一、普通螺栓连接
普通螺栓连接是用普通螺栓将构件或板部件连成整体的连接方式。普通螺栓是由墩粗的头部、带螺纹的圆柱形杆身,配合螺母、垫圈组成并可拆卸的紧固件。普通螺栓分为A、B和C三级,其中A和B级为精制螺栓,C级为粗制螺栓。
A和B级精制螺栓的杆身在车床上加工制成,表面光滑,尺寸精确;螺栓孔是在装配好的构件上钻成或用钻模钻成(称为I类孔),孔壁光滑,对孔准确,孔径与螺栓杆径相等(但分别允许正负公差)。
A级螺栓是栓径d≤24mm、栓长l≤150mm及10d的螺栓(d、l分别为螺杆的公称直径与长度),而B级螺栓是栓径d>24mm、栓长l>150mm 及10d的螺栓。
按国际有关标准规定,螺栓的性能统一用材料性能等级来表示,A、B级螺栓材料性能等级为5.6级或8.8级。小数点前的数字,如“5”表示其抗拉强度不小于500MPa,小数点后的数字,如“0.6”表示螺栓材料的屈强比(屈服点与抗拉强度的比值)为0.6。
C级粗制螺栓用未加工的圆钢制成,杆身粗糙,螺栓孔是在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成(称为Ⅱ类孔),孔径比螺杆直径大1.5~3mm。C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。
A、B级螺栓的螺杆与孔壁之间的间隙小,故受剪性能好,连接变形小,抗疲劳性能较好,但制造与安装都较费工,可以用在直接承受较大动力荷载的重要结构的普通螺栓连接上。C级螺栓受剪性能较差,剪切滑移变形较大,但安装方便,故一般用于承受拉力的螺栓连接、次要结构或安装时的临时连接。
与焊缝相比较,螺栓连接的缺点是需要在构件上开孔,使构件截面削弱,并增加了制造工作量。此外被连接的构件还需要拼接板、角钢等附加连接件,使材料用量增多。
二、高强度螺栓连接
高强度螺栓连接是通过对高强度螺栓施加紧固轴力将构件或板件连成整体的连接方式。
抗剪高强度螺栓连接与普通螺栓连接的主要区别是:普通螺栓连接依靠杆身承压和螺栓抗剪传递剪力,而高强度螺栓连接除了材料强度高之外,还在扭紧螺母时给螺栓施加很大的预拉力,使被连接构件的接触面之间产生挤压力,从而沿接触面上产生很大的摩擦力,这种摩擦力对外力的传递有很大的影响。
高强度螺栓连接按传力特征可分为高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接两种。
高强度螺栓摩擦型连接依靠高强度螺栓的紧固,在被连接件间产生摩擦阻力传递剪力,在受剪设计时以剪力达到摩擦力为承载能力的极限状态。高强度螺栓承压型连接依靠螺栓杆抗剪和螺杆与孔壁承压来传递剪力,受剪时,允许板件间发生相对滑移,然后外力可以继续增加并以螺栓受剪或孔壁承压破坏为极限状态。
高强度螺栓在生产上全称叫作高强度螺栓连接副,一般不简称为高强度螺栓。每个连接副包括一个螺栓,一个螺母,两个垫圈,均是同一批生产,并且是用同一热处理工艺处理过的产品。高强度螺栓、螺母和垫圈均采用高强度钢材,桥梁钢结构中常采用材料强度等级为10.9级的40硼钢(40B)和20锰钛硼(20MnTiB)钢制作高强度螺栓。高强度螺栓分两种,一种是头部六角形的高强度螺栓;另一种是扭剪型高强度螺栓,螺栓尾部带有扭剪装置,在承受规定的扭矩时能自动剪断的高强度螺栓。螺母、垫圈采用45号优质碳素钢。
高强度螺栓摩擦型连接因不发生相对滑移,刚度和整体性好,传力可靠,耐疲劳,特别适用于承受动力荷载的钢结构连接。虽然高强度螺栓承压型连接的承载能力高于摩擦型连接,但剪切变形大,不适用于承受动力荷载的钢结构中。因此,在桥梁钢结构中一般只使用高强度螺栓摩擦型连接。