高硬度螺絲是鋼結(jié)構(gòu)施工中最普遍常見的施工內(nèi)容，所有鋼結(jié)構(gòu)工程師就會感覺熟悉得不能再熟悉了。但是事實(shí)可能并非這么，明天我們從最基本的概念的入手，帶你重新認(rèn)識高硬度螺絲，可能會顛覆你最基本的認(rèn)識。

一、什么是高硬度螺絲

高硬度螺絲（High-GripBolt），中文譯音為：高硬度磨擦預(yù)緊螺絲，中文簡稱：HSFG。可見，我們英文施工中所說的高硬度螺絲是高硬度磨擦預(yù)緊螺絲的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡短了“摩擦（）”“預(yù)緊（Grip）”兩個詞，卻引起了許多工程技術(shù)人員對高硬度螺絲基本定義的理解，形成了誤區(qū)。

材料等級超過8.8級的螺絲，就是“高硬度螺絲”？

高硬度螺絲和普通螺絲的核心區(qū)別并不在于使用材料的硬度，而是受力的方式。本質(zhì)是是否施加預(yù)緊力，并借助靜磨擦力抗剪。

實(shí)際上在英標(biāo)規(guī)范，德標(biāo)規(guī)范中提及的高硬度螺絲（HSFGBOLT）只有8.8級和10.9級兩種（BSEN14399/ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺絲卻有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS369211款表2）；由此可見，材料硬度高低并不是區(qū)別高硬度螺母與普通螺絲的關(guān)鍵。

二、正確理解“高強(qiáng)”，強(qiáng)在何處

根據(jù)，估算單個普通螺絲（B類）8.8級和高硬度螺絲8.8級伸長率及抗剪硬度。

通過估算我們可以看見，相同等級的情況下，普通螺絲的伸長率硬度和抗剪硬度的設(shè)計(jì)值都要低于高硬度螺母。

這么高硬度螺絲，“強(qiáng)”在那里？

為回答這一個問題，必須從兩種螺絲的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)入手，研究其彈塑性變型的規(guī)律，并理解到設(shè)計(jì)破壞時的極限狀態(tài)。

普通螺絲和高強(qiáng)度螺絲工作狀態(tài)下?lián)隙葢?yīng)變曲線

設(shè)計(jì)破壞時的極限狀態(tài)

普通螺母：螺桿本身發(fā)生超過設(shè)計(jì)容許的塑性變型，螺桿被剪壞。

普通螺絲聯(lián)接，開始承受彎矩前聯(lián)接板間都會發(fā)生相對滑移，以致螺絲桿和聯(lián)接板接觸，發(fā)生彈塑性形變，承受彎矩。

高強(qiáng)度螺母：有效磨擦面間的靜磨擦力被攻破，兩塊厚板發(fā)生相對位移，設(shè)計(jì)審視上即為破壞。

高強(qiáng)度螺絲聯(lián)接，磨擦力首先承受彎矩，當(dāng)載荷減小到磨擦力不足以抵抗彎矩，靜磨擦力被攻破，聯(lián)接板發(fā)生相對滑移（極限狀態(tài)）。但此時盡管破壞，但螺絲桿與聯(lián)接板發(fā)生接觸，仍然可以借助其本身的彈塑性形變，承受彎矩。

高強(qiáng)度螺絲的承載能力低于普通螺絲，是為“高強(qiáng)”？

由單個螺釘?shù)墓浪憧芍哂捕嚷萁z伸長率和抗剪的設(shè)計(jì)硬度均高于普通螺母。其高強(qiáng)實(shí)質(zhì)是：正常工作時，節(jié)點(diǎn)不容許發(fā)生任何相對滑移，即：彈塑性變型小，節(jié)點(diǎn)撓度大。

可見：在給定設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)載荷的情況下，用高硬度螺絲設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)并不一定能節(jié)約螺絲使用數(shù)目，而且其變型小，撓度大，安全儲備高。適宜用鋼梁，等要求節(jié)點(diǎn)撓度較大的位置，符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱桿件”的基本抗震設(shè)計(jì)原理。

