普通螺栓vs高強螺栓，透過公式看本質

螺拴的拉力怎麼計算

文/炫光 甲級設計院結構專業負責人 國家一級註冊結構工程師

文章首發：點築結構 w x ID：kjve001

（原創作品 轉載請註明出處）

今天的問題如下：

問：

“17版新鋼規第120頁：第11。4。3條：

高強度螺栓承壓型連線應按下列規定計算：

1、承壓型連線的高強度螺栓預拉力P的施擰工藝和設計值取值應與摩擦型高強螺栓相同；

2、承壓型連線中每個高強度螺栓的受剪承載力設計值，其計算方法

與普通螺栓相同

，但當計算剪切面在螺紋處時，其受剪承載力設計值應按螺紋處的有效截面積進行計算；

3、在杆軸受拉的連線中，每個高強度螺栓的受拉承載力設計值的計算方法

與普通螺栓相同

。

4、同時承受剪力和杆軸方向拉力的承壓型連線，承載力應符合下式的要求：

式中：Nv、Nt——所計算的某個高強度螺栓所承受的剪力和拉力

Nvb、Ntb、Ncb——一個高強度螺栓

按普通螺栓計算時的受剪、受拉和承壓承載力設計值

那麼問題來了：

1、為什麼高強螺栓承壓型受剪、受拉、受壓承載力都按照普通螺栓？

2、那我還買高強螺栓幹什麼？直接用普通螺栓不就好了嘛！

提問者：勤奮好學的小強

……………………………………………………。分割線以下是回答………………………………………………………………。。

答：

先說結論：

“高強”或許高強，“普通”未必普通。

僅從字面上去理解，認為“普通”螺栓一定是百搭又便宜，這是一個思維的誤區。現在，我們透過對比一下普通螺栓、高強螺栓摩擦型、高強螺栓承壓型這3種螺栓的區別，來走出這個誤區。

高強螺栓

1、普通螺栓與高強螺栓的區別：

區別在於：

預拉力。

普通螺栓連線依靠杆身承壓和抗剪來傳遞剪力，在扭緊螺帽時螺栓產生的預拉力很小，其影響不予考慮；高強螺栓透過扭緊螺帽，給螺栓施加很大的預拉力，使被連線件接觸面之間產生擠壓力，因而垂直於螺桿方向有很大摩擦力，依靠這種摩擦力來傳遞連線剪力。一番操作之下，高強螺栓可以達到超過普通螺栓的承載力，因而可以勝任更加重要的工作。

2、高強螺栓摩擦型、承壓型的區別

區別在於：

失效機理

。

對比《鋼結構設計標準》第11。4。2和11。4。3條就可以發現，高強螺栓摩擦型是有摩擦係數的，而高強螺栓承壓型沒有摩擦係數。這是因為：對於摩擦型螺栓，摩擦力即承載力。當剪力超過摩擦力時，即發生錯動，此時即認為螺栓失效；而對於承壓型螺栓，它的摩擦力存在，但可以不明確摩擦係數，當剪力超過摩擦力後發生很小的位移，但是對於一些位移要求不高的節點，可以認為這1~2mm的位移不算失效。這是它們同作為高強螺栓的本質區別。即失效機理的區別。

對拉螺栓

3、高強螺栓承壓型和普通螺栓的相同點

相同點為：

破壞機理。

上面說到：高強螺栓承壓型是允許一定位移的，它不以滑動而是以連線破壞作為承載能力極限狀態，這無疑使它相比高強螺栓摩擦型具備更大的潛能。

而普通螺栓的失效機理是什麼？普通螺栓是以滑動為極限狀態嗎？明顯不是。普通螺栓的計算公式（鋼標11。4。1）是強度*面積。普通螺栓才是真正以連線破壞為承載能力極限狀態的鼻祖。

那麼第1個問題得到解決：就失效機理來說： 高強承壓型和普通螺栓是相同的，都是以連線破壞為承載力極限狀態。而規範先給出了普通螺栓的計算公式，所以高強承壓型螺栓——這個後出現的概念，就抄了前面普通螺栓的作業。

4、高強螺栓承壓型和普通螺栓的不同點

不同點為：

抗剪機理。

高強螺栓承壓型的承載力是用普通螺栓的公式算出來的。看起來似乎沒有多大的優越性？我為啥不直接用普通螺栓呢，還可以省個預拉力呢。

要解決這個疑問，必須認識到

另一個概念的區別：即抗剪機理的區別。

對高強螺栓承壓型，因為預拉力的存在，螺栓被頂緊防松，外力來時形成摩擦阻力，這是它抗剪的第一道防線（可以將這一狀態理解為正常使用狀態）。外力超過摩擦力後，改為螺栓自身抗剪直至破壞，這是第二道防線。因為材料、直徑等其他因素的不同，破壞機理相同也不代表它們的承載力就相同。高強螺栓無疑承載力更高。

對普通螺栓，沒有預拉力，摩擦力很小，忽略不計，只能透過螺栓和孔洞之間的壓力形成抗剪承載力。

高強螺栓承壓型由於2道防線的加持使得它更加有恃無恐。孔徑賊大也沒有關係，反正有摩擦力在。而普通螺栓就不行了，孔徑必須很小。因為它只有這一道防線。

第一道防線，往往是不可逆的，混凝土，鋼結構都是如此。

孔徑的大小，決定了鋼結構安裝的精度。也影響了經濟性。一般普通螺栓的孔徑往往要求比螺栓直徑大僅僅零點幾毫米。而高強螺栓的孔徑往往可以比螺栓直徑大1~2個毫米。後者無疑降低精度，更好安裝、節約人力成本。

所以，第2個問題的回答就是：普通螺栓自身工藝相對簡單（沒有預拉力的步驟）、承載力低、延性差、精度要求高，高強螺栓承壓型自身工藝相對複雜，承載力高，延性好，精度要求低。

而公式，只能反映它們最終的破壞機理相同，不能反映它們在過程中的其他狀態。

5、延伸

鋼標11。5。4-3規定：

高強螺栓承壓型不應用於直接承受動力荷載的結構

。

這是因為，高強螺栓承壓型的剪下變形比摩擦型的大，所以只適合承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結構。另外，高強螺栓承壓型在荷載設計值作用下將產生反向滑移，也不宜用於承受反向內力的連線。

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