第六章美标钢结构螺栓连接副

1、第六章美标钢结构螺栓连接副自上世纪60年代开始，在世界范围内钢结构螺栓广泛使用于铁路桥梁和高层建筑、锅炉钢结构厂房及其它钢结构上，由于其结构重量和强度的合理性、使用的可靠性和安全性，各国都开始着力研究和制定了钢结构螺栓标准。美国也相继推出了钢结构螺栓和扭剪型螺栓（英寸和米制）二套系列标准，见表60。表60钢结构用螺栓连接副标准标准编号版本标准名称ASTM A3252010最小抗拉强度120/105ksi的热处理结构钢螺栓ASTM A325M2010最小抗拉强度830MPa的热处理米制钢结构钢螺栓ASTM A4902009最小抗拉强度150ksi的热处理合金结构钢螺栓ASTMA490M20111

2、0.9和10.9.3级高强度合金结构钢米制高强度螺栓ASTM F18522011钢热处理、控制抗拉强度最小120/105ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副ASTM F22802011钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副6.1ASTM A325-2010钢结构螺栓连接副 热处理 抗拉强度120/105ksi6.1.1ASTM A325M-2009最小抗拉强度830MPa的热处理米制钢结构钢螺栓标准规定了2个等级的螺栓：1型和3型，其抗拉强度均为826 MPa，相当于8.8级。1型 用中碳钢制造；2型 用低碳马氏体钢制造（已于1991年11月取消）；3

3、型 用耐大气腐蚀钢制造。A325大六角头螺栓、螺母、垫片的尺寸标准按ASME B18.2.6-2011年用于结构应用的紧固件标准（螺纹长度较普通大六角螺栓要短些），配A194或A563标准的大六角螺母。A325M米制结构钢螺栓、螺母、垫片的尺寸标准按ASME B18.2.3.7M用于结构应用的米制紧固件标准，配A563M标准的大六角螺母，见表61和表62。表61A325/A325M 螺栓与螺母性能等级匹配表A325/A325M螺栓螺母表面处理等级表面标准等级1型无涂层A563/A563MC、C3、D、DH、DH3/8S无涂层A1942H1型涂层F11363级A563/A563MDH/10S涂层

4、F11365级A1942H3型无镀层A563/A563MC3、DH3/8S3无涂层表62A325/A325M 螺栓机械性能要求等级规格抗拉强度MPa min屈服强度MPa min硬度标志A325（英寸）1/21827586C2534A32511/811/2724510C1930A325M（米制）M16M368301030600C2334A325M 8SA325钢结构螺栓的机械性能测试应按ASTM F606/606M外螺纹、内螺纹紧固件、垫圈和铆钉的机械性能的测试方法标准规定的方法进行。拉力试验用螺栓实物进行试验，并应满足规定的强度（不低于）826 MPa；其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位

5、，而头下结合处应无任何破坏痕迹。其中，保证载荷试验不是强制性的。硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。表面热镀锌可按ASTM F2329紧固件热镀锌或达克罗处理按ASTM F1136 紧固件用铬/锌防蚀镀层执行。热镀锌螺栓螺母组件必须进行旋转能力试验。试验前先在螺母上涂润滑剂，将镀锌螺栓放在轴力扭矩测试仪器中，和相配的垫圈、螺母装配在一起，至少留出35牙螺纹，先预加10%载荷的力，然后施加不少于90的保证载荷的轴力，此时按标准规定的不同长度扭转螺母相应的300°420°，见表63；在扭转螺母的过程中，螺栓不得转动。经过以上扭转能力试验后，检查应无破坏迹象。表63热镀锌螺栓旋

6、转角度螺栓长度螺母旋转角4倍直径240°4倍直径8倍直径360°8倍直径420° 破坏定义：a.旋转螺母到规定的角度时，螺母不能拆下；b.用肉眼检查，发现螺纹有剪切破环；c.螺栓扭曲破坏。如有以上现象之一，均应认为是旋转能力不合格。钢结构螺栓机械性检验标准见表64。表64钢结构螺栓机械性检验标准项目检验标准硬度ASTMF1470抗拉强度保证载荷旋转试验镀层厚度、重量表面缺陷ASTMF788/788M尺寸ASMEB18.2.6螺纹标志6.1.2ASTM A490-2011钢结构用高强度螺栓连接副ASTM A490M-201110.9和10.9.3级高强度合金结构钢米

