第六章美標(biāo)鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接副

1、第六章美標(biāo)鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接副自上世紀(jì)60年代開始，在世界范圍內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)螺栓廣泛使用于鐵路橋梁和高層建筑、鍋爐鋼結(jié)構(gòu)廠房及其它鋼結(jié)構(gòu)上，由于其結(jié)構(gòu)重量和強度的合理性、使用的可靠性和安全性，各國都開始著力研究和制定了鋼結(jié)構(gòu)螺栓標(biāo)準(zhǔn)。美國也相繼推出了鋼結(jié)構(gòu)螺栓和扭剪型螺栓（英寸和米制）二套系列標(biāo)準(zhǔn)，見表60。表60鋼結(jié)構(gòu)用螺栓連接副標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)編號版本標(biāo)準(zhǔn)名稱ASTM A3252010最小抗拉強度120/105ksi的熱處理結(jié)構(gòu)鋼螺栓ASTM A325M2010最小抗拉強度830MPa的熱處理米制鋼結(jié)構(gòu)鋼螺栓ASTM A4902009最小抗拉強度150ksi的熱處理合金結(jié)構(gòu)鋼螺栓ASTMA490M20111

2、0.9和10.9.3級高強度合金結(jié)構(gòu)鋼米制高強度螺栓ASTM F18522011鋼熱處理、控制抗拉強度最小120/105ksi的扭剪型鋼結(jié)構(gòu)螺栓、螺母和墊圈連接副ASTM F22802011鋼熱處理、控制抗拉強度最小150ksi的扭剪型鋼結(jié)構(gòu)螺栓、螺母和墊圈連接副6.1ASTM A325-2010鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接副 熱處理 抗拉強度120/105ksi6.1.1ASTM A325M-2009最小抗拉強度830MPa的熱處理米制鋼結(jié)構(gòu)鋼螺栓標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了2個等級的螺栓：1型和3型，其抗拉強度均為826 MPa，相當(dāng)于8.8級。1型 用中碳鋼制造；2型 用低碳馬氏體鋼制造（已于1991年11月取消）；3

3、型 用耐大氣腐蝕鋼制造。A325大六角頭螺栓、螺母、墊片的尺寸標(biāo)準(zhǔn)按ASME B18.2.6-2011年用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的緊固件標(biāo)準(zhǔn)（螺紋長度較普通大六角螺栓要短些），配A194或A563標(biāo)準(zhǔn)的大六角螺母。A325M米制結(jié)構(gòu)鋼螺栓、螺母、墊片的尺寸標(biāo)準(zhǔn)按ASME B18.2.3.7M用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的米制緊固件標(biāo)準(zhǔn)，配A563M標(biāo)準(zhǔn)的大六角螺母，見表61和表62。表61A325/A325M 螺栓與螺母性能等級匹配表A325/A325M螺栓螺母表面處理等級表面標(biāo)準(zhǔn)等級1型無涂層A563/A563MC、C3、D、DH、DH3/8S無涂層A1942H1型涂層F11363級A563/A563MDH/10S涂層

4、F11365級A1942H3型無鍍層A563/A563MC3、DH3/8S3無涂層表62A325/A325M 螺栓機械性能要求等級規(guī)格抗拉強度MPa min屈服強度MPa min硬度標(biāo)志A325（英寸）1/21827586C2534A32511/811/2724510C1930A325M（米制）M16M368301030600C2334A325M 8SA325鋼結(jié)構(gòu)螺栓的機械性能測試應(yīng)按ASTM F606/606M外螺紋、內(nèi)螺紋緊固件、墊圈和鉚釘?shù)臋C械性能的測試方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行。拉力試驗用螺栓實物進(jìn)行試驗，并應(yīng)滿足規(guī)定的強度（不低于）826 MPa；其破環(huán)的部位應(yīng)發(fā)生在螺栓桿部或螺紋部位

