ISO 189542026 钢结构 结构螺栓连接 确定螺栓紧固程序参数的试验方法标准立项发展报告

钢结构结构螺栓连接确定螺栓紧固程序参数的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Steelstructures—Structuralbolting—Testmethodtodetermineparametersofbolttighteningprocedures摘要随着现代钢结构工程向大跨度、超高层及复杂造型方向快速发展，高强度螺栓连接作为钢结构安装中的关键节点形式，其紧固质量直接关系到整体结构的安全性与耐久性。然而，工程实践中普遍存在的螺栓紧固离散性大、预紧力控制精度不足、不同规范间试验方法不统一等问题，已成为制约施工质量提升的重要瓶颈。ISO18954:2026《钢结构结构螺栓连接确定螺栓紧固程序参数的试验方法》正是在这一背景下由国际标准化组织正式发布的专项技术标准。本报告系统梳理了该标准的编制背景、技术框架与核心内容，深入分析了其在试验原理、参数标定及程序验证等方面的关键技术指标，并重点介绍了标准主要起草单位——中交第二航务工程局有限公司在标准研制过程中的技术贡献与工程实践基础。报告认为，ISO18954:2026的发布填补了国际标准体系中钢结构螺栓紧固程序试验方法领域的空白，为全球钢结构施工提供了统一的技术依据，对推动行业技术进步和质量提升具有深远意义。未来，随着智能紧固技术和数字化管理手段的深度融合，该标准将持续发挥基础性引领作用。关键词：钢结构；螺栓连接；紧固程序；试验方法；预紧力控制；国际标准一、引言1.1研究背景钢结构因其强度高、自重轻、工业化程度高、绿色可循环等显著优势，已成为现代建筑工程、桥梁工程、大型工业设施及能源基础设施中应用最为广泛的结构形式之一。据世界钢铁协会统计，全球粗钢产量持续攀升，其中建筑结构用钢占比稳定在20%以上。在钢结构施工过程中，高强度螺栓连接凭借其施工便捷、拆装灵活、受力可靠等优点，成为构件连接的主要方式，广泛应用于柱脚锚固、梁柱节点、拼接接头及支座连接等关键部位。螺栓紧固作业的核心目标在于通过拧紧过程在螺栓杆体内建立精确、均匀且稳定的预紧力（也称预拉力），使连接节点具备足够的抗滑移能力和抗疲劳性能。然而，预紧力的形成受到螺纹副摩擦系数、支承面摩擦系数、紧固工具类型、施拧速率、润滑状态及环境条件等多重因素的耦合影响，工程实测数据表明，采用扭矩法紧固时，螺栓预紧力的离散度通常可达±15%~±30%，远超设计计算的理论假设范围。预紧力不足将导致节点刚度下降、抗滑移承载力不足；预紧力超限则可能造成螺栓屈服甚至断裂，均构成严重的安全隐患。1.2标准立项的必要性长期以来，国际上关于螺栓紧固程序参数的确定方法分散于各国标准和行业规范之中，缺乏统一、可比的试验技术框架。ISO898、ISO16047等标准主要关注螺栓自身的机械性能与紧固件扭矩-夹紧力关系，而对钢结构现场施工条件下整套紧固程序参数的标定方法、试验条件控制及结果评定的规范尚属空白。这一标准缺位导致不同项目之间试验数据可比性差、质量验收标准难以对齐，也增加了跨国工程合作中的技术协调成本。在此背景下，国际标准化组织（ISO）联合全球钢结构领域的技术专家，启动了ISO18954标准的编制工作，旨在建立一套系统、科学、可重复的试验方法，用于确定和验证钢结构螺栓紧固程序的核心参数，为设计、施工及验收各环节提供统一的技术依据。二、标准概况2.1标准基本信息标准编号：ISO18954:2026标准名称：钢结构结构螺栓连接确定螺栓紧固程序参数的试验方法英文名称：Steelstructures—Structuralbolting—Testmethodtodetermineparametersofbolttighteningprocedures标准状态：现行发布机构：国际标准化组织（ISO）发布日期：2026年5月11日发布年份：2026年国别：国际组织语言：英语版本说明：电子版加密PDF格式，约1分钟可下载，有水印，需安装FileOpen插件，电脑需联网，限制累计3台电脑共打印5次售价：808.0元2.2标准的国际定位ISO18954:2026属于ISO钢结构技术委员会（ISO/TC167）框架下的标准文件，与ISO18955等同期在编标准共同构成了结构螺栓连接领域的标准簇。