钢结构的螺栓基础知识.docx

1、钢结构的螺栓基础知识8.5螺栓基础知识紧固件 业界称之“工业之米”，其对于工业，相当于粮食对于人类。紧固件分为标准件和异型件两大类。一个国家的紧固件发展水平可以直接反映该国工业化程度。其中，德国标准为国际公认的高标准，国际标准（ISO标准）中99.9%采用的是照搬德标，而我国紧固件标准的建立基础是国际标准。标准件 指由相关政府部门规定其属性并通过发布的使用的。如国标，德标，美标，日标等。异型件 指根据工程需要按图纸加工的一些链接件。如地脚螺栓，拉条等。紧固件主要构成：专业术语1.规 格：即形状大小。通常包括直径和长度。螺栓、螺钉、螺柱（常见紧固件）表述方式如下(例)：M20*70 “M”表示“

2、米”制螺纹（即国家标准螺纹）；数字“20”代表螺栓直径；数字“70”代表螺栓长度。均以毫米（mm）计算，且螺栓、螺钉长度不含头部尺寸，螺柱则通常表示全长或有效长度（GB/T898/899通常表示的长度不含栽入部分，详见五金手册）。M30*2*280 称为细扣螺栓，中间2表示螺纹经螺母常见表述方式如下：（例）M20 同螺栓，“M”表示米制螺纹（即国家标准螺纹），数字“20”则表示内螺纹中径，与相同直径的螺栓配套使用。垫圈的表述方式：2.执行标准：其具体规定了标准件的形状、光滑度，硬度指标力学性能等标准，有的标准对材质，工艺也有明确的规定，其函盖了某种标准件的绝大部分信息。（有国标、非标 美标 日

3、标 德标 欧标 ISO国际标准）3.材 质：就是原材料的化学成分，分为普碳钢、中碳钢、合金钢等。4.级 别：特指螺栓的强度。5.力学性能：又说机械性能，包括硬度，屈服度，伸长率，断面率等6.表面处理：指给紧固件表面做特殊处理以达到防腐蚀或美观的效果。发黑，镀锌等。螺栓螺栓的种类有：6. 六角螺栓：栓头为六角形；包括钢结构用大六角螺栓和普通外六角。普通外六角螺栓，执行标准有GB/T5780/1/2/3（国标5780/2为半牙螺栓，5781/3为全牙螺栓）5780/1为4.8S一下，通常称为普通螺栓，国标螺栓或普栓等；5782/3泛指8.8级以上（10.9级 12.9级）的高强螺栓，栓头略厚。钢结

4、构用大六角螺栓，常用直径型号为（M12目前国内没有生产）M16 M20 M22 M24 M27 M30 为10.9S级。“S”代表钢结构专用栓。注：同级别的六角螺栓和大六角螺栓的区别在于，栓头厚度及最短弦长标准不同，大六角栓头部要厚较大，即栓头相对较大。同为M20的六角螺栓最短弦长比较如下六角弦长30 大六角弦长为342.地脚螺栓：如图1-1图 1-1国家地脚螺栓（9字形），执行标准GB/T799-1988，如下图：L型地脚螺栓 执行JB/ZQ4364标准即为直角，国标规定L底长为直径的4倍（一般按客户要求做）。术语说满外长、中线长。T型地脚螺栓，等腰梯形栓头，栓头需要大型设备热打才能成型，如

5、图1-2.锚板型地脚螺栓：图 1-23.钢结构用扭剪型螺栓连接副（扭剪螺栓）：直径分为M16、M20、M22、M24、M27、M30规格；与大六角螺栓同样应用于钢结构连接，相比之下扭剪螺栓具有施工快、一致性好等优点。4.马车螺栓：常见型号在M12一下；圆顶棱身栓头螺母地脚螺母常用GB41标准 注：相比双头螺栓上配母GB6170较厚，略显粗糙。双头螺母常用GB6170标准。6. GB41螺母：（具体尺寸见紧固件手册）较GB6170粗糙、略厚，外形无差别，价格稍低，常用于地脚螺栓上。 2.GB6170螺母：（具体尺寸见紧固件手册）新国标，较为精致。通常国标螺母：对边长 = 1.5倍直径；厚度 =