5、，而頭下結(jié)合處應(yīng)無任何破壞痕跡。其中，保證載荷試驗不是強制性的。硬度試驗測定的數(shù)值應(yīng)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。表面熱鍍鋅可按ASTM F2329緊固件熱鍍鋅或達(dá)克羅處理按ASTM F1136 緊固件用鉻/鋅防蝕鍍層執(zhí)行。熱鍍鋅螺栓螺母組件必須進(jìn)行旋轉(zhuǎn)能力試驗。試驗前先在螺母上涂潤滑劑，將鍍鋅螺栓放在軸力扭矩測試儀器中，和相配的墊圈、螺母裝配在一起，至少留出35牙螺紋，先預(yù)加10%載荷的力，然后施加不少于90的保證載荷的軸力，此時按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不同長度扭轉(zhuǎn)螺母相應(yīng)的300°420°，見表63；在扭轉(zhuǎn)螺母的過程中，螺栓不得轉(zhuǎn)動。經(jīng)過以上扭轉(zhuǎn)能力試驗后，檢查應(yīng)無破壞跡象。表63熱鍍鋅螺栓旋

6、轉(zhuǎn)角度螺栓長度螺母旋轉(zhuǎn)角4倍直徑240°4倍直徑8倍直徑360°8倍直徑420° 破壞定義：a.旋轉(zhuǎn)螺母到規(guī)定的角度時，螺母不能拆下；b.用肉眼檢查，發(fā)現(xiàn)螺紋有剪切破環(huán)；c.螺栓扭曲破壞。如有以上現(xiàn)象之一，均應(yīng)認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)能力不合格。鋼結(jié)構(gòu)螺栓機械性檢驗標(biāo)準(zhǔn)見表64。表64鋼結(jié)構(gòu)螺栓機械性檢驗標(biāo)準(zhǔn)項目檢驗標(biāo)準(zhǔn)硬度ASTMF1470抗拉強度保證載荷旋轉(zhuǎn)試驗鍍層厚度、重量表面缺陷ASTMF788/788M尺寸ASMEB18.2.6螺紋標(biāo)志6.1.2ASTM A490-2011鋼結(jié)構(gòu)用高強度螺栓連接副ASTM A490M-201110.9和10.9.3級高強度合金結(jié)構(gòu)鋼米

7、制高強度螺栓標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了2個等級的螺栓：1型和3型，其抗拉強度均為1033 MPa。1型用合金鋼制造；2型于2002年已取消；3型用耐大氣腐蝕的鋼制造（材料按ASTM A588A588M、A242和A709標(biāo)準(zhǔn)選用）。A490是鋼結(jié)構(gòu)大六角頭螺栓，需配A194或A563標(biāo)準(zhǔn)的大六角螺母，見表65表66。表65A490/A490M螺栓與螺母性能等級匹配表A490/A490M螺栓螺母表面等級表面標(biāo)準(zhǔn)等級1型無涂層A563DH、DH3無涂層A1942HA563M10S1型涂層F11363級A563DH、DH3涂層F11365級A563M10S3型無鍍層A563/A563MDH3/10S3無鍍層表66A

8、490/A490M  螺栓機械性能等級規(guī)格抗拉強度MPa屈服強度MPa硬度標(biāo)志A490（英寸）1/211/210341172586 minC3338A490A490M（米制）M16M3610401210600 minC3338A490M 10SA490鋼結(jié)構(gòu)用螺栓的機械性能測試應(yīng)按ASTMF606M規(guī)定的方法進(jìn)行。拉力試驗用螺栓實物進(jìn)行試驗，并應(yīng)滿足規(guī)定的強度在10341172 MPa之間；其斷裂部位應(yīng)發(fā)生在螺栓桿部或螺紋部位，而頭下結(jié)合處應(yīng)無任何破壞痕跡。同時還應(yīng)做機加工標(biāo)樣試驗，當(dāng)機加工試驗與實物試驗有矛盾時，以實物試驗為仲載試驗。其中，保證載荷不是強制性的。硬度試驗測定的數(shù)值應(yīng)