7、制高强度螺栓标准规定了2个等级的螺栓：1型和3型，其抗拉强度均为1033 MPa。1型用合金钢制造；2型于2002年已取消；3型用耐大气腐蚀的钢制造（材料按ASTM A588A588M、A242和A709标准选用）。A490是钢结构大六角头螺栓，需配A194或A563标准的大六角螺母，见表65表66。表65A490/A490M螺栓与螺母性能等级匹配表A490/A490M螺栓螺母表面等级表面标准等级1型无涂层A563DH、DH3无涂层A1942HA563M10S1型涂层F11363级A563DH、DH3涂层F11365级A563M10S3型无镀层A563/A563MDH3/10S3无镀层表66A

8、490/A490M  螺栓机械性能等级规格抗拉强度MPa屈服强度MPa硬度标志A490（英寸）1/211/210341172586 minC3338A490A490M（米制）M16M3610401210600 minC3338A490M 10SA490钢结构用螺栓的机械性能测试应按ASTMF606M规定的方法进行。拉力试验用螺栓实物进行试验，并应满足规定的强度在10341172 MPa之间；其断裂部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位，而头下结合处应无任何破坏痕迹。同时还应做机加工标样试验，当机加工试验与实物试验有矛盾时，以实物试验为仲载试验。其中，保证载荷不是强制性的。硬度试验测定的数值应

9、在规定的范围之内。A490钢结构用螺栓应进行表面磁粉探伤，以检查表面纵向和横向裂缝。从一个批量中随机抽取一个样品，进行磁粉探伤试验，检查表面应无任何纵向和横向裂缝。英制A490钢结构螺栓、螺母、垫圈的尺寸标准见ASME B18.2.6-2007。米制A490M钢结构螺栓、螺母、垫圈的尺寸标准见ASME B18.2.3.7M。6.1.3美标扭剪型高强度螺栓美标扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副有二个标准。ASTM F1852-2011钢热处理、控制抗拉强度最小120/105ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副ASTM F2280-2011钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构

10、螺栓、螺母和垫圈连接副6.1.3.1工作原理扭剪型高强度螺栓连接付是通过其螺栓端部的突出的梅花头，承受旋转螺母时产生的扭矩反力，持续紧固直到梅花头勾槽处断裂，也就是说通过断裂扭矩来控制紧固轴力（见图24）。因此紧固件轴力的稳定是通过控制机械性能和梅花勾槽的尺寸精度，配套件的表面润滑状态却占有主导的因素，试验的环境温度也是一项不可忽视的问题。 为确保剪切轴力符合标准规定的要求，需具备如下条件： 1、机械性能。 2、作业环境和温度。 3、梅花头勾槽精度。 4、螺栓、垫圈不发生共转。 5、适当的表面润滑处理。扭剪型螺栓形式尺寸见图25，由于ASTM F1852标准版本不同，梅花齿有12齿和

11、16齿之分。6.1.3.2螺栓组件匹配因扭剪型高强度螺栓连接付具有良好的机械性能，使用方便和装配轴力可靠性高。组件包括一个轴力控制的有花键端螺栓、相配合螺母（ASTM A194 2H）和钢淬硬垫圈（ASTM F436）组成，见表67表68。表67F1852 螺栓与螺母性能等级匹配表F1852螺栓螺母垫圈等级表面标准等级标准等级1型无镀层A563DH、CF4361型（A194）2H1型机械镀锌A563DHF4361型3型无镀层A563DH3、C3F4363型表68F1852 螺栓机械性能等级规格抗拉强度MPa min屈服强度MPa min硬度F18521/21827586C253411/811/

12、2724510C19306.1.3.3试验和要求 制造者应根据标准规定的批质量要求，在出运前对单一批和组合批进行检验。如果供货的单一批不是供货者生产，那么要进行全部检查确保合格。 批的控制每一批的制造、加工、材料、炉号，装运，生产者都要作好批的过程记录和批的标识。 机械性能、化学成份的抽样方案按ASTM F1470标准要求进行，紧固轴力是检查水平C。 F1852钢结构扭剪型螺栓的机械性能测试应按ASTMF606规定的方法进行。拉力试验用螺栓实物进行，并应满足规定的强度（不低于）826 MPa；其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位，而头下结合处应无任何破坏痕迹。硬度试验测定的数值应在规定的范围

