高强度螺栓是钢结构施工中最常见的施工内容，所有钢结构工程师都会感到熟悉。然而，事实可能并非如此。今天，我们将从最基本的概念开始，带您重新理解高强度螺栓，这可能会逆转您最基本的理解。01 什么是高强度螺栓

高强度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直译为：高强度摩擦预紧螺栓，英文简称：HSFG。可以看出，我们在中文施工中所说的高强度螺栓是高强度摩擦预紧螺栓的缩写。在日常沟通中，只有摩擦（Friction）”“预紧（Grip）这两个词引起了许多工程技术人员对高强度螺栓基本定义的理解和误解。

误解1：材料等级超过1：8.8等级螺栓是高强度螺栓？

高强度螺栓与普通螺栓的核心区别不在于材料的强度，而在于应力的形式。本质是预紧力是否施加，静摩擦力是否用于剪切。

事实上，美国标准规范中提到的高强度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8级和10.9级两种（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490），但是普通螺栓包含4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11表2)；由此可见，高强度螺栓与普通螺栓的区别并非关键。

误区二:高强度螺栓的承载能力高于普通螺栓，是高强度吗？

根据单个螺栓的计算，高强度螺栓的抗拉和剪切设计强度低于普通螺栓。其高强度本质是：在正常工作中，节点不允许发生相对滑动，即弹性变形小，节点刚度大。

可以看出，在给定设计节点负荷下，高强度螺栓设计的节点不一定能节省螺栓数量，但变形小、刚度大、安全储备高。适用于节点刚度大的主梁，符合强节点、弱杆的基本抗震设计原理。

高强度螺栓的强度不在于其自身的承载设计值，而在于其设计节点刚度大、安全性高、抗破坏性强。

02高强度螺栓规格

国内常用的高强度螺栓分为 ASTM 及 JIS 规格。通常使用 ASTM 高强度螺栓有 A325 及 A490 两种，具体使用情况如表一所示。

表一 ASTM 通用高强度螺栓

A325 螺栓的主要成分是 TYPE1 及 TYPE3 两种，TYPE1 用于一般结构，必要时可热浸镀锌，耐候钢应配合使用TYPE3 用于螺栓TYPE3 螺栓设计图纸应特别注明，A325 螺栓的机械性如表2所示。

表二 ASTM机械性能高强度螺栓

A490 螺栓的材料强度比 A325 高，但 A490 螺栓不得热浸镀锌。A490 螺栓分为 3 TYPE 同样的耐候钢也用 TYPE3 型螺栓。A325 及 A490 螺栓的标准直径以英尺为单位，以 1/8 英尺为单位，均介于 1 英尺至 1.5 英尺之间常用 1 英尺左右的直径。

在某些特殊情况下，螺栓直径超过 1.5， 可用于此时A490 螺栓。A490 螺栓使用情况如表一所示，材料强度如表二所示。ASTM 高强度螺栓的螺头和螺帽均为六角形，其中螺帽必须为重型六角形螺帽。

JIS高强度螺栓的规格分为 F 是为减少材料用量和美观需求而开发的圆螺栓头S 系列(见图1)安装后很难拆卸圆螺栓头。

图一 JIS F10T圆头扭矩控制高强度螺栓

材料强度不同，F又分为 系列F8t、F10t 及 F11t 三种，s该系列分为 s8t 及 s10t 两种，其中 F11t 由于质量难以控制，只有一些制造商具有制造资质，其材料强度如表3所示。

表三 JIS 高强度螺栓材料的强度

JIS 螺栓直径为 mm 为单位，常用的直径规格为 12mm 至 24mm 之间。根据过去的热浸镀锌经验，高强度螺栓在热浸镀锌前的酸洗过程中会吸收氢氧，导致延迟损坏。延迟损坏是由于金属结晶中氢氧压力过大，高强度螺栓紧固一段时间后突然断裂的结果。

延迟损坏F10t 会发生上述高强度螺栓，F8t 以下不会发生，所以热浸镀锌高强度螺栓只能使用 F8t 以下。

中国土木水利工程学会编制的《热浸镀锌钢桥设计施工手册》明确规定建筑使用 F8t 螺栓、F10 螺帽、F35 华司组合和镀锌试验片的疲劳强度约低于黑漆母材 12kgf/mm2，因此，热浸镀锌的高强度螺母 F8t 应根据情况考虑增加螺栓用量。

