第六章美标钢结构螺栓连接副

第六章 美标钢结构螺栓连接副

自上世纪60年代开始，在世界范围内钢结构螺栓广泛使用于铁路桥梁和高层建筑、锅炉钢结构厂房及其它钢结构上，由于其结构重量和强度的合理性、使用的可靠性和安全性，各国都开始着力研究和制定了钢结构螺栓标准。美国也相继推出了钢结构螺栓和扭剪型螺栓（英寸和米制）二套系列标准，见表60。

表60 钢结构用螺栓连接副标准

标准编号 ASTM A325 ASTM A325M ASTM A490 ASTM A490M 版本 2010 2010 2009 2011 标准名称 最小抗拉强度120/105ksi的热处理结构钢螺栓 最小抗拉强度830MPa的热处理米制钢结构钢螺栓 最小抗拉强度150ksi的热处理合金结构钢螺栓 10.9和10.9.3级高强度合金结构钢米制高强度螺栓 钢热处理、控制抗拉强度最小120/105ksi的扭剪型钢结构螺ASTM F1852 2011 栓、螺母和垫圈连接副 钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构螺栓、ASTM F2280 2011 螺母和垫圈连接副

6.1 ASTM A325-2010《钢结构螺栓连接副 热处理 抗拉强度120/105ksi》

6.1.1 ASTM A325M-2009《最小抗拉强度830MPa的热处理米制钢结构钢螺栓》 标准规定了2个等级的螺栓：1型和3型，其抗拉强度均为826 MPa，相当于8.8级。 1型 — 用中碳钢制造；

2型 — 用低碳马氏体钢制造（已于1991年11月取消）； 3型 — 用耐大气腐蚀钢制造。

A325大六角头螺栓、螺母、垫片的尺寸标准按ASME B18.2.6-2011年《用于结构应用的紧固件》标准（螺纹长度较普通大六角螺栓要短些），配A194或A563标准的大六角螺母。

A325M米制结构钢螺栓、螺母、垫片的尺寸标准按ASME B18.2.3.7M《用于结构应用的米制紧固件》标准，配A563M标准的大六角螺母，见表61和表62。

表61 A325/A325M 螺栓与螺母性能等级匹配表

A325/A325M螺栓 等级 表面 标准 螺母 表面处理 等级 A563/A563M C、C3、D、DH、DH3/8S 1型 无涂层 A194 A563/A563M 1型 涂层F11363级 A194 3型

无涂层 2H DH/10S 涂层F11365级 2H C3、DH3/8S3 无涂层 无镀层 A563/A563M 表62 A325/A325M 螺栓机械性能要求

抗拉强度MPa 屈服强度MPa 等 级 规格 min 1/2～1 A325（英寸） 11/8～11/2 A325M（米制） M16～M36 724 830～1030 510 600 C19～30 C23～34 A325M 8S 827 min 586 C25～34 A325 硬度 标志

A325钢结构螺栓的机械性能测试应按ASTM F606/606M《外螺纹、内螺纹紧固件、垫圈和铆钉的

机械性能的测试方法》标准规定的方法进行。拉力试验用螺栓实物进行试验，并应满足规定的强度（不低于）826 MPa；其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位，而头下结合处应无任何破坏痕迹。其中，

保证载荷试验不是强制性的。硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。

表面热镀锌可按ASTM F2329《紧固件热镀锌》或达克罗处理按ASTM F1136 《紧固件用铬/锌防蚀镀层》执行。

热镀锌螺栓／螺母组件必须进行旋转能力试验。试验前先在螺母上涂润滑剂，将镀锌螺栓放在轴力扭矩测试仪器中，和相配的垫圈、螺母装配在一起，至少留出3～5牙螺纹，先预加10%载荷的力，然后施加不少于90％的保证载荷的轴力，此时按标准规定的不同长度扭转螺母相应的300°～420°，见表63；在扭转螺母的过程中，螺栓不得转动。经过以上扭转能力试验后，检查应无破坏迹象。

表63 热镀锌螺栓旋转角度

螺栓长度 ≤4倍直径 ≥4倍直径≤8倍直径 ≥8倍直径 破坏定义：

a.旋转螺母到规定的角度时，螺母不能拆下； b.用肉眼检查，发现螺纹有剪切破环； c.螺栓扭曲破坏。

如有以上现象之一，均应认为是旋转能力不合格。 钢结构螺栓机械性检验标准见表64。

表64 钢结构螺栓机械性检验标准

项目 硬度 抗拉强度 保证载荷 旋转试验 镀层厚度、重量 表面缺陷 尺寸 ASMEB18.2.6 螺纹 ASTMF788/788M ASTMF1470 检验标准 螺母旋转角 240° 360° 420° 标志

6.1.2 ASTM A490-2011《钢结构用高强度螺栓连接副》

ASTM A490M-2011《10.9和10.9.3级高强度合金结构钢米制高强度螺栓》 标准规定了2个等级的螺栓：1型和3型，其抗拉强度均为1033 MPa。 1型―用合金钢制造； 2型―于2002年已取消；