13、之内。 螺栓-螺母组件必须进行轴力试验。（试验温度为1032）将螺栓组件放在轴力测试仪器中，和相配垫圈、螺母装配在一起，至少留出35牙螺纹，先通过扳手施加扭矩所产生的轴力（约10%保证载荷）。再用电动装配工具锁住梅花键进一步施拧螺母，此时试验的垫圈和螺栓不得转动，持续拧紧直至梅花头与螺栓在沟槽处断裂。此时产生的扭紧轴力要满足表69要求。表69F1852 螺栓紧固轴力试验规格紧固轴力  磅（kN）0.5000-13 UNC13000（57.78）0.6250-11 UNC20000（88.91）0.750-10 UNC29000（128.91）0.8750-9 UNC41000（182

14、.20）1.000-8 UNC54000（240.00）1.125-7 UNC59000（262.27） 破坏迹象定义为：a.施加规定的轴力偏低或偏高，花键没有断裂；b.用肉眼检查，发现螺纹有剪切破环；c.试验紧固轴力到时螺栓断裂应发生在花键沟槽处，而不是螺纹或其它部位。6.1.3.4标志1型螺栓在头部标志“A325 TC”，包括三条相隔120°的半径线和制造者标志。3型螺栓在头部标志“A325 TC”，并在“A325 TC”下加一条横线和制造者标志。6.1.4ASTM F2280-2011钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副其机械性能相当于AS

15、TM A490标准要求，见表70表72。表70F2280 螺栓与螺母性能等级匹配表F2280螺栓螺母垫圈等级表面标准等级标准等级1型无镀层A563DHF4361型A1942H3型无镀层A563C3F4363型表71F2280 螺栓性能等级规格抗拉强度MPa保证强度MPa硬度F22801/2110331191826.00C3339表72F2280 螺栓批轴力试验规格紧固轴力  磅（kN）0.5000-13 UNC16000（71.12）0.6250-11 UNC25000（111.12N）0.750-10 UNC37000（164.47）0.8750-9 UNC51000（226.70

16、0）1.000-8 UNC67000（297.82）125-7 UNC84000（373.40） 6.1.4.1试验和要求 制造者应根据本标准规定的批质量要求，在出运前对单一批和组合批进行检验。如果供货的单一批不是供货者生产，那么要进行全部检查确保合格。 批的控制每一批的制造成、加工、材料、炉号，直致装运，生产者都要做好批的控制，并作好批的标识。 渗碳和复碳测试符合要求。 化学成份按ASTM A751规定。 机械性能的抽样按ASTM  F1470规定，轴力性能试验的检查水平C执行。 F2280钢结构扭剪型螺栓的机械性能测试应按ASTM F606规定。拉力试验用螺栓实物进行，并应满足规

17、定的强度10331191 MPa范围；拉力试验其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位，而头下结合处应无任何破坏痕迹。其中，保证载荷试验不是强制性的。硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。 螺栓-螺母组件进行轴力试验。试验温度在1032下进行。将螺栓组件放在轴力测试仪器中，和相配垫圈、螺母装配在一起，至少留出35牙螺纹，先通过扳手施加扭矩所产生的轴力（约10%保证载荷），再用电动装配工具锁住梅花键进一步施拧螺母，此时试验的垫圈和螺栓不得转动，持续拧紧直至梅花头与螺栓在沟槽处断裂。此时产生的扭紧轴力要满足表42要求。 对提交的螺栓组件要按标准中的检查水平进行纵向和横向裂缝检查。可采用磁粉检查，如检查发现有任何不合格的螺栓则进行100%的磁粉检查。如作100%的检查时可采用涡流或液体渗透进行替代检查，在有争议时是以磁粉检查作为仲载依据。6.1.4.2.型扭剪型螺栓在头部标志：1型扭剪型螺栓在头部标志“A490TC”和制造者标志。3型扭剪型螺栓在头部标志“A490TC”，并在“A490TC”下加一条横线和制造者标志。6.2美标外螺纹紧固件