高强度螺栓与普通螺栓，你了解多少 ？

高硬度螺丝是钢结构施工中最普遍常见的施工内容，所有钢结构工程师就会感觉熟悉得不能再熟悉了。但是事实可能并非这么，明天我们从最基本的概念的入手，带你重新认识高硬度螺丝，可能会颠覆你最基本的认识。

一、什么是高硬度螺丝

高硬度螺丝（High-GripBolt），中文译音为：高硬度磨擦预紧螺丝，中文简称：HSFG。可见，我们英文施工中所说的高硬度螺丝是高硬度磨擦预紧螺丝的简称。在日常沟通中，仅仅是简短了“摩擦（）”“预紧（Grip）”两个词，却引起了许多工程技术人员对高硬度螺丝基本定义的理解，形成了误区。

材料等级超过8.8级的螺丝，就是“高硬度螺丝”？

高硬度螺丝和普通螺丝的核心区别并不在于使用材料的硬度，而是受力的方式。本质是是否施加预紧力，并借助静磨擦力抗剪。

实际上在英标规范，德标规范中提及的高硬度螺丝（HSFGBOLT）只有8.8级和10.9级两种（BSEN14399/ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺丝却有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS369211款表2）；由此可见，材料硬度高低并不是区别高硬度螺母与普通螺丝的关键。

二、正确理解“高强”，强在何处

根据，估算单个普通螺丝（B类）8.8级和高硬度螺丝8.8级伸长率及抗剪硬度。

通过估算我们可以看见，相同等级的情况下，普通螺丝的伸长率硬度和抗剪硬度的设计值都要低于高硬度螺母。

这么高硬度螺丝，“强”在那里？

为回答这一个问题，必须从两种螺丝的设计工作状态入手，研究其弹塑性变型的规律，并理解到设计破坏时的极限状态。

普通螺丝和高强度螺丝工作状态下挠度应变曲线

设计破坏时的极限状态

普通螺母：螺杆本身发生超过设计容许的塑性变型，螺杆被剪坏。

普通螺丝联接，开始承受弯矩前联接板间都会发生相对滑移，以致螺丝杆和联接板接触，发生弹塑性形变，承受弯矩。

高强度螺母：有效磨擦面间的静磨擦力被攻破，两块厚板发生相对位移，设计审视上即为破坏。

高强度螺丝联接，磨擦力首先承受弯矩，当载荷减小到磨擦力不足以抵抗弯矩，静磨擦力被攻破，联接板发生相对滑移（极限状态）。但此时尽管破坏，但螺丝杆与联接板发生接触，仍然可以借助其本身的弹塑性形变，承受弯矩。

高强度螺丝的承载能力低于普通螺丝，是为“高强”？

由单个螺钉的估算可知，高硬度螺丝伸长率和抗剪的设计硬度均高于普通螺母。其高强实质是：正常工作时，节点不容许发生任何相对滑移，即：弹塑性变型小，节点挠度大。

可见：在给定设计节点载荷的情况下，用高硬度螺丝设计的节点并不一定能节约螺丝使用数目，而且其变型小，挠度大，安全储备高。适宜用钢梁，等要求节点挠度较大的位置，符合“强节点，弱杆件”的基本抗震设计原理。

高强度螺丝之强膨胀螺栓英文，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挠度大，安全性能高，抗破坏的能力强。

三、高硬度螺母与普通螺丝的对比

普通螺丝和高强度螺丝因为其设计的受力原理不同，其在施工检验方式上有极大的区别。

同等级普通螺丝各项机械性能要求均比高强度螺丝略高，但高强度螺丝较普通螺母多一项冲击功的初验要求。

高强度螺母：（M24，L60，8.8级）

普通螺母：（M24，L60，8.8级）

可见普通螺丝大概为高硬度螺丝价位的70%，结合其初验要求的对比，可以得出，其折价部份就应当是为了保证材料的冲击功（硬度）性能。

四、总结

对于一个看似简单的问题，想要从本质上深入，全面，正确的理解膨胀螺栓英文，也并不是一件简单的事情。高硬度螺丝和普通螺丝的定义、含义、深意的区别，是我们正确理解，运用高硬度螺丝，并进行施工管理的基础前提。

