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在現(xiàn)代工業(yè)和建筑領(lǐng)域，強度螺栓作為一種關(guān)鍵的連接件，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們以優(yōu)越的性能和可靠性，確保了各種結(jié)構(gòu)和設(shè)備的穩(wěn)固運行。本文將深入探討強度螺栓的定義、原理、分類、性能指標(biāo)以及廣泛的應(yīng)用場景。
一、定義與原理
強度螺栓是采用質(zhì)量碳素鋼或低合金鋼材料制成的特殊螺栓。其特點在于具備較高的強度，這使得它與普通螺栓在性能上有著明顯的區(qū)別。
強度螺栓連接的工作原理基于對螺栓施加較大的預(yù)緊力。當(dāng)螺栓被擰緊時，巨大的預(yù)拉力使得被連接件接觸面之間產(chǎn)生擠壓力。這種擠壓力進而在垂直于螺桿方向形成強大的摩擦力。在實際工作中，依靠這種摩擦力來傳遞連接剪力，從而實現(xiàn)構(gòu)件之間的牢固連接。與普通螺栓連接依靠栓桿抗剪和孔壁承壓傳遞剪力不同，強度螺栓的預(yù)拉力和摩擦力在力的傳遞過程中起著主導(dǎo)作用。
二、分類方式
（一）按性能等級分類
強度螺栓從性能等級上主要分為 8.8 級和 10.9 級。性能等級代號由兩個強度值組成，小數(shù)點前的數(shù)字表示螺栓鋼材熱處理后的比較低抗拉強度，例如 “8” 同 800N/mm2，“10” 同1000N/mm2；小數(shù)點后的數(shù)字則是屈強比（屈服強度與抗拉強度的比值），如 “0.8”“0.9”。不同的性能等級適用于不同的工作環(huán)境和承載要求。
（二）按受力特征分類
摩擦型強度螺栓：單純依靠被連接構(gòu)件間的摩擦阻力傳遞剪力，以剪力等于摩擦力作為承載能力的極限狀態(tài)。在抗剪連接計算中，單個強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值與抗力分項系數(shù)的倒數(shù)、孔型系數(shù)、傳力的摩擦面數(shù)、強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)以及單個強度螺栓的預(yù)拉力設(shè)計值相關(guān)。
承壓型強度螺栓：傳力特征是當(dāng)剪力超過摩擦力時，構(gòu)件間發(fā)生相對位移，螺栓桿身與孔壁接觸，螺栓受剪的同時孔壁承壓。在連接接近破壞時，剪力完全由桿身承擔(dān)。但需注意，承壓型連接不應(yīng)用于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)。
（三）按構(gòu)造及施工方法分類
大六角頭強度螺栓：連接副包括一個螺栓、一個螺母和兩個墊圈。其頭部呈大六角形，在施工過程中，通常采用扭矩法等方式施加預(yù)拉力。
扭剪型強度螺栓：連接副由一個螺栓、一個螺母和一個墊圈組成。這種螺栓的獨特之處在于其尾部帶有梅花頭，施工時通過扳手?jǐn)Q掉梅花頭來控制預(yù)拉力，操作相對簡便且能有效保證預(yù)拉力的準(zhǔn)確性。
三、性能指標(biāo)
（一）預(yù)拉力
強度螺栓的預(yù)拉力是通過擰緊螺母實現(xiàn)的，常見的方法有扭矩法、轉(zhuǎn)角法和扭剪法。預(yù)拉力的大小直接影響到連接的可靠性和承載能力。不同規(guī)格和性能等級的強度螺栓，其預(yù)拉力設(shè)計值也有所不同。例如，M16 規(guī)格的 8.8 級強度螺栓預(yù)拉力設(shè)計值為 80kN，而 10.9 級的則為 100kN。
（二）連接摩擦面抗滑移系數(shù)
被連接板件之間的摩擦力不僅取決于螺栓的預(yù)拉力，還與被連接板件的材料以及接觸面的表面處理方式密切相關(guān)。常見的接觸面處理方法包括噴硬質(zhì)石英砂或鑄鋼棱角砂、拋丸（噴砂）、鋼絲刷去除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面等。不同的處理方法對應(yīng)著不同的抗滑移系數(shù)，例如 Q235 鋼構(gòu)件采用噴硬質(zhì)石英砂處理后，抗滑移系數(shù)可達(dá) 0.45。
（三）力學(xué)性能
強度螺栓的螺桿、螺母和墊圈在成品后通常會再進行熱處理，以進一步提升強度。其力學(xué)性能以熱處理后的數(shù)值為準(zhǔn)。如 8.8 級的大六角頭強度螺栓，制作原材料常用 45 號鋼、35 號鋼；10.9 級的扭剪型強度螺栓，原材料多為 20MnTiB 鋼。
四、應(yīng)用領(lǐng)域
（一）橋梁工程
在橋梁建設(shè)中，強度螺栓被廣泛應(yīng)用于鋼梁連接、橋梁支座安裝等部位。由于橋梁需要承受巨大的車輛荷載和自然環(huán)境的作用，對連接件的強度和可靠性要求極強度螺栓能夠確保橋梁結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，保障橋梁的安全運營。例如，在大型斜拉橋和懸索橋的建造中，大量使用強度螺栓來連接橋梁的各個構(gòu)件。
（二）建筑結(jié)構(gòu)
在大型建筑，尤其是鋼結(jié)構(gòu)建筑中，強度螺栓是實現(xiàn)鋼梁、鋼柱等構(gòu)件連接的關(guān)鍵部件。它能夠使建筑結(jié)構(gòu)在承受風(fēng)荷載、地震作用等外力時，依然保持穩(wěn)定。建筑結(jié)構(gòu)的主構(gòu)件螺栓連接一般都采用強度螺栓連接，以滿足建筑的安全性和耐久性要求。
（三）機械裝備
在機械設(shè)備制造領(lǐng)域，如起重機、壓力容器、發(fā)電機組等設(shè)備中，強度螺栓用于連接各個部件，確保設(shè)備在運行過程中能夠承受振動、沖擊等復(fù)雜載荷。例如，起重機的橋架與支腿連接、壓力容器的封頭與筒體連接等部位，都離不開強度螺栓的可靠連接。
（四）其他領(lǐng)域
除了上述領(lǐng)域，強度螺栓還在宇宙飛船、海洋鉆井平臺、汽車摩托車制造等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。在宇宙飛船中，強度螺栓用于連接飛船的各個艙段，確保在太空環(huán)境下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固；海洋鉆井平臺常年處于惡劣的海洋環(huán)境中，強度螺栓能夠抵抗海水腐蝕和風(fēng)浪沖擊，保證平臺的安全作業(yè)；在汽車摩托車制造中，強度螺栓用于發(fā)動機、底盤等關(guān)鍵部位的連接，保障車輛的性能和安全。
強度螺栓憑借其優(yōu)異的性能，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。隨著材料科學(xué)和制造工藝的不斷發(fā)展，強度螺栓的性能將不斷提升，為各行業(yè)的發(fā)展提供更加可靠的連接保障。
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