摩擦型高强螺栓实际上说白了,就是靠两个人“贴”在一起,把劲给“揉”进去了,最终这个劲儿就变成连接件之间的摩擦力,而不是像一般/平平螺栓那样靠拧过来拉紧的机械力。
这就好比两个人扛着一根扁担,不用一根铁棍去顶住扁担不让它倒,而是站在扁担两头,哪位也不动,两个人中间的脊梁骨承受了全体重量。在建筑里,螺栓就是这根“脊梁骨”,而摩擦型高强螺栓不用螺丝刀往上拧,全靠被拧紧后的摩擦力去拉紧被连接的构件。 整个工作原理实际上就一句话:先把两个构件硬挤在一起,俗称“贴紧”,接着用高压扳手使劲拧,顺着螺纹把螺栓里的高速钢芯扭出变形量,像拧麻花一样,让螺栓和孔壁之间形成强烈的压入变形。
这时候螺栓里那个原本光滑的金属表面,被强行挤出了不少位置,这就在螺栓和孔壁之间凿出了一层不规则的、凹凸不平的“毛刺”层。
这时候你再给两个构件施加一个挺大的轴向压力,这个压力跟你刚刚给螺栓拧出来的变形量差不多大,它就死死地挤填进了这就那层毛刺层里,让两个构件表面“抱死”在一起了。 大量人会把这种“抱死”跟铆钉的膨胀混淆,实际上不一样。铆钉是靠金属在压力功能下形成塑性变形,把金属分子挤在一起填到空隙里,那是永久性的机械咬合;而摩擦螺栓的“抱死”,本质上是纯摩擦,没有任何金属形成塑性变形,两个构件接触面就像两张湿透的毛巾拧在一起,全体压强都压在织物纤维间隙上了。
这就好比你在湿毛巾里塞进一张干毛巾,把毛巾的孔隙都堵住,这时候你往外用力拉,毛巾里的那张干毛巾就死死地拽着湿毛巾,根本不能分开。至于螺栓会不会出于忒硬把孔壁砸坏要么把螺栓自己拧变形,那是另一回事,只要孔壁和螺栓直径差距不大,螺栓在拧紧时形成的缩径量一般也就几毫米,彻底在材料准的极限范围内,不会把孔壁磨穿。 说到具体如何拧,实际上大量人当作务必拧到“磕碰声”那么大才叫标准,实际上没那么玄乎。标准的扭矩扳手读数,一般是螺栓公称直径乘以某个系数,比如 8.8 级螺栓是直径乘以 28,这个系数叫摩擦角系数,它是由螺栓和孔的摩擦系数还有螺栓的屈服强度共同拍板的。
这个系数大约为 0.2 到 0.3 之间,是个比较固定的范围。
比如直径 24 毫米的螺栓,正常拧紧扭矩大约在 680 牛米左右,要是拧过头了直接爆了要么拉断就不好了,拧轻了又起不紧,这就叫“讨喜系数”。 在具体的施工现场,我们最讲究的就是这个“贴紧”的过程。
不能只靠工人凭经验感觉,得用氦质谱检漏仪要么超声波探伤仪去抽检。
要是螺栓拧紧后,两个构件的缝隙还在肉眼由此可见范围,要么探伤显示还有裂纹没填满,那这螺栓就算是白拧了,务必拆掉重做。
这时候就得靠“梅花扳手”要么“套筒扳手”这种大覆盖的扳手,用最大的力气去拧,直到你感觉到那个扳手手柄根部启动发烫,要么听到牙咬合金属的“咯吱”声为止,这就是临界点。 在实际工程里,为了保证精度,一般会先用一个较小的扭矩把螺栓先拧进去一半,这叫“预紧”,这时候螺丝还没彻底咬死,主要靠下面的摩擦力拉住。
然后再用更大的扭矩把剩下的一半拧进去,这时候螺栓被挤压,毛刺层厚度刚好填满孔隙,整个连接体就形成了一个整体,这时候再慢慢松快一点点,防止螺栓出于瞬间的扭矩过大而断裂。
这个过程实际上有点像拉紧橡皮筋,你刚启动拉的时候它变形不明显,然后持续拉,它慢慢变长变紧,最终达到你设定的状态。 并且摩擦型高强螺栓的接触面往往不是彻底贴合的,为了保险起见,还会在间隙里塞上垫片。
这些垫片,比如 U 型垫圈要么铅条,功能就像两个夹子夹住手套,把两个大铁块死死锁住。
要是垫片没装好,螺栓拧再多也白搭,出于间隙忒大,摩擦角系数根本达不到设计值。
故此现场工人有时候会故意在螺栓前方塞个略微大一点的垫片,把螺栓略微往后推一点,等拧到那个最舒服的位置不动了,这就叫“找正”。 最终想说的是,这种连接方式别看目前用得越来越多了,但也不是万能的。
比如后期加卸载的时候,螺栓受力变化挺大,反复拆装好办让螺栓形成疲劳裂纹;还有温度变化大的时候,金属热胀冷缩系数不一样,好办把两个构件胀开。
故此在那些高温环境要么频繁拆装的工程里,还是得选更稳健的连接方式。总的来说,摩擦型高强螺栓就是靠“死”住的摩擦力把两块板子拼在一起,只要把摩擦系数拿捏准,把“贴紧”做拿到位,就能让建筑在大风中也能安稳站住脚。