高強螺栓之大六角型與扭剪型

    本文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(shù)”和“緊固軸力”兩個概念。

1. 簡單介紹

高強螺栓從外形上就容易被區(qū)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zui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(qū)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(chǔ)上開發(fā)研制的改進型產(chǎn)品。

2. 兩種螺栓的對比分析

2.1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(zhuǎn)螺母的同時可能會帶動螺桿進行“同轉(zhuǎn)”，無謂消耗扭矩值，造成無法擰緊。故將螺桿頭設(shè)計成大六角，在發(fā)生同轉(zhuǎn)的情況時，可以用普通扳手予以臨時固定，避免同轉(zhuǎn)現(xiàn)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：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(fā)生同轉(zhuǎn)現(xiàn)象。其產(chǎn)品設(shè)計的思路是：利用螺桿達到預(yù)拉力值時，材料所能承受對應(yīng)的剪力，來設(shè)計削弱梅花頭的根部截面，達到剪斷的目的。

2.2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(yù)拉力設(shè)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(shù)”

 “541”原則，是日本人在工程實踐的基礎(chǔ)上反復(fù)實驗總結(jié)出的關(guān)于扭矩值和預(yù)緊力之間的對應(yīng)關(guān)系。英國鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)進行鋼結(jié)構(gòu)教育中，很少提及“541”原則，而是直接反應(yīng)成為我們理解的“扭矩系數(shù)”：

有效的夾緊力 / 輸出總力矩 = 扭矩系數(shù) （0.11~0.14）

故“扭矩系數(shù)”是大六角高強螺栓HSFG施工的zui重要參數(shù)，為了保障大六角螺栓施工質(zhì)量，必須對扭矩系數(shù)進行測定檢驗。

扭剪型高強螺栓（TCB）施擰過程：理解“緊固軸力”

施擰過程是削弱截面的剪斷過程。在施加扭矩聚集材料內(nèi)拉應(yīng)力達到設(shè)計值（“緊固軸力”）的同時，其材料的對應(yīng)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(yù)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(zhì)量，必須對其剪斷時對應(yīng)代表的“緊固軸力”進行測定。其值應(yīng)當(dāng)符合預(yù)緊力設(shè)計值。

2.3連接副組成對比

基于國標(biāo)JGJ-82 6.1.1規(guī)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。

2.4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(guān)注梅花頭被擰斷即合格。

2.5螺栓價格對比

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

一般的扭剪型螺栓比大六角螺栓貴15%-20%。

2.6工具價格對比

國產(chǎn)的產(chǎn)品比這個便宜很多，但是在實際使用中，損壞率太高，質(zhì)量仍然不過關(guān)。

3. 結(jié)束語

    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(yōu)勢明顯。但是國內(nèi)由于受國標(biāo)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)型號的限制（僅有10.9級，zui大尺寸24M）。其核心原理理解的關(guān)鍵是掌握：“扭矩系數(shù)”和“緊固軸力“兩個概念”。