高強(qiáng)度螺絲之強(qiáng)膨脹螺栓英文，并非在于其本身的承載能力設(shè)計(jì)值，而是表現(xiàn)于其設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的撓度大，安全性能高，抗破壞的能力強(qiáng)。

三、高硬度螺母與普通螺絲的對比

普通螺絲和高強(qiáng)度螺絲因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)的受力原理不同，其在施工檢驗(yàn)方式上有極大的區(qū)別。

同等級普通螺絲各項(xiàng)機(jī)械性能要求均比高強(qiáng)度螺絲略高，但高強(qiáng)度螺絲較普通螺母多一項(xiàng)沖擊功的初驗(yàn)要求。

高強(qiáng)度螺母：（M24，L60，8.8級）

普通螺母：（M24，L60，8.8級）

可見普通螺絲大概為高硬度螺絲價位的70%，結(jié)合其初驗(yàn)要求的對比，可以得出，其折價部份就應(yīng)當(dāng)是為了保證材料的沖擊功（硬度）性能。

四、總結(jié)

對于一個看似簡單的問題，想要從本質(zhì)上深入，全面，正確的理解膨脹螺栓英文，也并不是一件簡單的事情。高硬度螺絲和普通螺絲的定義、含義、深意的區(qū)別，是我們正確理解，運(yùn)用高硬度螺絲，并進(jìn)行施工管理的基礎(chǔ)前提。

觀點(diǎn)

（1）在有些鋼結(jié)構(gòu)的書中確實(shí)有提出，高硬度螺絲是指硬度超過8.8級的螺母。對于這些觀點(diǎn)，首先英美標(biāo)準(zhǔn)是不支持的，沒有針對某種特定硬度等級來劃分“強(qiáng)”與“弱”。其次，也并不符合我們工作中提到的“高硬度螺絲”。

（2）為以便對比，此處不考慮復(fù)雜螺絲群的受力情況。

（3）承壓型高硬度螺母在設(shè)計(jì)時也考慮了螺桿的承壓受力，將在前面的“高硬度螺絲承壓型和磨擦型對比“中進(jìn)行詳盡介紹。

高硬度螺絲，你了解多少？

高硬度螺母在生產(chǎn)上全稱叫高硬度螺絲聯(lián)接副，通常不簡稱為高硬度螺母。

按照安裝特性分為：大六角形頭螺釘和扭剪型螺母。其中扭剪型只在10.9級中使用。

按照高硬度螺絲的性能等級分為：8.8級和10.9級。其中8.8級僅有大六角形型高硬度螺絲，在標(biāo)識方式上，小數(shù)點(diǎn)前數(shù)字表示熱處理后的伸長率硬度；小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示屈強(qiáng)比即屈服硬度實(shí)測值與極限伸長率硬度實(shí)測值之比。8.8級的意思就是螺絲桿的伸長率硬度不大于，屈強(qiáng)比為0.8；10.9級的意思就是螺絲桿的伸長率硬度不大于，屈強(qiáng)比為0.9。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中高硬度螺絲半徑通常有M16/M20/M22/M24/M27/M30，不過M22/M27為第二選擇系列，正常情況下選用M16/M20/M24/M30為主。

高硬度螺母在抗剪設(shè)計(jì)上按照設(shè)計(jì)要求分為：高硬度螺絲承壓型和高硬度螺絲磨擦型。

磨擦型的承載能力取決于傳力磨擦面的抗滑移系數(shù)和磨擦面數(shù)目，噴丸（丸）后生赤銹的磨擦系數(shù)最高，但從實(shí)際操作來看受施工水平影響很大，好多監(jiān)理單位都提出能夠減少標(biāo)準(zhǔn)來確保工程質(zhì)量。

承壓型的承載能力取決于螺母抗剪能力和栓桿承壓能力的最小值。在只有一個聯(lián)接面的情況下，M16磨擦型抗剪承載力為21.6~45.0kN，而M16承壓型抗剪承載力為39.2~48.6kN，性能要優(yōu)于磨擦型。

