【原】高強螺栓在游樂設施中的應用

螺栓連接是緊固件連接中最基本的一種結構形式，具有便于標準化大批量生產、構造簡單、成本低、安裝方便、可互換等優點，在現代游樂設備中被廣泛應用。

游樂設施中常用的高強螺栓，所有技術人員和檢驗人員都會覺得熟悉得不能再熟悉了。通俗的說，8.8級以上等級的螺栓都成為高強螺栓或高強度螺栓，這種定義正確嗎？因為這種定義，所以不管是技術人員或者是檢驗人員，對高強螺栓標準件的概念模糊不清，只是籠統的稱為高強螺栓。普通高強螺栓的常用標準為：GB5782、GB5783. 鋼結構用大六角高強螺栓的常用標準為：GB1228。

鑒于此，通過此篇文章，確認清楚是鋼結構用的高強螺栓還是普通高強螺栓，我們從最基本的概念的入手，帶你重新認識高強度螺栓，可能會顛覆你最基本的認識。

1 高強螺栓的概念

圖1 高強度普通螺栓和螺母

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。際上在英標規范，美標規范中提到的高強度螺栓（HSFGBOLT）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；由此可見，材料強度高低并不是區別高強度螺栓與普通螺栓的關鍵。由此可見，材料等級超過8.8級的螺栓，不一定是高強螺栓。性能等級超過8.8級的普通螺栓，通稱為高強度螺栓（見《機械裝備金屬結構設計》P140）。

2 “高強”的實質

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。

圖2 高強螺栓和普通螺栓對比計算

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度螺栓。

設計破壞時的極限狀態：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

圖3  高強螺栓（鋼結構用高強度大六角頭螺栓）

3 安裝方式與防松措施

螺栓分為普通螺栓、高強度普通螺栓、高強螺栓。

普通螺栓一般直接承受拉力或者剪力，用于非重要結構構件的連接中，以往認為螺栓施工中只需擰緊即可。但目前電力系統和塔桅鋼結構工程施工質量驗收規程中已對“擰緊”給出了相對準確的扭矩值要求。《扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)7.3.11第二條規定,扣件螺栓擰緊扭力矩40Nm,且不應大于65Nm。防松型式：普通螺栓+彈簧墊圈+平墊圈+螺母。

普通螺栓的緊固要求：

• 螺拴緊固時，宜采用呆扳手，不得使用打擊法和超過螺栓的許用應力；

• 多只螺栓或螺釘聯接同一裝配件緊固時，各螺栓或螺釘應交叉、對稱和均勻地擰緊。當有定位銷時應從靠近該銷的螺栓或螺釘開始均勻擰緊；

• 螺栓頭、螺母與被連接件的接觸應緊密；對接觸面積和接觸間隙有特殊要求時，尚應按規定的要求進行檢驗；

• 螺栓與螺母擰緊后，螺栓應露出螺母2～3個螺距，其支承面應與被緊固零件貼合；沉頭螺釘緊固后，沉頭應埋人機件內，不得外露；

• 有鎖緊要求的螺栓，擰緊后應按其規定進行鎖緊；用雙螺母鎖緊時，應先裝薄螺母后裝厚螺母；每個螺母下面不得用兩個相同的墊圈。

高強度普通螺栓，高聳結構中的塔柱法蘭，承受拉力，且結構承受一定的振動。螺栓采用高強度普通螺栓，螺栓可不施加預拉力（也可施加預緊力），但需擰緊，并且采用雙螺母防松。防松型式：高強度普通螺栓+平墊圈+雙螺母。

• 高強度螺栓在裝配前，應按設計要求檢查和處理被聯接件的接合面；裝配時，接合面應保持干燥，嚴禁在雨中進行裝配；

• 不得用高強度螺栓兼做臨時螺栓；

• 安裝高強度螺栓時，不得強行穿人螺栓孔；當不能自由穿人時，該孔應用鉸刀修整，鉸孔前應將四周螺栓全部擰緊，修整后孔的最大直徑應小于螺栓直徑的1.2倍；

• 組裝螺栓聯接副時，墊圈有倒角的一側應朝向螺母支撐面；

• 高強度螺栓的初擰、復擰和終擰應在同一天內完成。

高強螺栓，承受拉壓交變荷載，先對其施加預拉力，然后在被連接件之間的接觸面上產生摩擦阻力來承受剪力或減少其預壓力來受拉力。一般用于梁構件等重要的工業及民用建筑中，此種螺栓一般采用扭矩法施工，螺栓依靠螺紋之間壓緊產生的摩擦力進行防松。防松型式：高強螺栓+雙墊圈+螺母+預緊力。

• 施工所用的扭矩扳手，每次使用前必須校正，其扭矩偏差不得大于±5%，并應在合格后使用；校正用的扭矩扳手，其扭矩允許偏差為±3%;

• 大六角頭高強度螺栓的擰緊應分為初擰和終擰；對于大型節點應分為初擰、復擰和終擰；初擰扭矩應為終擰扭矩值的50%復擰扭矩應等于初擰扭矩，初擰或復擰后的高強度螺栓應在螺母上涂上標記，然后按終擰扭矩值進行終擰，終擰后的螺栓應用另一種顏色在螺母上涂上標記；

• 螺栓擰緊時，應只準在螺母上施加扭矩。

4總結

• 超過8.8級的螺栓不一定是高強螺栓，也可是高強度普通螺栓，現在市面上常用的高強螺栓只有鋼結構用高強度大六角頭螺栓；

• 游樂設備主要為鋼架結構，同時承受沖擊、震動等，常用高強度普通螺栓（GB/T5782-5783，8.8級以上），配雙螺母預緊，預緊力參考GB8408-2018表C1的規定?；剞D支承螺栓多用高強度普通螺栓。

• 對于重要鋼結構的連接，承受較大靜載荷的巨型鋼結構游樂設備，如大型摩天輪，建議采用高強螺栓（GB/T1228-1230，鋼結構用高強度大六角頭螺栓），大六角每套是配一個螺栓、一個螺母、二個平墊，同一批號、規格，按照計算預緊力預緊，預緊力參考GB8408-2018表C2的規定。

• 大部分游樂設備存在沖擊和震動，載荷并不大（相對于大橋和體育館等大型結構），受力形式不同于處于靜態的建筑鋼結構，對防松要求較高，建議多采用高強度普通螺栓并配雙螺母預緊。