6、0.5倍直径3.开槽螺母：比较厚，一端有数个凹槽，常与销轴配套使用。4.锁紧螺母：侧内圈向外凸起，与垫圈紧密衔接，密闭性好；垫圈分为尼龙橡胶圈和金属圈，有耐高温需求的工程采用金属垫圈。可以防震，起到放松动锁紧作用。5.六角法兰螺母：无需垫片含摩擦面，例如，自行车轴上的螺母。6.碟形螺母如图2-1 7.圆形螺母 图2-18.盖母9.扣紧母：单牙母，常用于电力塔项目。 垫片 垫 片GB97标准型，又分1/2/3种规格，1-3产品粗超度逐步降低。GB96为大宽边平垫弹垫GB93 国家标准会对断口高度值有明确范围。 圆柱头焊钉焊钉，用于钢结构与混凝土的紧固链接，具有抗震作用，使用螺柱焊接时与瓷环配套使

7、用！通常用在高层结构建筑楼层板和桥梁结构上。螺钉螺钉，常见的为半圆头自功螺钉，不都是尖头。又分为：1. 内六角螺钉：如：自行车车把手中间2. 沉头螺钉：最具代表性的十字、一字螺钉螺钉一般是属于小型号紧固件，一般为M3 M4型号，常用在家具，家电上。（双头）螺柱6. GB901：（两端螺纹）等长双头螺柱A型：粗杆，材料中轴直径相当于或略大于螺纹外径图：B型双头 图：A型双头B型：细杆，材料中轴直径相当于或略小于螺纹中经。2.GB898/9：通常用于机械设备上，一般客户所说长度不含“栽入部分长度”。标准HG标准(化工标准)：HG20613（欧洲体系）、HG20634（美洲体系）、SH3404(石化

8、标准)、GB/T9125（国标管法兰紧固件）化工部标准，一般为合金钢，耐高温，耐低温，耐腐蚀性强。紧固件相关标准参数6. 紧固件强度指标：3.6级 4.6级 9.8级（不常用标准），常用标准 4.8级 5.6级 6.8级 8.8级 10.9级（10.9S级） 12.9级。“4”指性能等级，即抗拉等级为4，即每平方毫米抗拉强度为400MPa； “.8”为屈服比值，即0.8；屈服强度=抗拉强度*屈服比值；8.8级以下统称为普通螺栓 含8.8级以上为高强螺栓，一般需要热处理才能达到强硬度和韧度的要求。8.8级螺栓，直径为M24一下可以采用热淬透性略差的碳钢像45# 、35#制作，而M24以上规格则必

9、须采用淬透性较好的合金钢，像40Cr 、35CrMo等。10.9级以上只能采用合金钢像35VB、20MnTiB等热处理：是将金属产品放在热处理设备内，进行加热（淬火）、冷却、保温（回火）等流程，通过改变表面或内部的组织结构，来控制其产品性能的一种工艺。，注：螺栓的淬火温度一般为800度，回火温度一般在500600度之间。热处理回火时间越短，材料硬度越好，韧脆度越差。热处理，通常用冷却液或油（没有固定的沸点）来冷却，不用水是为了避免瞬间温度变化过大而引起产品断伤或断裂。美标8级标准相当与国标10级标准。10.9级和10.9S级的区别：后者为钢结构专用螺栓（S代表钢结构专用），同样的级别后者对性能

10、的限制更多，要求更高，如固定材质，系数范围等。二. 常用的硬度指标包括HRC洛氏指标和HB布氏硬度。常用维氏硬度HV表示垫片硬度；而测量螺栓通常采用洛氏硬度表示，HRC 通常表示高强度螺栓硬度。8.8级螺栓的洛氏硬度为2232之间，通常我们认为布氏硬度值是洛氏硬度的十倍，严格的所是略大些的。三. 伸长率即最大抗拉的伸长量与原长的比值。如，4.8级螺栓伸长率要求在17%18%；8.8级要求不小于13%，10.9级别要求不小于10%。四.断面率即拉断螺栓瞬间的截面面积所占原来截面的比值，一般不小于48%。紧固件材质 常用的螺栓材质Q235-B 45# 35# 40Cr 35CrMo 20MnTiB

11、 35VB 42CrMo Q345-BCrMoMnTiVB铬钼锰钛钒硼注：“45”为碳含量指标，即碳含量0.45%“Q”代指屈服强度，“235”为屈服值，即235Mpa；因此其相当于4.6级=400*0.6=240Mpa材质的演变：随着铸造钢材技术的发展，紧固件原材料性能也越来越高，例35# ML35K 45# ML45K 其可塑性更好，满足冷墩成型要求。焊钉材质的为 ML.15、ML.15Al ML.15 为含碳量为0.15%的冷镦钢，与Q235材质基本无差别，但ML.15材质含有害元素P、S较少，钢的纯度高，具有冷镦性能强，可塑性良好等特点。能更好的避免在生产过程中，冷镦开裂的现象。注：我

