高強(qiáng)螺栓之大六角型與扭剪型

    本文對(duì)高強(qiáng)螺栓的兩種類型進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)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(gè)概念。

1. 簡(jiǎn)單介紹

高強(qiáng)螺栓從外形上就容易被區(qū)分為大六角（Hex head ），英文簡(jiǎn)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?cè)敿?xì)介紹），這是zui初使用的高強(qiáng)螺栓的類型。

扭剪型（troque shear style /Twist off bolts/），英文一般簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)研制的改進(jìn)型產(chǎn)品。

2. 兩種螺栓的對(duì)比分析

2.1外觀對(duì)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(shí)并不握裹螺桿，在旋轉(zhuǎn)螺母的同時(shí)可能會(huì)帶動(dòng)螺桿進(jìn)行“同轉(zhuǎn)”，無(wú)謂消耗扭矩值，造成無(wú)法擰緊。故將螺桿頭設(shè)計(jì)成大六角，在發(fā)生同轉(zhuǎn)的情況時(shí)，可以用普通扳手予以臨時(shí)固定，避免同轉(zhuǎn)現(xiàn)象。定扭矩扳手伸出來(lái)的支撐桿主要是為了提供支點(diǎn)以確定其施加的扭矩，故如無(wú)可靠支點(diǎn)，扳手無(wú)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(guò)“梅花頭”夾緊螺桿本身，故施擰時(shí)不會(huì)發(fā)生同轉(zhuǎn)現(xiàn)象。其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的思路是：利用螺桿達(dá)到預(yù)拉力值時(shí)，材料所能承受對(duì)應(yīng)的剪力，來(lái)設(shè)計(jì)削弱梅花頭的根部截面，達(dá)到剪斷的目的。

2.2原理對(duì)比分析

首先必須理解：同一型號(hào)的大六角和扭剪型螺栓在正確的施工方法下可以達(dá)到的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值是同樣的。

大六角頭高強(qiáng)螺栓（HSFG）施擰過(guò)程：理解“扭矩系數(shù)”

 “541”原則，是日本人在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上反復(fù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的關(guān)于扭矩值和預(yù)緊力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。英國(guó)鋼結(jié)構(gòu)教科書中對(duì)此進(jìn)行了引用和闡述，其給出了扭矩?fù)p耗的因素。國(guó)內(nèi)進(jìn)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(qiáng)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(duì)扭矩系數(shù)進(jìn)行測(cè)定檢驗(yàn)。

扭剪型高強(qiáng)螺栓（TCB）施擰過(guò)程：理解“緊固軸力”

施擰過(guò)程是削弱截面的剪斷過(guò)程。在施加扭矩聚集材料內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)值（“緊固軸力”）的同時(shí)，其材料的對(duì)應(yīng)抗剪強(qiáng)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(jìn)行了代換，其檢驗(yàn)項(xiàng)仍然不是直接項(xiàng)，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(duì)其剪斷時(shí)對(duì)應(yīng)代表的“緊固軸力”進(jìn)行測(cè)定。其值應(yīng)當(dāng)符合預(yù)緊力設(shè)計(jì)值。

2.3連接副組成對(duì)比

基于國(guó)標(biāo)JGJ-82 6.1.1規(guī)定，高強(qiáng)螺栓連接副中，大六角螺栓需要兩墊一母，扭剪型高強(qiáng)螺栓則要一墊一母。

2.4驗(yàn)收方式對(duì)比

大六角螺栓HSFG在施工之后，使用定扭矩扳手檢驗(yàn)。在驗(yàn)收扭剪型TCB時(shí)，關(guān)注梅花頭被擰斷即合格。

2.5螺栓價(jià)格對(duì)比

M24*100  高強(qiáng)螺栓大六角頭為 5.50元一副

M24*100  高強(qiáng)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(jià)格對(duì)比

國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品比這個(gè)便宜很多，但是在實(shí)際使用中，損壞率太高，質(zhì)量仍然不過(guò)關(guān)。

3. 結(jié)束語(yǔ)

    扭剪型作為大六角的改進(jìn)升級(jí)版，其價(jià)格稍貴，施工，檢驗(yàn)較為簡(jiǎn)便，優(yōu)勢(shì)明顯。但是國(guó)內(nèi)由于受國(guó)標(biāo)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的限制（僅有10.9級(jí)，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(gè)概念”。