9、在規(guī)定的范圍之內(nèi)。A490鋼結(jié)構(gòu)用螺栓應(yīng)進(jìn)行表面磁粉探傷，以檢查表面縱向和橫向裂縫。從一個批量中隨機抽取一個樣品，進(jìn)行磁粉探傷試驗，檢查表面應(yīng)無任何縱向和橫向裂縫。英制A490鋼結(jié)構(gòu)螺栓、螺母、墊圈的尺寸標(biāo)準(zhǔn)見ASME B18.2.6-2007。米制A490M鋼結(jié)構(gòu)螺栓、螺母、墊圈的尺寸標(biāo)準(zhǔn)見ASME B18.2.3.7M。6.1.3美標(biāo)扭剪型高強度螺栓美標(biāo)扭剪型鋼結(jié)構(gòu)螺栓、螺母和墊圈連接副有二個標(biāo)準(zhǔn)。ASTM F1852-2011鋼熱處理、控制抗拉強度最小120/105ksi的扭剪型鋼結(jié)構(gòu)螺栓、螺母和墊圈連接副ASTM F2280-2011鋼熱處理、控制抗拉強度最小150ksi的扭剪型鋼結(jié)構(gòu)

10、螺栓、螺母和墊圈連接副6.1.3.1工作原理扭剪型高強度螺栓連接付是通過其螺栓端部的突出的梅花頭，承受旋轉(zhuǎn)螺母時產(chǎn)生的扭矩反力，持續(xù)緊固直到梅花頭勾槽處斷裂，也就是說通過斷裂扭矩來控制緊固軸力（見圖24）。因此緊固件軸力的穩(wěn)定是通過控制機械性能和梅花勾槽的尺寸精度，配套件的表面潤滑狀態(tài)卻占有主導(dǎo)的因素，試驗的環(huán)境溫度也是一項不可忽視的問題。 為確保剪切軸力符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，需具備如下條件： 1、機械性能。 2、作業(yè)環(huán)境和溫度。 3、梅花頭勾槽精度。 4、螺栓、墊圈不發(fā)生共轉(zhuǎn)。 5、適當(dāng)?shù)谋砻鏉櫥幚?。扭剪型螺栓形式尺寸見圖25，由于ASTM F1852標(biāo)準(zhǔn)版本不同，梅花齒有12齒和

11、16齒之分。6.1.3.2螺栓組件匹配因扭剪型高強度螺栓連接付具有良好的機械性能，使用方便和裝配軸力可靠性高。組件包括一個軸力控制的有花鍵端螺栓、相配合螺母（ASTM A194 2H）和鋼淬硬墊圈（ASTM F436）組成，見表67表68。表67F1852 螺栓與螺母性能等級匹配表F1852螺栓螺母墊圈等級表面標(biāo)準(zhǔn)等級標(biāo)準(zhǔn)等級1型無鍍層A563DH、CF4361型（A194）2H1型機械鍍鋅A563DHF4361型3型無鍍層A563DH3、C3F4363型表68F1852 螺栓機械性能等級規(guī)格抗拉強度MPa min屈服強度MPa min硬度F18521/21827586C253411/811/

12、2724510C19306.1.3.3試驗和要求 制造者應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的批質(zhì)量要求，在出運前對單一批和組合批進(jìn)行檢驗。如果供貨的單一批不是供貨者生產(chǎn)，那么要進(jìn)行全部檢查確保合格。 批的控制每一批的制造、加工、材料、爐號，裝運，生產(chǎn)者都要作好批的過程記錄和批的標(biāo)識。 機械性能、化學(xué)成份的抽樣方案按ASTM F1470標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，緊固軸力是檢查水平C。 F1852鋼結(jié)構(gòu)扭剪型螺栓的機械性能測試應(yīng)按ASTMF606規(guī)定的方法進(jìn)行。拉力試驗用螺栓實物進(jìn)行，并應(yīng)滿足規(guī)定的強度（不低于）826 MPa；其破環(huán)的部位應(yīng)發(fā)生在螺栓桿部或螺紋部位，而頭下結(jié)合處應(yīng)無任何破壞痕跡。硬度試驗測定的數(shù)值應(yīng)在規(guī)定的范圍

