第六章美标钢结构螺栓连接副教材.docx
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第六章美标钢结构螺栓连接副教材
第六章 美标钢结构螺栓连接副
自上世纪60年代开始,在世界范围内钢结构螺栓广泛使用于铁路桥梁和高层建筑、锅炉钢结构厂房及其它钢结构上,由于其结构重量和强度的合理性、使用的可靠性和安全性,各国都开始着力研究和制定了钢结构螺栓标准。
美国也相继推出了钢结构螺栓和扭剪型螺栓(英寸和米制)二套系列标准,见表60。
表60 钢结构用螺栓连接副标准
标准编号
版本
标准名称
ASTMA325
2010
最小抗拉强度120/105ksi的热处理结构钢螺栓
ASTMA325M
2010
最小抗拉强度830MPa的热处理米制钢结构钢螺栓
ASTMA490
2009
最小抗拉强度150ksi的热处理合金结构钢螺栓
ASTM A490M
2011
10.9和10.9.3级高强度合金结构钢米制高强度螺栓
ASTMF1852
2011
钢热处理、控制抗拉强度最小120/105ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副
ASTMF2280
2011
钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副
6.1 ASTMA325-2010《钢结构螺栓连接副热处理抗拉强度120/105ksi》
6.1.1 ASTMA325M-2009《最小抗拉强度830MPa的热处理米制钢结构钢螺栓》
标准规定了2个等级的螺栓:
1型和3型,其抗拉强度均为826MPa,相当于8.8级。
1型—用中碳钢制造;
2型—用低碳马氏体钢制造(已于1991年11月取消);
3型—用耐大气腐蚀钢制造。
A325大六角头螺栓、螺母、垫片的尺寸标准按ASMEB18.2.6-2011年《用于结构应用的紧固件》标准(螺纹长度较普通大六角螺栓要短些),配A194或A563标准的大六角螺母。
A325M米制结构钢螺栓、螺母、垫片的尺寸标准按ASMEB18.2.3.7M《用于结构应用的米制紧固件》标准,配A563M标准的大六角螺母,见表61和表62。
表61 A325/A325M螺栓与螺母性能等级匹配表
A325/A325M螺栓
螺母
表面处理
等级
表面
标准
等级
1型
无涂层
A563/A563M
C、C3、D、DH、DH3/8S
无涂层
A194
2H
1型
涂层F11363级
A563/A563M
DH/10S
涂层F11365级
A194
2H
3型
无镀层
A563/A563M
C3、DH3/8S3
无涂层
表62 A325/A325M螺栓机械性能要求
等 级
规格
抗拉强度MPamin
屈服强度MPamin
硬度
标志
A325(英寸)
1/2~1
827
586
C25~34
A325
11/8~11/2
724
510
C19~30
A325M(米制)
M16~M36
830~1030
600
C23~34
A325M8S
A325钢结构螺栓的机械性能测试应按ASTMF606/606M《外螺纹、内螺纹紧固件、垫圈和铆钉的机械性能的测试方法》标准规定的方法进行。
拉力试验用螺栓实物进行试验,并应满足规定的强度(不低于)826MPa;其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位,而头下结合处应无任何破坏痕迹。
其中,保证载荷试验不是强制性的。
硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。
表面热镀锌可按ASTMF2329《紧固件热镀锌》或达克罗处理按ASTMF1136《紧固件用铬/锌防蚀镀层》执行。
热镀锌螺栓/螺母组件必须进行旋转能力试验。
试验前先在螺母上涂润滑剂,将镀锌螺栓放在轴力扭矩测试仪器中,和相配的垫圈、螺母装配在一起,至少留出3~5牙螺纹,先预加10%载荷的力,然后施加不少于90%的保证载荷的轴力,此时按标准规定的不同长度扭转螺母相应的300°~420°,见表63;在扭转螺母的过程中,螺栓不得转动。
经过以上扭转能力试验后,检查应无破坏迹象。
表63 热镀锌螺栓旋转角度
螺栓长度
螺母旋转角
≤4倍直径
240°
≥4倍直径≤8倍直径
360°
≥8倍直径
420°
破坏定义:
a.旋转螺母到规定的角度时,螺母不能拆下;
b.用肉眼检查,发现螺纹有剪切破环;
c.螺栓扭曲破坏。
如有以上现象之一,均应认为是旋转能力不合格。
钢结构螺栓机械性检验标准见表64。
表64 钢结构螺栓机械性检验标准
项目
检验标准
硬度
ASTMF1470
抗拉强度
保证载荷
旋转试验
镀层厚度、重量
表面缺陷
ASTMF788/788M
尺寸
ASMEB18.2.6
螺纹
标志
6.1.2 ASTMA490-2011《钢结构用高强度螺栓连接副》
ASTMA490M-2011《10.9和10.9.3级高强度合金结构钢米制高强度螺栓》
标准规定了2个等级的螺栓:
1型和3型,其抗拉强度均为1033MPa。
1型―用合金钢制造;
2型―于2002年已取消;
3型―用耐大气腐蚀的钢制造(材料按ASTMA588/A588M、A242和A709标准选用)。
A490是钢结构大六角头螺栓,需配A194或A563标准的大六角螺母,见表65~表66。
表65 A490/A490M螺栓与螺母性能等级匹配表
A490/A490M螺栓
螺母
表面
等级
表面
标准
等级
1型
无涂层
A563
DH、DH3
无涂层
A194
2H
A563M
10S
1型
涂层F11363级
A563
DH、DH3
涂层F11365级
A563M
10S
3型
无镀层
A563/A563M
DH3/10S3
无镀层