该标准立足于“试验方法”的技术定位，向上衔接ISO898（紧固件机械性能）、ISO16047（紧固件扭矩/夹紧力试验）等基础标准，向下服务于工程施工现场的紧固工艺制定与质量控制，在国际标准体系中具有承上启下的关键桥梁作用。三、标准核心内容解析3.1试验原理与总体框架ISO18954:2026确立了一套以“参数标定—程序验证—结果评定”为主线的试验方法论体系。标准的核心理念在于：通过标准化的试验装置和操作流程，在受控条件下测量螺栓紧固过程中的扭矩-转角-预紧力关系曲线，进而确定能够满足目标预紧力精度要求的紧固程序关键参数，包括但不限于目标扭矩值、转角控制值、施拧速率范围及润滑条件要求等。标准将紧固程序参数的确定过程分为三个层次：初拧参数标定、终拧参数验证以及工艺适用性评估。各层次之间形成递进逻辑，确保所确定的参数既能在实验室标准条件下满足精度要求，又能适应工程现场的实际工况条件。3.2试验装置与仪器要求标准对试验装置提出了明确的技术要求。试验系统通常由以下核心组件构成：高精度扭矩传感器（测量精度不低于±1%）、轴向力传感器（测量精度不低于±1%）、转角测量编码器（分辨率不低于0.1°）、数据采集系统（采样频率不低于100Hz）以及专用的螺栓副安装夹具。对于不同规格的螺栓，标准推荐了相应的传感器量程范围和夹具结构形式，以保证试验结果的可比性和可复现性。值得特别关注的是，标准要求试验系统应具备实时同步采集扭矩、转角、轴力三通道数据的能力，并能够绘制完整的紧固过程曲线。这一要求在技术层面实现了对传统“只读终点值”试验方法的升级，为深入分析紧固过程中的非线性行为提供了数据支撑。3.3试件制备与条件控制标准对试验用螺栓副的选取和制备给出了详细规定。试件应选用与实际工程相同规格、相同性能等级、相同表面处理状态的螺栓、螺母和垫圈，并在试验前进行尺寸精度检验和表面质量检查。对于需要进行润滑处理的试件，标准明确了润滑剂的类型选择原则和涂覆量控制要求，以最大限度地减小因润滑条件差异引入的试验误差。在环境条件控制方面，标准规定试验应在环境温度23℃±5℃、相对湿度不大于80%的条件下进行。对于特殊环境条件下的工程应用（如低温环境、高湿环境等），标准建议在相应环境条件下进行补充性验证试验，以评估环境因素对紧固参数的影响程度。3.4试验程序与参数确定方法标准规定了一套分步实施的试验流程。第一步为预紧力-扭矩关系标定试验，选取不少于8套螺栓副试样，以规定的施拧速率逐级施加扭矩，同步记录预紧力变化数据，建立该批次螺栓副的扭矩-预紧力回归方程；第二步为离散性评估试验，在标定基础上选取代表性扭矩值进行重复性试验（不少于20次），统计分析预紧力均值、标准差及离散系数，判定是否满足设定目标（通常要求离散系数不大于8%）；第三步为转角法对比试验（如适用），将扭矩控制与转角控制两组试验结果进行对比分析，从预紧力精度和施工效率两个维度综合评价，推荐最优紧固策略。标准同时引入了统计公差分析方法，明确了目标预紧力、最小预紧力和最大预紧力的界定准则，以及在不同施工条件下的安全裕度系数取值建议。3.5试验结果评定与报告要求标准要求试验报告应完整记录试件信息、试验条件、原始数据、回归分析结果、离散性统计参数及最终推荐的紧固程序参数。同时强调报告应包含对试验过程中异常现象的分析说明，以确保结果的完整可追溯性和技术可信度。四、主要起草单位介绍4.1中交第二航务工程局有限公司概况中交第二航务工程局有限公司（以下简称“中交二航局”）始建于1950年，是世界500强企业中国交通建设股份有限公司的全资子公司，总部位于湖北省武汉市。