螺栓的外观如图2所示，螺栓的类型将在螺栓头上标记，如图3、4所示，便于使用和施工管理。

螺栓应与螺帽和垫圈配合使用。螺栓组由螺栓、螺帽和垫圈组成。表四和表五分别为 ASTM 及 JIS 高强度螺栓组的组合。耐候钢应配合耐候螺栓、螺帽和垫圈。

表四 ASTM 高强度螺栓组

注：螺帽除A563-B其余为重型六角形螺栓。

表五 JIS 高强度螺栓组

此外，垫圈可以避免螺栓或螺母锁紧过程中因旋转而损坏钢板，也可以分散螺栓顶部的压力过于集中。此外，在旋转端（螺栓头或螺母端）垫圈可以减少旋转表面的摩擦。

03 螺栓轴拉力-轴向变形曲线

螺栓紧固过程将首先锁定在紧固状态，所谓的紧固状态是使用一个特殊的扳手来拧紧螺栓的数圈，这是一个紧固状态。紧密状态下的螺栓已经承受了部分预拉力。

图8为螺栓自紧固情况开始，螺栓轴拉轴向变形曲线关系，横坐标为螺帽旋转圈数，相当于轴向变形，纵坐标为螺栓张力，曲线至紧固状态开始呈线性关系，然后线进入非线性阶段，然后螺钉收缩，强度开始下降，最后螺钉断裂。

图8 螺栓的轴拉力-轴向变形关系曲线

当螺栓张力时，临界断面发生在螺钉上。螺钉的最大张力强度是材料的抗拉强度和张力表面As的乘积

其中，

=0.75 至 0.79Ab n = 每厘米螺齿数 d= 螺栓的标准直径Ab=螺栓标准断面积（cm2）=πd/4 材料的屈服发生在螺钉的凹痕处，螺钉的屈服局限于局部区域，螺栓轴向拉变形的关系曲线当时不明确，螺栓屈服时的载荷为 proof load，等于螺栓材料的屈服强度和张力面积的乘积，A325 螺栓的 proof load 约为自身抗拉强度的 70%，A490 螺栓的 proof load 约为自身抗拉强度的 80%。

因此，安装高强度螺栓时需要增加预紧力 Tb，这种预紧力是80%的螺栓抗拉强度表8 A325 与 A490 螺栓最小预紧力为 JIS 螺栓最小预紧力。

A572 螺栓的最小预拉力约等于 proof load，A490 螺栓最小预紧力也很接近其 proof load，预拉力在实际施工中会高于最小预紧力，因此螺栓在施加预紧力时基本屈服。

原则上，螺栓的预紧力越大越好，不会使螺栓永久塑性变形，不易松弛。

表八 A325 及 A490 螺栓最小预紧力

表九 JIS 螺栓最小预紧力

04与高强度螺栓对比

普通螺栓可重复使用，高强度螺栓不能重复使用。

高强度螺栓一般由高强度钢制成(45号钢)(8.8s)，20MmTiB(10.9S)，它是一种预应力螺栓。摩擦型用扭矩扳手施加规定的预应力，压力型拧下梅花头。普通螺栓一般由普通钢制成(Q235)制作，只需拧紧即可。

普通螺栓一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8等级。高强度螺栓一般为8.8级和10.9级，其中10.9级居多。

普通螺栓的螺孔不一定大于高强度螺栓。事实上，普通螺栓的螺孔相对较小。

普通螺栓A、B级螺孔一般只比螺栓大0.3~0.5mm。C螺孔一般大于螺栓1.0~1.5mm。

摩擦型高强度螺栓通过摩擦力传递载荷，因此螺钉与螺孔之间的差异可以达到1.5～2.0mm。

承压型高强度螺栓的传力特性是保证剪力在正常使用下不超过摩擦力，与摩擦型高强度螺栓相同。当荷载再次增加时，连接板之间会发生相对滑动。连接取决于螺钉的剪切和孔壁的压力，这与普通螺栓相同，因此螺钉与螺钉孔之间的差异略小1.0～1.5mm。

由于其设计受力原理不同，普通螺栓和高强度螺栓在施工检验方法上存在很大差异。

同级普通螺栓的机械性能要求略高于高强度螺栓，但高强度螺栓的验收要求略高于普通螺栓。

对比标识样式

价格对比

高强度螺栓：（M24，L60，8.8级）

普通螺栓：（M24，L60，8.8级）

可以看出，普通螺栓的价格约为高强度螺栓的70%。结合验收要求，可以得出结论，其溢价部分应保证材料的冲击功率（韧性）性能。

05螺栓紧固方法

普通螺栓的紧固程度没有明确规定。锁紧时施加的力一般只需连接紧密即可。但由于锁紧时没有张力，螺母容易松动脱落。为了防止松动，可以使用弹簧垫圈或双螺母将内螺母压紧，以防止两个螺母同步旋转和松动。

使用双螺母时，内螺母应使用重型六角形螺母，外螺母可使用普通螺母（见图9）。一般来说，高强度螺栓，无论是承载型还是阻力型，预紧后都会有张力。预紧力引起的接触面正应力会产生扭转摩擦阻力，因此螺母不会松动，因此无需添加防脱装置。

图 九

但是，由于特殊用途（如振动机械或车身重要结构位置），必须使用特殊夹头防止螺母松动。螺栓夹头决定螺栓和螺钉的长度或形式，以防止松动。螺母夹紧装置的详细信息见图10。

图 十

06结语

目前，高强度螺栓广泛应用于汽车领域，主要用于汽车强度连接和汽车轮毂等重要部件，对汽车的安全稳定驾驶起着不可替代的作用。

                                                                                                                                                                                               
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