12、们一般用ML15材质做焊钉，其含碳量就是0.15%。常用地脚螺栓材质：Q235 45# Q345（16Mn）Q345(16Mn)是一种低合金钢，其抗冲击防震性，塑性和焊接性良好，而且耐低温性能好！注：我们厂所用的材质，一般指Q235-B Q345-B，后者抗拉性能和韧性较好。Q345-A 只限定了其化学成分，不保力学性能；只限定其抗拉强度下限约等于450MaP，无上限。Q345-B 即保证化学成分，又保力学性能（我们的地脚，拉条等产品符合此要求）及规定抗拉强度下限也规定了上限。Q345-C 在B基础上，耐低温，适应环境能力强，可保证-20冲击试验合格。Q345-D 比C适应环境能力更强，可保证

13、-40冲击试验合格。从AD化学元素无大差别，主要是纯度差异，其性能在低温下差别明显。国内C级原材不是很好采购，且尚无法采购小批量D级别原材，因此成本高，无法及时提供供货保障。遇到客户有明确要求的，可建议用35CrMo代替，此材质完全可以达到C D级性能要求，市场上供应充足，价格合理。常用螺母材质：低碳钢ML.0.8 ML.10中碳钢 45# 35# 常用产品级别与材质的搭配螺母级别：4H 5H 6H 8H 10H螺母级别与材质：4H 用低碳钢ML0.8、ML105H 6H 用中碳钢45# 35#8H 10H 用中碳钢45# 35# 35CrMo 30CrMo做热处理即可达到硬度要求。因螺母本省

14、中心空的，其对材料淬透性要求不高，所以通常普碳钢可以满足要求。注：因Q235材质含碳量较高易裂缝，所以一般不用其做螺母，但行业内常这么要求，无需在意。国内市场没有30CrMo，因此一般用含碳量略高的35CrMo代替。螺栓级别：4.8级 5.6级 6.8级 8.8级 10.9级（10.9S级） 12.9级。螺栓级别与材质：普通螺栓4.8级 5.6级采用普碳钢 常用材质Q235 45# 35#等，含碳量越高其原材越硬，抗拉强度值越大，可塑性越差。Q235通过冷拔可提高其屈服强度至 300Mpa满足5.6级要求。高强螺栓8.8级采用碳钢 常用材质45# 35# 40Cr 35CrMo 等，需要热处理

15、。 直径小于22的产品可以使用45#、35#材质；直径超过24的产品可采用淬火性能较好的40Cr材质。高强螺栓10.9级及以上级别采用合金钢 常用材质40Cr 35CrMo 20MnTiB 35VB等，增加不同金属元素可提高原材在抗拉强度、淬透性、环境适应力等方面的性能。35CrMo材质具有高静力强度；淬透性好；耐高温、低温等优点适应环境能力较强。20MnTiB和35VB材质为当前钢结构螺栓指定材质，直径在24以下的钢结构螺栓严格要求采用20MnTiB材质。钢结构螺栓直径为27、30时一般采用35VB材质。高强螺栓12.9S：常用材质35CrMo、42CrMo。地脚螺栓材质与级别：4S：采用Q

16、235材质，一般可以满足4.6S要求，但不到4.8S要求。45S：采用Q345（16Mn）可以满足5.6S要求，一般不能调质到8级。6S：采用45#本身具有每平方毫米600MaP的抗拉强度，相当于6级8S：小直径（M36以下）的采用45#通过热处理调质可达到8.8S要求大直径（M36以上）的可采用渗透性更好的40Cr材料调质达到8.8S要求10S：小直径（M36以下）的40Cr可通过热处理调质可达到10.9S要求大直径（M36以上）的可采用渗透性更好的35CrMo材料调质达到10.9S要求注：冷拔拉细可以增强材料的硬度和韧性，提高材质质量。碳含量越多材料越硬，容易脆断，因此低碳钢的韧性使其能调

17、质到高级别。碳、磷是主要的有害元素，其含量上国家有严格的标准限制。螺栓、螺母、垫圈的性能等级和推荐材料表，若客户需要也可使用其他材质，但需在合同中注明。类别性能等级推荐材料标准编号适用规格螺栓10.9S20MnTiB ML20MnTiBGB/T3077 GB/T6478M16、M20、M22、M2435VB 35CrMoGB/T3077M27、M30螺母10H45#、35#、ML.35GB/T699、GB/T6479皆可用垫片45#、35#GB/T699手册上常用的标准件代号：标准件螺栓螺母平垫弹垫10.9S8.8S4.8S双头GB/T41-2000 GB/T6170GB6175GB6176G