3型―用耐大气腐蚀的钢制造（材料按ASTM A588／A588M、A242和A709标准选用）。 A490是钢结构大六角头螺栓，需配A194或A563标准的大六角螺母，见表65~表66。

表65 A490/A490M螺栓与螺母性能等级匹配表

A490/A490M螺栓 等级 表面 标准 A563 1型 无涂层 A194 A563M A563 1型 涂层F11363级 A563M 3型 无镀层 A563/A563M 10S DH3/10S3 无镀层 螺母 表面 等级 DH、DH3 2H 10S DH、DH3 涂层F11365级 无涂层 表66 A490/A490M 螺栓机械性能

等 级 A490（英寸） A490M（米制） 规格 1/2～11/2 M16～M36 抗拉强度MPa 1034～1172 1040～1210 屈服强度MPa 586 min 600 min 硬度 C33～38 C33～38 标志 A490 A490M 10S A490钢结构用螺栓的机械性能测试应按ASTM F606M规定的方法进行。拉力试验用螺栓实物进行试验，并应满足规定的强度在1034~1172 MPa之间；其断裂部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位，而头下结合处应无任何破坏痕迹。同时还应做机加工标样试验，当机加工试验与实物试验有矛盾时，以实物试验为仲载试验。其中，保证载荷不是强制性的。硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。

A490钢结构用螺栓应进行表面磁粉探伤，以检查表面纵向和横向裂缝。从一个批量中随机抽取一个样品，进行磁粉探伤试验，检查表面应无任何纵向和横向裂缝。

英制A490钢结构螺栓、螺母、垫圈的尺寸标准见ASME B18.2.6-2007。 米制A490M钢结构螺栓、螺母、垫圈的尺寸标准见ASME B18.2.3.7M。 6.1.3 美标扭剪型高强度螺栓

美标扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副有二个标准。

ASTM F1852-2011《钢热处理、控制抗拉强度最小120/105ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副》

ASTM F2280-2011《钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副》 6.1.3.1 工作原理

扭剪型高强度螺栓连接付是通过其螺栓端部的突出的梅花头，承受旋转螺母时产生的扭矩反力，持续紧固直到梅花头勾槽处断裂，也就是说通过断裂扭矩来控制紧固轴力（见图24）。因此紧固件轴力的稳定是通过控制机械性能和梅花勾槽的尺寸精度，配套件的表面润滑状态却占有主导的因素，试验的环境温度也是一项不可忽视的问题。

为确保剪切轴力符合标准规定的要求，需具备如下条件： 1、机械性能。 2、作业环境和温度。 3、梅花头勾槽精度。 4、螺栓、垫圈不发生共转。 5、适当的表面润滑处理。

扭剪型螺栓形式尺寸见图25，由于ASTM F1852标准版本不同，梅花齿有12齿和16齿之分。

6.1.3.2 螺栓组件匹配

因扭剪型高强度螺栓连接付具有良好的机械性能，使用方便和装配轴力可靠性高。

组件包括一个轴力控制的有花键端螺栓、相配合螺母（ASTM A194 2H）和钢淬硬垫圈（ASTM F436）组成，见表67~表68。

表67 F1852 螺栓与螺母性能等级匹配表

F1852螺栓 等级 表面 标准 A563 1型 无镀层 （A194） 1型 3型

螺母 等级 DH、C F436 2H DH DH3、C3 F436 F436 标准 垫圈 等级 1型 机械镀锌 无镀层 A563 A563 1型 3型 表68 F1852 螺栓机械性能

等级 规格 1/2～1 F1852 11/8～11/2 6.1.3.3 试验和要求

① 制造者应根据标准规定的批质量要求，在出运前对单一批和组合批进行检验。如果供货的单一批不是供货者生产，那么要进行全部检查确保合格。

② 批的控制——每一批的制造、加工、材料、炉号，装运，生产者都要作好批的过程记录和批的标识。

③ 机械性能、化学成份的抽样方案按ASTM F1470标准要求进行，紧固轴力是检查水平C。

724 510 C19～30 抗拉强度MPa min 屈服强度MPa min 827 586 硬度 C25～34 ④ F1852钢结构扭剪型螺栓的机械性能测试应按ASTM F606规定的方法进行。拉力试验用螺栓实物进行，并应满足规定的强度（不低于）826 MPa；其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位，而头下结合处应无任何破坏痕迹。硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。 ⑤ 螺栓-螺母组件必须进行轴力试验。（试验温度为10℃～32℃）

将螺栓组件放在轴力测试仪器中，和相配垫圈、螺母装配在一起，至少留出3～5牙螺纹，先通过扳手施加扭矩所产生的轴力（约10%保证载荷）。再用电动装配工具锁住梅花键进一步施拧螺母，此时试验的垫圈和螺栓不得转动，持续拧紧直至梅花头与螺栓在沟槽处断裂。此时产生的扭紧轴力要满足表69要求。