作为中国交通基础设施建设领域的领军企业，中交二航局业务涵盖桥梁工程、港口航道工程、市政工程、铁路工程及海外工程等多个领域，施工足迹遍布全球30余个国家和地区。在钢结构桥梁施工领域，中交二航局累计承建各类钢结构桥梁超过200座，其中包括多座具有世界级技术难度的大型跨海跨江桥梁工程。公司在超大型钢结构构件的深化设计、制造加工、现场安装及质量控制等方面积累了丰富的工程实践经验，形成了完善的技术标准体系和企业工法体系。4.2在标准研制中的技术贡献中交二航局依托深中通道伶仃洋大桥、常泰长江大桥等一系列重大工程中高强螺栓施工的工程实践，系统收集了大量不同规格、不同表面状态下螺栓紧固过程的实测数据，为ISO18954:2026中离散性评估方法、工艺适用性验证等条款的编制提供了扎实的数据支撑。在标准编制过程中，中交二航局牵头组织了多轮平行比对试验，联合国内高校和检测机构，对扭矩法和转角法的参数确定精度进行了系统比较，研究成果直接推动了标准中对比试验方法条款的完善。与此同时，中交二航局积极推动标准成果的工程转化，依托自主研发的智能化螺栓施工管理系统，将ISO18954:2026规定的试验方法嵌入数字化施工流程，实现了紧固参数的快速标定与施工质量的实时监控，为标准的推广应用树立了示范样板。五、标准实施的意义与展望5.1对行业技术进步的推动作用ISO18954:2026的发布实施，对于全球钢结构行业的技术进步具有多层面的推动作用。首先，该标准统一了螺栓紧固程序参数的试验方法，使不同国家、不同企业之间的试验数据具备了可比性，为国际工程的技术对接和质量管理奠定了基础。其次，标准强调全过程数据采集和统计分析，引导行业从经验型施工向数据驱动型施工转变，有助于提升整体质量管理水平。此外，标准所确立的离散性评估框架为未来智能紧固工具的研发验证提供了技术基准。5.2对质量安全管理水平的提升螺栓紧固质量是钢结构施工质量控制中的关键环节。ISO18954:2026通过科学系统的试验方法，使施工单位能够在施工前准确掌握所选用螺栓副的紧固特性，合理确定施工参数，并设置可靠的检查验收标准。这对于降低预紧力离散性、减少节点早期松弛和疲劳开裂风险、延长结构使用寿命具有重要的实际意义。5.3未来发展趋势与标准修订展望随着工业4.0和智能建造技术的快速发展，螺栓紧固领域正经历着深刻的技术变革。带有扭矩和转角实时监测功能的智能扳手已开始在工程中得到应用，基于无线传感网络的螺栓轴力长期监测技术也日趋成熟。ISO18954:2026作为基础性试验方法标准，为上述新技术的验证和校准提供了统一的技术平台。未来，随着数字孪生技术在施工管理中的深入应用和对在役结构健康监测数据的大量积累，标准有望在数字化试验数据接口、涵盖长期服役性能的验证方法等方面进行修订完善，以持续保持其技术先进性和行业适用性。六、结论参考文献[1]国际标准化组织.钢结构结构螺栓连接确定螺栓紧固程序参数的试验方法:ISO18954:2026[S].日内瓦:国际标准化组织,2026.[2]国际标准化组织.紧固件扭矩/夹紧力试验:ISO16047:2005[S].日内瓦:国际标准化组织,2005.[3]中国钢结构协会.钢结构高强度螺栓连接技术规程:JGJ82—2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构工程施工质量验收标准:GB50205—2020[S].北京:中国计划出版社,2020.[5]王亚勇,李国强.钢结构设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2018.[6]张耀春,周绪红.钢结构设计[M].北京:高等教育出版社,2017.[7]KulakGL,FisherJW,StruikJHA.GuidetoDesignCriteriaforBoltedandRivetedJoints[M].2nded.Chicago:AmericanInstituteofSt