18、B/T97-2002GB96GB95GB/T93-1987执行标准GB/T1228-2006GB/T5782/3-2000GB/T5780/1-2007GB/T901-1988标准件大六角连接副扭剪型连接副焊钉地脚螺栓GB/T-1231GB/T-3632GB/T10433-2002国标L型T型执行标准GB/T799-1988JB/ZQ4362-97JB/ZQ4362-97紧固件的表面处理表面处理步骤成品经过酸洗、中和处理或喷沙除油除锈钝化表面处理（电镀 热镀）酸洗：是用酸溶液除去成品表面的油、锈，通常需要中和反映。喷沙：即用高速微小沙粒冲洗陈品表面，以达到出油除锈的效果。其避开了使用酸液对产品

19、质量的伤害，通常在达克罗处理时使用。钝化：在产品表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、牢固地吸附在金属表面上的钝化膜。通常是氧化金属的化合物。它起着防腐蚀的作用。1.发黑，又叫法蓝（兰）处理，即加碱处理，NaOH、NaHNO3，客户无明确要求必做发黑处理，有效的掩盖由于热处理造成的产品表面不足，因此，主要用于需要热处理的高强紧固件。2.电镀锌：就是置换反应，镀锌厚度一般产品直径越大厚度越大。国家规定镀锌厚度如表所示，实际镀锌厚度为35um左右。可选银白、蓝白和彩锌。镀彩锌：有黄、黑（很少）、军绿色等。电解镀锌产品表面常附着氢离子，会影响产品力学性能，就是常说的氢脆，因此需要做趋氢处理。

20、目前电镀锌，内涵铬元素通常是+6价，即Cr6+溶液反应，镀锌成本在300650元/吨。有客户要求用环保的+3价铬，即Cr3+溶液反应，成本在650750元/吨。3.热侵锌：即把成品放入经过高温融化的固体锌溶液，特定时间后捞出进行离心处理的过程。表面颜色常见的有灰白（相对低温锌层厚）和亮白（相对高温锌层薄）两种。即热镀锌产品表面越光，镀锌层越薄；表面呈灰色，且厚度越均匀（没有结流）则越好。热镀锌缺点：高温镀锌相当于对产品二次回火，严重影响产品硬度，破坏力学性能，因此美国标准有明文规定10.9级以上栓严谨采用热处理防腐。锌层较厚，几何尺寸变化大，因此配螺母需要做扩孔处理。热镀锌常用上锌量来表示：即

21、每平方米上锌重量为多少克。上锌量在270g/m2以上，可以满足40um的厚度要求。现实中镀锌前后产品每吨重量差在1015Kg。测量上锌层厚度一般取三个面求平均值。上锌量与厚度转换公式：M克/ 除以 铁的密度7850Kg/m3 = N m热侵会附着在螺纹里，需要做离心处理。温度越高时间越短，上锌越薄：温度低时间越长，上锌越厚。机械镀锌又叫粉末镀锌，高速高温冲刷。注：由于镀锌厚度的影响，热度锌螺栓要对螺母做微加大处理不然拧不上。螺母进行扩孔处理后，通常会有些框，但国家没有具体规定扩孔的标准，因此只需要保证实验载荷就算合格。即在螺栓拉断时螺母不脱落即为合格。工人常说的的30杠，40杠即是扩孔数值单位

22、。4. 达克罗，分为含铬和不含铬两种，铬是一种有毒元素，生产过程污染环境含铬，即用锌铬酸盐对产品进行喷刷，只有银白色，通常需要两次涂层。无铬，新型绿色表面处理工艺，有多种颜色，常见的有黑色，军绿色。达克罗是由美国引进，因为其采用喷沙除油除锈，而且其要求温度是在200300之间，其对产品质量无太大损伤，因此是比较理想的防锈处理方式，但达克罗有一定的环境污染。即使无太大的质量损伤，但因为表面不够光滑，也会影响高强螺栓检测是的系数值，因此，达克罗重要的保检测一步是的皂化。缺点是：附着力差，怕磕碰。皂化：在金属表面附着一层皂化材料,主要起润滑作用.金属在拉拔的时候用到。5.真空渗锌镀锌，热镀锌的一种，

23、即在真空加高温双重环境下将锌的快速渗透在产品表层，形成一定厚度的锌铁合金层，业界有人将他理解成一种热处理工艺，15年以上防锈。渗锌工件有很强的耐腐蚀性，表面硬度增高，无氢脆！广泛应用于公、铁路建设，造船，航空，风电，水电等领域。据说可以保证30年不锈，在我国青藏高铁上有用到。处理方式涂层厚度耐腐蚀期成本优缺点处理方式常用产品本色23月附加成本最低产品表面粗糙黄油处理4.8紧固件法蓝38um6个月160260元/吨覆盖热处理后的红云，产品表面美观一致加碱处理8.8紧固件电镀锌M12以下8um，以上812um1 年以上小件产品成本300-450/吨；长大件550-600/吨悬挂式镀锌产品表面光亮；