表69 F1852 螺栓紧固轴力试验

规格 0.5000-13 UNC 0.6250-11 UNC 0.750-10 UNC 0.8750-9 UNC 1.000-8 UNC 1.125-7 UNC 破坏迹象定义为：

a.施加规定的轴力偏低或偏高，花键没有断裂； b.用肉眼检查，发现螺纹有剪切破环；

c.试验紧固轴力到时螺栓断裂应发生在花键沟槽处，而不是螺纹或其它部位。 6.1.3.4 标志

1型螺栓在头部标志“A325 TC”，包括三条相隔120°的半径线和制造者标志。

3型螺栓在头部标志“A325 TC”，并在“A325 TC”下加一条横线和制造者标志。 6.1.4 ASTM F2280-2011《钢热处理、控制抗拉强度最小150ksi的扭剪型钢结构螺栓、螺母和垫圈连接副》 其机械性能相当于ASTM A490标准要求，见表70~表72。

紧固轴力 磅（kN） 13000（57.78） 20000（88.91） 29000（128.91） 41000（182.20） 54000（240.00） 59000（262.27） 表70 F2280 螺栓与螺母性能等级匹配表

F2280螺栓 等级 1型 表面 无镀层 标准 A563 螺母 等级 DH 标准 F436 垫圈 等级 1型 A194 3型

2H C3 F436 3型 无镀层 A563 表71 F2280 螺栓性能

等 级 F2280

规格 1/2～1 抗拉强度MPa 1033～1191 保证强度MPa 826.00 硬度 C33～39 表72 F2280 螺栓批轴力试验

规格 0.5000-13 UNC 0.6250-11 UNC 0.750-10 UNC 0.8750-9 UNC 1.000-8 UNC 125-7 UNC 6.1.4.1 试验和要求

① 制造者应根据本标准规定的批质量要求，在出运前对单一批和组合批进行检验。如果供货的单一批不是供货者生产，那么要进行全部检查确保合格。

② 批的控制——每一批的制造成、加工、材料、炉号，直致装运，生产者都要做好批的控制，并作好批的标识。

③ 渗碳和复碳测试符合要求。 ④ 化学成份按ASTM A751规定。

⑤ 机械性能的抽样按ASTM F1470规定，轴力性能试验的检查水平C执行。

⑥ F2280钢结构扭剪型螺栓的机械性能测试应按ASTM F606规定。拉力试验用螺栓实物进行，并应满足规定的强度1033～1191 MPa范围；拉力试验其破环的部位应发生在螺栓杆部或螺纹部位，而头下结合处应无任何破坏痕迹。其中，保证载荷试验不是强制性的。硬度试验测定的数值应在规定的范围之内。

⑦ 螺栓-螺母组件进行轴力试验。

试验温度在10℃～32℃下进行。将螺栓组件放在轴力测试仪器中，和相配垫圈、螺母装配在一起，至少留出3～5牙螺纹，先通过扳手施加扭矩所产生的轴力（约10%保证载荷），再用电动装配工具锁住

紧固轴力 磅（kN） 16000（71.12） 25000（111.12N） 37000（164.47） 51000（226.700） 67000（297.82） 84000（373.40） 梅花键进一步施拧螺母，此时试验的垫圈和螺栓不得转动，持续拧紧直至梅花头与螺栓在沟槽处断裂。此时产生的扭紧轴力要满足表42要求。

⑧ 对提交的螺栓组件要按标准中的检查水平进行纵向和横向裂缝检查。可采用磁粉检查，如检查发现有任何不合格的螺栓则进行100%的磁粉检查。如作100%的检查时可采用涡流或液体渗透进行替代检查，在有争议时是以磁粉检查作为仲载依据。 6.1.4.2. 型扭剪型螺栓在头部标志：

1型扭剪型螺栓在头部标志“A490TC”和制造者标志。

3型扭剪型螺栓在头部标志“A490TC”，并在“A490TC”下加一条横线和制造者标志。

6.2 美标外螺纹紧固件机械性能对照

美标外螺纹紧固件机械性能对照见表73。

表73 美标外螺纹紧固件机械性能对照表

表73 （续）

表73 （续）

6.3 美标内螺纹紧固件机械性能对照

美标内螺纹紧固件机械性能对照见表74。

表74 美标内螺纹紧固件机械性能对照表

表74 （续）

表74 （续）

表74 （续）

6.4 美标钢结构外螺纹紧固件机械性能对照

美标钢结构外螺纹紧固件机械性能对照见表75。

表75 美标钢结构外螺纹紧固件机械性能对照表

6.5 英国外螺纹紧固件机械性能对照 英国外螺纹紧固件机械性能对照见表76。

表76 英国外螺纹紧固件机械性能对照表

表76 （续）

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