǎn)單的拉伸試驗(yàn)來(lái)確定 測(cè)量螺栓的載荷-伸長(zhǎng)率。
預(yù)計(jì)預(yù)緊力會(huì)小幅降低，因?yàn)?螺母在施加的載荷下也會(huì)彈性變形。螺栓的準(zhǔn)確性和可靠性 螺栓緊固的伸長(zhǎng)法需要測(cè)量螺栓長(zhǎng)度的變化 高精度（Meng 2008）。這可以通過(guò)使用螺栓伸長(zhǎng)測(cè)量來(lái)完成 千分尺、量規(guī)螺釘、量規(guī)桿螺栓或超聲波裝置。 液壓張緊裝置的使用對(duì)于伸長(zhǎng)率控制方法是相當(dāng)普遍的 （類似于鋼索的后張拉）。
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