13、之內(nèi)。 螺栓-螺母組件必須進(jìn)行軸力試驗。（試驗溫度為1032）將螺栓組件放在軸力測試儀器中，和相配墊圈、螺母裝配在一起，至少留出35牙螺紋，先通過扳手施加扭矩所產(chǎn)生的軸力（約10%保證載荷）。再用電動裝配工具鎖住梅花鍵進(jìn)一步施擰螺母，此時試驗的墊圈和螺栓不得轉(zhuǎn)動，持續(xù)擰緊直至梅花頭與螺栓在溝槽處斷裂。此時產(chǎn)生的扭緊軸力要滿足表69要求。表69F1852 螺栓緊固軸力試驗規(guī)格緊固軸力  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） 破壞跡象定義為：a.施加規(guī)定的軸力偏低或偏高，花鍵沒有斷裂；b.用肉眼檢查，發(fā)現(xiàn)螺紋有剪切破環(huán)；c.試驗緊固軸力到時螺栓斷裂應(yīng)發(fā)生在花鍵溝槽處，而不是螺紋或其它部位。6.1.3.4標(biāo)志1型螺栓在頭部標(biāo)志“A325 TC”，包括三條相隔120°的半徑線和制造者標(biāo)志。3型螺栓在頭部標(biāo)志“A325 TC”，并在“A325 TC”下加一條橫線和制造者標(biāo)志。6.1.4ASTM F2280-2011鋼熱處理、控制抗拉強度最小150ksi的扭剪型鋼結(jié)構(gòu)螺栓、螺母和墊圈連接副其機械性能相當(dāng)于AS

15、TM A490標(biāo)準(zhǔn)要求，見表70表72。表70F2280 螺栓與螺母性能等級匹配表F2280螺栓螺母墊圈等級表面標(biāo)準(zhǔn)等級標(biāo)準(zhǔn)等級1型無鍍層A563DHF4361型A1942H3型無鍍層A563C3F4363型表71F2280 螺栓性能等級規(guī)格抗拉強度MPa保證強度MPa硬度F22801/2110331191826.00C3339表72F2280 螺栓批軸力試驗規(guī)格緊固軸力  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試驗和要求 制造者應(yīng)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的批質(zhì)量要求，在出運前對單一批和組合批進(jìn)行檢驗。如果供貨的單一批不是供貨者生產(chǎn)，那么要進(jìn)行全部檢查確保合格。 批的控制每一批的制造成、加工、材料、爐號，直致裝運，生產(chǎn)者都要做好批的控制，并作好批的標(biāo)識。 滲碳和復(fù)碳測試符合要求。 化學(xué)成份按ASTM A751規(guī)定。 機械性能的抽樣按ASTM  F1470規(guī)定，軸力性能試驗的檢查水平C執(zhí)行。 F2280鋼結(jié)構(gòu)扭剪型螺栓的機械性能測試應(yīng)按ASTM F606規(guī)定。拉力試驗用螺栓實物進(jìn)行，并應(yīng)滿足規(guī)

17、定的強度10331191 MPa范圍；拉力試驗其破環(huán)的部位應(yīng)發(fā)生在螺栓桿部或螺紋部位，而頭下結(jié)合處應(yīng)無任何破壞痕跡。其中，保證載荷試驗不是強制性的。硬度試驗測定的數(shù)值應(yīng)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。 螺栓-螺母組件進(jìn)行軸力試驗。試驗溫度在1032下進(jìn)行。將螺栓組件放在軸力測試儀器中，和相配墊圈、螺母裝配在一起，至少留出35牙螺紋，先通過扳手施加扭矩所產(chǎn)生的軸力（約10%保證載荷），再用電動裝配工具鎖住梅花鍵進(jìn)一步施擰螺母，此時試驗的墊圈和螺栓不得轉(zhuǎn)動，持續(xù)擰緊直至梅花頭與螺栓在溝槽處斷裂。此時產(chǎn)生的扭緊軸力要滿足表42要求。 對提交的螺栓組件要按標(biāo)準(zhǔn)中的檢查水平進(jìn)行縱向和橫向裂縫檢查?？刹捎么欧蹤z查，如檢查發(fā)現(xiàn)有任何不合格的螺栓則進(jìn)行100%的磁粉檢查。如作100%的檢查時可采用渦流或液體滲透進(jìn)行替代檢查，在有爭議時是以磁粉檢查作為仲載依據(jù)。6.1.4.2.型扭剪型螺栓在頭部標(biāo)志：1型扭剪型螺栓在頭部標(biāo)志“A490TC”和制造者標(biāo)志。3型扭剪型螺栓在頭部標(biāo)志“A490TC”，并在“A490TC”下加一條橫線和制造者標(biāo)志。6.2美標(biāo)外螺紋緊固件