在安裝上，承壓型工藝要簡單一些，聯(lián)接面僅需清理污垢及浮銹。沿輪軸方向伸長率承載力，在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中寫的很有意思，磨擦型設(shè)計(jì)值等于0.8倍預(yù)拉力，承壓型設(shè)計(jì)值等于螺桿有效面積除以材料伸長率硬度設(shè)計(jì)值，看上去好像有很大區(qū)別，實(shí)際上兩個值基本一致。

在同時承受彎矩和桿軸方向拉力時，磨擦型要求是螺絲承受的彎矩與受剪承載力之比加上螺桿承受軸力與受拉承載力撓度比之和大于1.0，承壓型要求是螺絲承受的彎矩與受剪承載力之比的平方加上螺桿承受軸力與受拉承載力比的平方之和大于1.0，也就是說在同種載荷組合情況下，相同半徑的承壓型高硬度螺母在設(shè)計(jì)上的安全儲備要低于磨擦型高硬度螺絲的。

考慮到在地震反復(fù)作用下，聯(lián)接磨擦面可能會失效，這時侯的抗剪承載力還是要取決于螺母抗剪能力和板件承壓能力，因而抗震規(guī)范規(guī)定了高硬度螺絲極限受剪的承載力估算公式。

雖然承壓型在設(shè)計(jì)數(shù)值上占有優(yōu)勢，但因?yàn)槠鋵儆诩魤浩茐男褪剑萁z孔為類似普通螺絲的孔隙型螺母孔，在承受載荷作用時的變型遠(yuǎn)小于磨擦型，所以高硬度螺絲承壓型主要用于非抗震預(yù)制構(gòu)件聯(lián)接、非承受動載荷預(yù)制構(gòu)件聯(lián)接、非反復(fù)作用預(yù)制構(gòu)件聯(lián)接。

這兩種型式的正常使用極限狀態(tài)也是有區(qū)別的：

磨擦型聯(lián)接是指在載荷基本組合作用下聯(lián)接磨擦面發(fā)生相對滑移；

承壓型聯(lián)接是指在載荷標(biāo)準(zhǔn)組合作用下聯(lián)接件之間發(fā)生相對滑移；

普通螺絲

1.普通螺絲分A、B、C三種。前兩種是精制螺絲，較少用。通常說的普通螺絲，均指C級普通螺母。

2.在一些臨時聯(lián)接及需拆卸的聯(lián)接中，常用到C級普通螺母。建筑結(jié)構(gòu)常用的普通螺母有M16、M20、M24。個別機(jī)械工業(yè)粗制墊圈半徑可能比較大，用途特殊。

高硬度螺絲

3.高硬度螺絲的材料與普通螺絲不同。高硬度螺絲通常用于永久聯(lián)接。常用的有M16~M30。超大尺寸的高硬度螺絲性能不穩(wěn)定，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

4.建筑結(jié)構(gòu)的主預(yù)制構(gòu)件的螺絲聯(lián)接，通常均采用高硬度螺絲聯(lián)接。

5.鞋廠出廠的高硬度螺絲并不分承壓型還是磨擦型。

6.到底是磨擦型高硬度螺絲或則是承壓型高硬度螺絲？實(shí)際上是設(shè)計(jì)估算方式上有區(qū)別：

（1）磨擦型高硬度螺絲以板層間出現(xiàn)滑動作為承載能力極限狀態(tài)。

（2）承壓型高硬度螺絲以板層間出現(xiàn)滑動作為正常使用極限狀態(tài)，而以聯(lián)接破壞作為承載能力極限狀態(tài)。

7.磨擦型高硬度螺絲并不能充分發(fā)揮螺絲的潛能。在實(shí)際應(yīng)用中，對非常重要的結(jié)構(gòu)或承受動力載荷的結(jié)構(gòu)，尤其是載荷導(dǎo)致反向撓度時，應(yīng)當(dāng)用磨擦型高硬度螺拴，此時可把未發(fā)揮的螺絲潛能作為安全儲備。除此以外的地方應(yīng)采用承壓型高硬度螺絲聯(lián)接以增加造價。

