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单边螺栓

【单边螺栓】什么是单边螺栓?为什么要研发单边螺栓?单边螺栓的作用是什么?

by 邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer |2018年1月9日 | 材料知识, 结构产品
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单边螺栓在国内被越来越多工程师所了解,并开始在工程项目中应用。本文主要是关于单边螺栓的科普文章,希望帮助更多的工程师了解单边螺栓

1、单边螺栓的缘起

正如那首诗所说:

世界上最遥远的距离不是生与死,

而是螺栓近在眼前,

扳手只能在外边;

比这更遥远的距离是,

螺栓在外边,螺母在里边,
近在迟尺,却无法相拥相恋。

单边螺栓就是解决这种“无法相拥相恋”的问题,让H型钢和矩形管也可以直接用螺栓来连接。

钢管结构构件中存在手无法越过的遮挡部位,要进入到钢管柱内部拧紧螺栓非常困难,如果使用国内既有高强度螺栓实现钢梁钢管柱全螺栓连接,则一般需在工厂事先开直径较大的安装孔,在工厂完成钢管柱短牛腿螺栓连接后将安装孔补焊好,再到施工现场完成钢梁短牛腿拼接,或者到现场直接进行钢管柱钢梁螺栓连接后,再将安装孔补焊好,前者会增加构件加工工作量和运输成本,后者则增加了现场焊接量。

单边螺栓技术的缘起

单边螺栓技术的缘起

2、什么是单边螺栓?

单边螺栓(one-side bolt)可以实现单侧安装、单侧拧紧功能,因而不需要额外加工安装孔,能在不破坏钢管其他部位的前提下,完成螺栓连接,既能规避国内螺栓所产生的问题,又能使焊接量尽可能减少,从而节省施工量和人工费,具有现场施工简单方便、焊接量极小的特点。同时,在一定条件下其力学性能可以做到与传统高强度螺栓相媲美,非常适合应用于钢管结构的连接中。现有单边螺栓最大尺寸可达M39,适用于结构工程领域,具有很大的应用前景。

单边螺栓(one-side bolt)在国外又称为blind bolt,而在国内常被译作单向螺栓、单面螺栓、单面(向)锁紧螺栓、单向自卡螺栓、盲孔螺栓、盲眼螺栓、暗螺栓等,本文统一用单边螺栓进行表述。

单边螺栓技术的概念

单边螺栓技术的概念

3、为什么要研发单边螺栓?

主要原因是国外单边螺栓产品价格昂贵,且不满足我国规范要求。

国外单边螺栓单价在252元人民币左右,远超同尺寸高强螺栓产品。

此外,抗震规范要求高强螺栓连接不得滑移,而国外单边螺栓无法较好施加预紧力,即使施加上也不能保证预紧力不发生松弛。

所以就需要研发出满足国内规范的可以实现无滑移的摩擦型单边螺栓产品。

Luckily,我们有了这样的产品。

单边螺栓盲安装

单边螺栓盲安装

所获专利

所获专利

试验验证

试验验证

4、国产单边螺栓与国外同类产品的连接性比较

那你一定会好奇,国产的单边螺栓性能到底是怎么样的?

单边螺栓与国外产品的连接性能比较:在预拉力、板件分离荷载和抗滑移承载力上均具有优势(如下图所示,其中BTJ-F为我们的分体式单边螺栓产品,HB为国外的Hollow Bolt单边螺栓产品)。

4.1预拉力

下图中横坐标表示螺栓规格,纵坐标表示BTJ-F和HB 的预拉力实测值与高强度螺栓预拉力设计值的比。由图可 知,HB的比值均小于1.0,即HB试件能达到的最大预拉力实测值小于我国规范 规定的 8.8 级高强度螺栓预拉力设计值,而BTJ-F的比值均大于 1.0,且远大于HB。因此,HB 所能提供的预拉力远小于 BTJ-F。

HB 存在预拉力松弛现象,预拉力下降幅度在 0~20%间浮动,而 BTJ-F 在完 成拧紧后其预拉力不会出现明显下降,即无显著的预拉力松弛现象。 综合上述试验结果,得出结论,就预拉力性能而言,BTJ-F 显著优于 HB。

BTJ-F 与 HB 的预拉力对比图

BTJ-F 与 HB 的预拉力对比图

4.2板件分离荷载

下图中,横坐标表示螺栓规格,纵坐标表示BTJ-F和HB的板件分离荷 载实测值与高强度螺栓预拉力设计值的比。由图可知,BTJ-F的比值均大于HB, 即 BTJ-F 的板件分离荷载大于 HB。同时,除一个试件外,HB的比值均小于 1.0而所有 BTJ-F 的比值均大于 1.0。因此,就板件分离荷载而言,BTJ-F优于HB。

BTJ-F 与 HB 的板件分离荷载对比图

BTJ-F 与 HB 的板件分离荷载对比图

4.3抗滑移性能

下图中,横坐标表示螺栓规格,纵坐标表示 BTJ-F 和 HB 的抗滑移承载力实测值与理论值的比。由图可知,HB 的比值均小于1.0,而 BTJ-F 的比值均大 于 1.0 且远大于HB,因此 HB 的抗滑移承载力远小于相同螺栓规格的 BTJ-F。BTJ-F 和HB 抗滑移试件的连接板摩擦面由同一家工厂同一批进行处理,因而两 者的抗滑移系数理论上而言相差不会太大。此外,两者的螺栓孔直径也相差不大, 因而大圆孔的影响程度也相近。因而,HB与BTJ-F 抗滑移承载力相差悬殊的主要原因在于HB 的预拉力远低于BTJ-F。就抗滑移承载力而言,BTJ-F优于HB。

BTJ-F 与 HB 的抗滑移承载力对比图

BTJ-F 与 HB 的抗滑移承载力对比图

邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer

建筑一网(www.jianzhu1.com)是一群同济大学毕业建筑和土木相关专业毕业的研究生和博士组成的技术团体。我们自2011年始即开始从事结构设计和研究工作, 积累了大量的研究成果和创新技术,并整理了对中国规范、FIDIC合同、欧洲规范和美国规范的总结笔记。此外, 团队还在结构产品领域有所研究,并推出了超薄夹层、板桁架、无檩网架、装配式厂房和装配式酒店等相关装配式产品。

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