观点

（1）在有些钢结构的书中确实有提出，高硬度螺丝是指硬度超过8.8级的螺母。对于这些观点，首先英美标准是不支持的，没有针对某种特定硬度等级来划分“强”与“弱”。其次，也并不符合我们工作中提到的“高硬度螺丝”。

（2）为以便对比，此处不考虑复杂螺丝群的受力情况。

（3）承压型高硬度螺母在设计时也考虑了螺杆的承压受力，将在前面的“高硬度螺丝承压型和磨擦型对比“中进行详尽介绍。

高硬度螺丝，你了解多少？

高硬度螺母在生产上全称叫高硬度螺丝联接副，通常不简称为高硬度螺母。

按照安装特性分为：大六角形头螺钉和扭剪型螺母。其中扭剪型只在10.9级中使用。

按照高硬度螺丝的性能等级分为：8.8级和10.9级。其中8.8级仅有大六角形型高硬度螺丝，在标识方式上，小数点前数字表示热处理后的伸长率硬度；小数点后的数字表示屈强比即屈服硬度实测值与极限伸长率硬度实测值之比。8.8级的意思就是螺丝杆的伸长率硬度不大于，屈强比为0.8；10.9级的意思就是螺丝杆的伸长率硬度不大于，屈强比为0.9。

结构设计中高硬度螺丝半径通常有M16/M20/M22/M24/M27/M30，不过M22/M27为第二选择系列，正常情况下选用M16/M20/M24/M30为主。

高硬度螺母在抗剪设计上按照设计要求分为：高硬度螺丝承压型和高硬度螺丝磨擦型。

磨擦型的承载能力取决于传力磨擦面的抗滑移系数和磨擦面数目，喷丸（丸）后生赤锈的磨擦系数最高，但从实际操作来看受施工水平影响很大，好多监理单位都提出能够减少标准来确保工程质量。

承压型的承载能力取决于螺母抗剪能力和栓杆承压能力的最小值。在只有一个联接面的情况下，M16磨擦型抗剪承载力为21.6~45.0kN，而M16承压型抗剪承载力为39.2~48.6kN，性能要优于磨擦型。

在安装上，承压型工艺要简单一些，联接面仅需清理污垢及浮锈。沿轮轴方向伸长率承载力，在钢结构规范中写的很有意思，磨擦型设计值等于0.8倍预拉力，承压型设计值等于螺杆有效面积除以材料伸长率硬度设计值，看上去好像有很大区别，实际上两个值基本一致。

在同时承受弯矩和杆轴方向拉力时，磨擦型要求是螺丝承受的弯矩与受剪承载力之比加上螺杆承受轴力与受拉承载力挠度比之和大于1.0，承压型要求是螺丝承受的弯矩与受剪承载力之比的平方加上螺杆承受轴力与受拉承载力比的平方之和大于1.0，也就是说在同种载荷组合情况下，相同半径的承压型高硬度螺母在设计上的安全储备要低于磨擦型高硬度螺丝的。

考虑到在地震反复作用下，联接磨擦面可能会失效，这时侯的抗剪承载力还是要取决于螺母抗剪能力和板件承压能力，因而抗震规范规定了高硬度螺丝极限受剪的承载力估算公式。

虽然承压型在设计数值上占有优势，但因为其属于剪压破坏型式，螺丝孔为类似普通螺丝的孔隙型螺母孔，在承受载荷作用时的变型远小于磨擦型，所以高硬度螺丝承压型主要用于非抗震预制构件联接、非承受动载荷预制构件联接、非反复作用预制构件联接。