24、“氢脆”效应使得影响产品硬度电解置换处理8.8以下可做，含10.9S以上紧固件不做电镀锌热侵锌43100um8 年以上大件12001500/吨，小件2000-2500/吨表面光亮：热处理温度过高影响产品力学性能500度融锌热侵8.8以下可做，含10.9以上紧固件一般不做热浸锌真空镀锌20120um30年以上大件15001700吨，小件2200-2700/吨耐磨性好，不影响力学性能；表面亮度不足真空环境下渗透铁道扣件及其它恶劣环境条件下达克罗812um510年与真空镀锌成本差不多环保，耐高温，结合力好；耐磨性不好，怕磕碰表面喷刷钢结构机械镀锌30年以上15001700元/吨上锌层相对薄，且耐腐蚀

25、极地高铁结构钢结构螺栓连接副大六角连接副：必成套，即一栓、两垫圈、一螺母。因其属于高张力栓，靠其自身张力锁紧，故用平垫而不用弹垫，弹垫在此无助于锁紧，反会破坏其摩擦系数。大六角检测的必要指标实验和要求：6. 楔负载实验螺栓头下置100 楔垫，在拉力实验机器上将螺栓拧在带有内螺纹的专用夹具上（大于等于d）然后进行拉力实验。要求：100 楔垫尺寸及硬度要符合GB/T3098.1的规定。进行实验时，拉力载荷在下表规定的范围内，断裂应发生在螺纹或螺纹与螺杆交界处。掉头或断在螺杆上则为不合格。注：当螺栓长度不足只直径的三倍时，可不做楔负载实验，允许用拉力载荷试验或芯部硬度实验代替。拉力载荷应符合下表要求

26、：螺纹规格dM16M20M22M24M27M30公称应力截面积是As/mm215724530335345956110.9S 拉力载荷（kN）163-195255-304315-376367-438477-569583-696芯部硬度应符合下表要求：性能等级维氏硬度洛氏硬度最小值（min）最大值（max）最小值（min）最大值（max）10.9S312HV30367 HV3033HRC39HRC2.保证载荷实验将螺母拧入螺纹心棒，实验时夹头的移动速度不应超过3mm/min。对螺母施加下表规定的保证载荷，持续15s，螺母不应脱落或破裂。当去掉载荷后，应可用手将螺母旋转出。螺纹规格DM16M20M2

27、2M24M27M30公称应力截面积是As/mm2157245303353459561保证力Sp/Mpa104010H 保证载荷(As*Sp)/kN1632553153674775833.垫片硬度实验实验在支撑面上进行，10H垫片洛氏硬度为30HRC4.扭矩系数实验实验室对螺栓做配套的组合实验，扭矩系数要严格控制在0.11-0.15之间。系数过大或过小都会导致螺栓拧不紧或超拧。影响扭矩系数的因素：1 螺牙的精度。注：螺牙精度的检验主要是“通止规”。即通规和止规，通规要求手拧至底儿无障碍，止规要求满帽丝则止，不凸不凹方是合格。6. 螺母内牙的光滑程度；6. 垫片表面的光滑度；越光扭矩系数越小，光滑

28、度适中为好，既不能太滑也不能太粗糙。外因。包括温度，湿度，运输破坏等，因此在运输时要求 栓母垫分开装箱的。HV30标准扭矩系数有效保证时间为6个月。HV30直径*扭力系数*设计预拉力=实际扭力数扭剪螺栓连接副：必成套，即一栓、一垫圈、一螺母。自身具有高胀力。纽剪螺栓检测的必要指标实验和要求：（技术验收）1.楔负载实验2.保证载荷实验3.垫片硬度实验试验在“支承面”上进行，执行GB/T230.1或GB/T4340.1的规定。4.紧固轴力实验连接副的禁固轴力试验在轴力计或测力环上进行， 必成套试验，不能重复使用。下表为禁固轴力标准：螺纹规格M16M20M22M24M27M30每批紧固轴力的平均值/kN公称110171209248319391min100155190225290355max121188230272351430紧固轴力表批准差x/kN10.015.519.022.529.035.5注：若长度达不到直径的的三倍，可不做紧固轴力实验，改用“心部硬度实验”代替。影响紧固轴力的实验的因素