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" N( d% @7 V1 p# N/ o* {* ~. n高強螺栓是我們鋼結構施工中最普遍常見的施工內容，所有鋼結構工程師都會覺得熟悉的不能再熟悉。然而事實可能并非如此，我們從最基本的概念的入手，帶你重新認識高強螺栓，可能會顛覆你最基本的認識。
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" Y4 |% h5 \- Y6 g8 P01.什么是高強螺栓 - i" W" a: S' T4 ?0 ~8 ?- I
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高強螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強度摩擦預緊螺栓，英文簡稱：HSFG。可見，我們中文施工中所說的高強螺栓是高強度摩擦預緊螺栓的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了“摩擦（Friction）”“預緊（Grip）”兩個詞，卻造成了許多工程技術人員對高強螺栓基本定義的理解，產生了誤區。 : N4 U# x9 Z/ `) L& k6 p
2 \0 R5 L0 g3 G) C顛覆一：
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誤區：材料等級超過8.8級的螺栓，就是”高強螺栓“。
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' D2 n+ t3 Z2 _1 r" o, B. k 高強螺栓和普通螺栓的核心區別并不在于使用材料的強度，而是受力的形式。本質是是否施加預緊力，并利用靜摩擦力抗剪。（1）*; K7 K/ {+ \* m- f$ J
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' D- Q4 U' \% x( `7 ] 實際上在英標規范，美標規范中提到的高強螺栓（HSFG BOLT）只有8.8級和10.9級兩種（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺栓卻有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11款表2）；由此可見，材料強度高低并不是區別高強螺栓與普通螺栓的關鍵。
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0 h, X% A5 ~& X9 P1 }9 R6 e p 02.正確理解“高強”，強在何處
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$ }) M% k8 K! k6 T) z 按照GB50017，計算單個普通螺栓（B類）8.8級和高強螺栓8.8級抗拉及抗剪強度。$ @ R, |" @7 l1 _7 x. ] B0 m5 b i
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通過計算我們可以看到，相同等級的情況下，普通螺栓的抗拉強度和抗剪強度的設計值都要高于高強螺栓。 （2）*+ f! w7 Z- L2 h5 J8 x) u& Q
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7 L8 o# ^ b! |8 w那么高強螺栓，“強”在哪里？
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為回答這一個問題，必須從兩種螺栓的設計工作狀態入手，研究其彈塑性變形的規律，并理解到設計破壞時的極限狀態。 4 k3 {1 J7 Z- \7 q/ J, y( l
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普通螺栓和高強螺栓工作狀態下應力應變曲線
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4 `. s" ?0 s2 E ~& ^ G) Y設計破壞時的極限狀態
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( m6 ^' ~7 ?6 ?( V3 h普通螺栓：螺桿本身發生超過設計允許的塑性變形，螺桿被剪壞。
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4 T7 F' I( ?! ^2 T' P普通螺栓連接，開始承受剪力前連接板間就會發生相對滑移，繼而螺栓桿和連接板接觸，發生彈塑性形變，承受剪力。
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/ ?2 y: G9 N# e' n# ~# S& c, e( J高強螺栓：有效摩擦面間的靜摩擦力被攻克，兩塊鋼板發生相對位移，設計考量上即為破壞。
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高強螺栓連接，摩擦力首先承受剪力，當荷載增大到摩擦力不足以抵抗剪力，靜摩擦力被攻克，連接板發生相對滑移（極限狀態）。但此時雖然破壞，但螺栓桿與連接板發生接觸，依然可以利用其本身的彈塑性形變，承受剪力。 （3）
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顛覆二：
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+ s0 K/ q @2 ~" h誤區：高強螺栓的承載能力高于普通螺栓，是為”高強“。
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& v$ u/ A4 y! l 由單個螺栓的計算可知，高強螺栓抗拉和抗剪的設計強度均低于普通螺栓。其高強實質是：正常工作時，節點不允許發生任何相對滑移，即：彈塑性變形小，節點剛度大。 / \ V1 B; s0 M9 i
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& [* \+ b: |2 u8 ~' ]# U& J0 d7 F 可見：在給定設計節點荷載的情況下，用高強螺栓設計的節點并不一定能節省螺栓使用數量，但是其變形小，剛度大，安全儲備高。適合用主梁，等要求節點剛度較大的位置，符合“強節點，弱桿件”的基本抗震設計原理。
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高強螺栓之強，并非在于其本身的承載能力設計值，而是表現于其設計節點的剛度大，安全性能高，抗破壞的能力強。
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0 F& `( P( L+ I03.高強螺栓的對比" q5 X& l6 P. N6 A0 ?# N& [# t
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普通螺栓和高強螺栓由于其設計的受力原理不同，其在施工檢驗方法上有極大的區別。
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同等級普通螺栓各項機械性能要求均比高強螺栓略高，但高強螺栓較普通螺栓多一項沖擊功的驗收要求。
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標識樣式對比
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普通螺栓和高強螺栓的標示是對同等級螺栓現場識別的基本方法。由于英美標準中對于高強螺栓扭矩值計算的取值并不相同，所以識別兩種標準的螺栓也有必要。
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價格對比
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高強螺栓：（M24，L60，8.8級）
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% J# j7 f5 r5 J: J普通螺栓：（M24，L60，8.8級）
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6 w& Z9 W0 `' p, E, ~ 可見普通螺栓大約為高強螺栓價格的70%，結合其驗收要求的對比，可以得出，其溢價部分就應該是為了保證材料的沖擊功（韌性）性能。
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. Z$ M# b8 q7 B2 o04.總結
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對于一個看似簡單的問題，想要從本質上深入，全面，正確的理解，也并不是一件簡單的事情。高強螺栓和普通螺栓的定義，含義，深意的區別，是我們正確理解，運用高強螺栓，并進行施工管理的基礎前提。
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5 n- H, q- z: Y% e2 n8 W觀點:
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（1）*：在有些鋼結構的書中確實有提出，高強螺栓是指強度超過8.8級的螺栓。對于這種觀點，首先英美標準是不支持的，沒有針對某種特定強度等級來界定“強”與“弱”。其次，也并不符合我們工作中提及的“高強螺栓”。 M4 w5 W2 @9 ?! V7 ~9 L6 r
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（2）*：為便于對比，此處不考慮復雜螺栓群的受力情況。
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- D! ~6 @5 K' B+ ^3 b- \（3）*：承壓型高強螺栓在設計時也考慮了螺桿的承壓受力，將在后面的“高強螺栓承壓型和摩擦型對比“中進行詳細介紹。
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發表于 2018-8-22 14:58:58
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