【原】高强螺栓在游乐设施中的应用

螺栓连接是紧固件连接中最基本的一种结构形式，具有便于标准化大批量生产、构造简单、成本低、安装方便、可互换等优点，在现代游乐设备中被广泛应用。

游乐设施中常用的高强螺栓，所有技术人员和检验人员都会觉得熟悉得不能再熟悉了。通俗的说，8.8级以上等级的螺栓都成为高强螺栓或高强度螺栓，这种定义正确吗？因为这种定义，所以不管是技术人员或者是检验人员，对高强螺栓标准件的概念模糊不清，只是笼统的称为高强螺栓。普通高强螺栓的常用标准为：GB5782、GB5783. 钢结构用大六角高强螺栓的常用标准为：GB1228。

鉴于此，通过此篇文章，确认清楚是钢结构用的高强螺栓还是普通高强螺栓，我们从最基本的概念的入手，带你重新认识高强度螺栓，可能会颠覆你最基本的认识。

1 高强螺栓的概念

图1 高强度普通螺栓和螺母

高强螺栓和普通螺栓的核心区别并不在于使用材料的强度，而是受力的形式。本质是是否施加预紧力，并利用静摩擦力抗剪。际上在英标规范，美标规范中提到的高强度螺栓（HSFGBOLT）只有8.8级和10.9级两种（BS EN 14399 /ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺栓却有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等；由此可见，材料强度高低并不是区别高强度螺栓与普通螺栓的关键。由此可见，材料等级超过8.8级的螺栓，不一定是高强螺栓。性能等级超过8.8级的普通螺栓，通称为高强度螺栓（见《机械装备金属结构设计》P140）。

2 “高强”的实质

按照GB50017，计算单个普通螺栓（B类）8.8级和高强螺栓8.8级抗拉及抗剪强度。

图2 高强螺栓和普通螺栓对比计算

通过计算我们可以看到，相同等级的情况下，普通螺栓的抗拉强度和抗剪强度的设计值都要高于高强度螺栓。

设计破坏时的极限状态：

普通螺栓：螺杆本身发生超过设计允许的塑性变形，螺杆被剪坏。

普通螺栓连接，开始承受剪力前连接板间就会发生相对滑移，继而螺栓杆和连接板接触，发生弹塑性形变，承受剪力。

高强螺栓：有效摩擦面间的静摩擦力被攻克，两块钢板发生相对位移，设计考量上即为破坏。

高强实质是：正常工作时，节点不允许发生任何相对滑移，即：弹塑性变形小，节点刚度大。

可见：在给定设计节点荷载的情况下，用高强螺栓设计的节点并不一定能节省螺栓使用数量，但是其变形小，刚度大，安全储备高。适合用主梁等要求节点刚度较大的位置，符合“强节点，弱杆件”的基本抗震设计原理。

高强螺栓之强，并非在于其本身的承载能力设计值，而是表现于其设计节点的刚度大，安全性能高，抗破坏的能力强。

图3  高强螺栓（钢结构用高强度大六角头螺栓）

3 安装方式与防松措施

螺栓分为普通螺栓、高强度普通螺栓、高强螺栓。

普通螺栓一般直接承受拉力或者剪力，用于非重要结构构件的连接中，以往认为螺栓施工中只需拧紧即可。但目前电力系统和塔桅钢结构工程施工质量验收规程中已对“拧紧”给出了相对准确的扭矩值要求。《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)7.3.11第二条规定,扣件螺栓拧紧扭力矩40Nm,且不应大于65Nm。防松型式：普通螺栓+弹簧垫圈+平垫圈+螺母。

普通螺栓的紧固要求：

• 螺拴紧固时，宜采用呆扳手，不得使用打击法和超过螺栓的许用应力；

• 多只螺栓或螺钉联接同一装配件紧固时，各螺栓或螺钉应交叉、对称和均匀地拧紧。当有定位销时应从靠近该销的螺栓或螺钉开始均匀拧紧；

• 螺栓头、螺母与被连接件的接触应紧密；对接触面积和接触间隙有特殊要求时，尚应按规定的要求进行检验；

• 螺栓与螺母拧紧后，螺栓应露出螺母2～3个螺距，其支承面应与被紧固零件贴合；沉头螺钉紧固后，沉头应埋人机件内，不得外露；

• 有锁紧要求的螺栓，拧紧后应按其规定进行锁紧；用双螺母锁紧时，应先装薄螺母后装厚螺母；每个螺母下面不得用两个相同的垫圈。

高强度普通螺栓，高耸结构中的塔柱法兰，承受拉力，且结构承受一定的振动。螺栓采用高强度普通螺栓，螺栓可不施加预拉力（也可施加预紧力），但需拧紧，并且采用双螺母防松。防松型式：高强度普通螺栓+平垫圈+双螺母。

• 高强度螺栓在装配前，应按设计要求检查和处理被联接件的接合面；装配时，接合面应保持干燥，严禁在雨中进行装配；

• 不得用高强度螺栓兼做临时螺栓；

• 安装高强度螺栓时，不得强行穿人螺栓孔；当不能自由穿人时，该孔应用铰刀修整，铰孔前应将四周螺栓全部拧紧，修整后孔的最大直径应小于螺栓直径的1.2倍；

• 组装螺栓联接副时，垫圈有倒角的一侧应朝向螺母支撑面；

• 高强度螺栓的初拧、复拧和终拧应在同一天内完成。

高强螺栓，承受拉压交变荷载，先对其施加预拉力，然后在被连接件之间的接触面上产生摩擦阻力来承受剪力或减少其预压力来受拉力。一般用于梁构件等重要的工业及民用建筑中，此种螺栓一般采用扭矩法施工，螺栓依靠螺纹之间压紧产生的摩擦力进行防松。防松型式：高强螺栓+双垫圈+螺母+预紧力。

• 施工所用的扭矩扳手，每次使用前必须校正，其扭矩偏差不得大于±5%，并应在合格后使用；校正用的扭矩扳手，其扭矩允许偏差为±3%;

• 大六角头高强度螺栓的拧紧应分为初拧和终拧；对于大型节点应分为初拧、复拧和终拧；初拧扭矩应为终拧扭矩值的50%复拧扭矩应等于初拧扭矩，初拧或复拧后的高强度螺栓应在螺母上涂上标记，然后按终拧扭矩值进行终拧，终拧后的螺栓应用另一种颜色在螺母上涂上标记；

• 螺栓拧紧时，应只准在螺母上施加扭矩。

4总结

• 超过8.8级的螺栓不一定是高强螺栓，也可是高强度普通螺栓，现在市面上常用的高强螺栓只有钢结构用高强度大六角头螺栓；

• 游乐设备主要为钢架结构，同时承受冲击、震动等，常用高强度普通螺栓（GB/T5782-5783，8.8级以上），配双螺母预紧，预紧力参考GB8408-2018表C1的规定。回转支承螺栓多用高强度普通螺栓。

• 对于重要钢结构的连接，承受较大静载荷的巨型钢结构游乐设备，如大型摩天轮，建议采用高强螺栓（GB/T1228-1230，钢结构用高强度大六角头螺栓），大六角每套是配一个螺栓、一个螺母、二个平垫，同一批号、规格，按照计算预紧力预紧，预紧力参考GB8408-2018表C2的规定。

• 大部分游乐设备存在冲击和震动，载荷并不大（相对于大桥和体育馆等大型结构），受力形式不同于处于静态的建筑钢结构，对防松要求较高，建议多采用高强度普通螺栓并配双螺母预紧。