表66 A490/A490M 螺栓机械性能
等 级
规格
抗拉强度MPa
屈服强度MPa
硬度
标志
A490(英寸)
1/2~11/2
1034~1172
586min
C33~38
A490
A490M(米制)
M16~M36
1040~1210
600min
C33~38
A490M10S
A490钢结构用螺栓的机械性能测试应按ASTM F606M规定的方法进行。
拉力试验用螺栓实物进行试验,并应满足规定的强度在1034~1172MPa之间;其断裂部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位,而头下结合处应无任何破坏痕迹。
同时还应做机加工标样试验,当机加工试验与实物试验有矛盾时,以实物试验为仲载试验。
其中,保证载荷不是强制性的。
硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。
A490钢结构用螺栓应进行表面磁粉探伤,以检查表面纵向和横向裂缝。
从一个批量中随机抽取一个样品,进行磁粉探伤试验,检查表面应无任何纵向和横向裂缝。
英制A490钢结构螺栓、螺母、垫圈的尺寸标准见ASMEB18.2.6-2007。
米制A490M钢结构螺栓、螺母、垫圈的尺寸标准见ASMEB18.2.3.7M。
6.1.3 美标扭剪型高强度螺栓
美标扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副有二个标准。
ASTMF1852-2011《钢热处理、控制抗拉强度最小120/105ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副》
ASTMF2280-2011《钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副》
6.1.3.1 工作原理
扭剪型高强度螺栓连接付是通过其螺栓端部的突出的梅花头,承受旋转螺母时产生的扭矩反力,持续紧固直到梅花头勾槽处断裂,也就是说通过断裂扭矩来控制紧固轴力(见图24)。
因此紧固件轴力的稳定是通过控制机械性能和梅花勾槽的尺寸精度,配套件的表面润滑状态却占有主导的因素,试验的环境温度也是一项不可忽视的问题。
为确保剪切轴力符合标准规定的要求,需具备如下条件:
1、机械性能。
2、作业环境和温度。
3、梅花头勾槽精度。
4、螺栓、垫圈不发生共转。
5、适当的表面润滑处理。
扭剪型螺栓形式尺寸见图25,由于ASTMF1852标准版本不同,梅花齿有12齿和16齿之分。
6.1.3.2 螺栓组件匹配
因扭剪型高强度螺栓连接付具有良好的机械性能,使用方便和装配轴力可靠性高。
组件包括一个轴力控制的有花键端螺栓、相配合螺母(ASTMA1942H)和钢淬硬垫圈(ASTMF436)组成,见表67~表68。
表67 F1852螺栓与螺母性能等级匹配表
F1852螺栓
螺母
垫圈
等级
表面
标准
等级
标准
等级
1型
无镀层
A563
DH、C
F436
1型
(A194)
2H
1型
机械镀锌
A563
DH
F436
1型
3型
无镀层
A563
DH3、C3
F436
3型
表68 F1852螺栓机械性能
等级
规格
抗拉强度MPamin
屈服强度MPamin
硬度
F1852
1/2~1
827
586
C25~34
11/8~11/2
724
510
C19~30
6.1.3.3 试验和要求
①制造者应根据标准规定的批质量要求,在出运前对单一批和组合批进行检验。
如果供货的单一批不是供货者生产,那么要进行全部检查确保合格。
②批的控制——每一批的制造、加工、材料、炉号,装运,生产者都要作好批的过程记录和批的标识。
③机械性能、化学成份的抽样方案按ASTMF1470标准要求进行,紧固轴力是检查水平C。
④F1852钢结构扭剪型螺栓的机械性能测试应按ASTM F606规定的方法进行。
拉力试验用螺栓实物进行,并应满足规定的强度(不低于)826MPa;其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位,而头下结合处应无任何破坏痕迹。
硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。
⑤螺栓-螺母组件必须进行轴力试验。
(试验温度为10℃~32℃)
将螺栓组件放在轴力测试仪器中,和相配垫圈、螺母装配在一起,至少留出3~5牙螺纹,先通过扳手施加扭矩所产生的轴力(约10%保证载荷)。
再用电动装配工具锁住梅花键进一步施拧螺母,此时试验的垫圈和螺栓不得转动,持续拧紧直至梅花头与螺栓在沟槽处断裂。
此时产生的扭紧轴力要满足表69要求。
表69 F1852螺栓紧固轴力试验
规格
紧固轴力 磅(kN)
0.5000-13UNC
13000(57.78)
0.6250-11UNC
20000(88.91)
0.750-10UNC
29000(128.91)
0.8750-9UNC
41000(182.20)
1.000-8UNC
54000(240.00)
1.125-7UNC
59000(262.27)
破坏迹象定义为:
a.施加规定的轴力偏低或偏高,花键没有断裂;
b.用肉眼检查,发现螺纹有剪切破环;
c.试验紧固轴力到时螺栓断裂应发生在花键沟槽处,而不是螺纹或其它部位。
6.1.3.4 标志
1型螺栓在头部标志“A325TC”,包括三条相隔120°的半径线和制造者标志。
3型螺栓在头部标志“A325TC”,并在“A325TC”下加一条横线和制造者标志。
6.1.4 ASTMF2280-2011《钢热处理、控制抗拉强度最小1
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