这两种型式的正常使用极限状态也是有区别的：

磨擦型联接是指在载荷基本组合作用下联接磨擦面发生相对滑移；

承压型联接是指在载荷标准组合作用下联接件之间发生相对滑移；

普通螺丝

1.普通螺丝分A、B、C三种。前两种是精制螺丝，较少用。通常说的普通螺丝，均指C级普通螺母。

2.在一些临时联接及需拆卸的联接中，常用到C级普通螺母。建筑结构常用的普通螺母有M16、M20、M24。个别机械工业粗制垫圈半径可能比较大，用途特殊。

高硬度螺丝

3.高硬度螺丝的材料与普通螺丝不同。高硬度螺丝通常用于永久联接。常用的有M16~M30。超大尺寸的高硬度螺丝性能不稳定，应谨慎使用。

4.建筑结构的主预制构件的螺丝联接，通常均采用高硬度螺丝联接。

5.鞋厂出厂的高硬度螺丝并不分承压型还是磨擦型。

6.到底是磨擦型高硬度螺丝或则是承压型高硬度螺丝？实际上是设计估算方式上有区别：

（1）磨擦型高硬度螺丝以板层间出现滑动作为承载能力极限状态。

（2）承压型高硬度螺丝以板层间出现滑动作为正常使用极限状态，而以联接破坏作为承载能力极限状态。

7.磨擦型高硬度螺丝并不能充分发挥螺丝的潜能。在实际应用中，对非常重要的结构或承受动力载荷的结构，尤其是载荷导致反向挠度时，应当用磨擦型高硬度螺拴，此时可把未发挥的螺丝潜能作为安全储备。除此以外的地方应采用承压型高硬度螺丝联接以增加造价。

普通螺母与高硬度螺丝区别

8.普通螺丝可重复使用，高硬度螺丝不可重复使用。

9.高硬度螺丝通常由高强钢材制成（45号钢(8.8s)，(10.9S)，是简支螺丝，磨擦型用扭力扳手施加规定简支，承压型拧掉梅花头。普通螺丝通常由普通钢材(Q235)制成，只需旋紧即可。

10.普通螺丝通常为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级。高硬度螺丝通常为8.8级和10.9级，其中10.9级居多。

11.普通螺丝的工件不一定比高硬度螺母大。实际上，普通螺丝螺帽比较小。

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

13.磨擦型高硬度螺丝靠磨擦力传递载荷，所以螺杆与工件之差可达1.5～2.0mm。

14.承压型高硬度螺丝传力特点是保证在正常使用情况下，弯矩不超过磨擦力，与磨擦型高硬度螺丝相同。当载荷再减小时，联接板间将发生相对滑移，联接借助螺杆抗剪和孔壁承压来传力，与普通螺丝相同，所以螺杆与工件之差略小些，为1.0～1.5mm。

柱脚预埋件

15.预埋件没有等级，只有材料之分：Q235和Q345。建筑结构上用预埋件最多的就是柱脚预埋件。

16.柱脚预埋件既不属于普通螺丝也不属于高硬度螺母。严格来说，它不属于螺母。柱脚预埋件通常采用M20或M24。

17.柱脚预埋件的制造标准应当同普通螺丝的制造标准。柱脚预埋件埋入的宽度应当与其与混凝土之间的磨擦力，还有就是预埋件的方式有关。

膨胀螺丝和物理螺丝

18.不管是膨胀预埋件还是物理预埋件，均非国标规范中的联接方式，应防止使用这类联接，尤其是重要的联接中。均应采用事先预埋。

19.膨胀预埋件主要靠膨胀管的伸开与砼形成磨擦力来抗拔的。抗拔力的大小与施工工艺关系较大，人为诱因较大，抽查做伸长率实验也没用。

20.物理预埋件是采用打孔机打孔成形，之后灌入物理涂料，将栓杆装入，以成锚固作用。

21.膨胀螺丝和物理螺丝，虽然都属于预埋件性质。在个别情况下，由于没有事先预埋件，就须要用到膨胀螺丝或物理预埋件了。但这些情形应当在设计中努力防止。由于预埋件都应当预埋件。诸如柱脚预埋件。由于只有这样，就能保证最佳的粘接和受力。并且事后打孔，经常会对砼中的受力钢筋以及砼本身导致损伤。

22.砼规范中，对于预埋件在混凝土中的预制构件，都称之为预埋。依据建设部文件，膨胀螺丝不得用于幕墙。通常新建工程，禁止采用膨胀预埋件，都应当采用预埋件。