普通螺母與高硬度螺絲區(qū)別

8.普通螺絲可重復(fù)使用，高硬度螺絲不可重復(fù)使用。

9.高硬度螺絲通常由高強(qiáng)鋼材制成（45號鋼(8.8s)，(10.9S)，是簡支螺絲，磨擦型用扭力扳手施加規(guī)定簡支，承壓型擰掉梅花頭。普通螺絲通常由普通鋼材(Q235)制成，只需旋緊即可。

10.普通螺絲通常為4.4級、4.8級、5.6級和8.8級。高硬度螺絲通常為8.8級和10.9級，其中10.9級居多。

11.普通螺絲的工件不一定比高硬度螺母大。實(shí)際上，普通螺絲螺帽比較小。

12.普通螺絲A、B級工件通常只比螺母大0.3~0.5mm。C級工件通常比螺母大1.0~1.5mm。

13.磨擦型高硬度螺絲靠磨擦力傳遞載荷，所以螺桿與工件之差可達(dá)1.5～2.0mm。

14.承壓型高硬度螺絲傳力特點(diǎn)是保證在正常使用情況下，彎矩不超過磨擦力，與磨擦型高硬度螺絲相同。當(dāng)載荷再減小時，聯(lián)接板間將發(fā)生相對滑移，聯(lián)接借助螺桿抗剪和孔壁承壓來傳力，與普通螺絲相同，所以螺桿與工件之差略小些，為1.0～1.5mm。

柱腳預(yù)埋件

15.預(yù)埋件沒有等級，只有材料之分：Q235和Q345。建筑結(jié)構(gòu)上用預(yù)埋件最多的就是柱腳預(yù)埋件。

16.柱腳預(yù)埋件既不屬于普通螺絲也不屬于高硬度螺母。嚴(yán)格來說，它不屬于螺母。柱腳預(yù)埋件通常采用M20或M24。

17.柱腳預(yù)埋件的制造標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)同普通螺絲的制造標(biāo)準(zhǔn)。柱腳預(yù)埋件埋入的寬度應(yīng)當(dāng)與其與混凝土之間的磨擦力，還有就是預(yù)埋件的方式有關(guān)。

膨脹螺絲和物理螺絲

18.不管是膨脹預(yù)埋件還是物理預(yù)埋件，均非國標(biāo)規(guī)范中的聯(lián)接方式，應(yīng)防止使用這類聯(lián)接，尤其是重要的聯(lián)接中。均應(yīng)采用事先預(yù)埋。

19.膨脹預(yù)埋件主要靠膨脹管的伸開與砼形成磨擦力來抗拔的。抗拔力的大小與施工工藝關(guān)系較大，人為誘因較大，抽查做伸長率實(shí)驗(yàn)也沒用。

20.物理預(yù)埋件是采用打孔機(jī)打孔成形，之后灌入物理涂料，將栓桿裝入，以成錨固作用。

21.膨脹螺絲和物理螺絲，雖然都屬于預(yù)埋件性質(zhì)。在個別情況下，由于沒有事先預(yù)埋件，就須要用到膨脹螺絲或物理預(yù)埋件了。但這些情形應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中努力防止。由于預(yù)埋件都應(yīng)當(dāng)預(yù)埋件。諸如柱腳預(yù)埋件。由于只有這樣，就能保證最佳的粘接和受力。并且事后打孔，經(jīng)常會對砼中的受力鋼筋以及砼本身導(dǎo)致?lián)p傷。

22.砼規(guī)范中，對于預(yù)埋件在混凝土中的預(yù)制構(gòu)件，都稱之為預(yù)埋。依據(jù)建設(shè)部文件，膨脹螺絲不得用于幕墻。通常新建工程，禁止采用膨脹預(yù)埋件，都應(yīng)當(dāng)采用預(yù)埋件。