高强螺栓连接技术在钢结构施工中的应用

高强螺栓连接技术在钢结构施工中的应用

郭蕊

中国电子系统工程第四建设有限公司 河北省石家庄050050

摘要：高强螺栓连接技术在现代钢结构施工中扮演着关键角色。相比传统铆接工艺，高强螺栓具有更高的承载力和稳定性，能够有效改善结构受力性能，提升施工质量与安全性。本文详细探讨了高强螺栓连接技术的基本原理、单向螺栓连接技术及其在钢结构栈桥工程中的具体应用。通过对高强螺栓连接技术的系统研究，本文总结了其在提升钢结构强度、节省材料、优化施工流程等方面的优势，并展望了未来在更广泛工程中的潜在应用。

关键词：高强螺栓连接技术，钢结构，单向螺栓，施工质量，结构受力

引言

随着现代建筑技术的不断发展，钢结构工程在各类建筑中得到了广泛应用。在钢结构施工中，连接方式的选择直接影响到整个工程的安全性和稳定性。传统的铆接工艺虽然历史悠久，但在承载力和抗疲劳性等方面存在一定局限。为此，高强螺栓连接技术逐渐成为钢结构施工的首选。这种技术不仅能够大幅提升结构承载能力，还能通过减少材料使用量和简化施工流程来降低成本。本文旨在系统探讨高强螺栓连接技术的原理、应用以及在实际工程中的优势。

一、高强螺栓连接技术的原理

1.1 高强螺栓与传统铆接的比较

高强螺栓连接技术的核心在于通过螺栓的强大夹紧力来传递构件之间的内部压力，这与传统铆接通过铆钉剪切力传递压力的方式有所不同。铆钉连接依赖于剪切力，因此在高应力环境下容易发生变形甚至失效，尤其是在受到频繁的动载荷时，铆钉孔周围的应力集中会导致疲劳破坏。而高强螺栓连接通过其摩擦力和预拉力来传递荷载，具有更高的抗疲劳性和稳定性。在实际施工中，高强螺栓连接技术显著提高了结构的整体承载力。例如，在某钢结构栈桥工程中，采用24mm高强螺栓连接后，结构承载力提高了30%，并有效减少了高强螺栓的使用数量，进而降低了钢材的消耗。这种技术不仅提高了施工效率，还确保了结构的长期稳定性，是现代钢结构施工中不可或缺的一部分。

1.2 高强螺栓的力学性能

高强螺栓连接技术之所以在现代钢结构施工中广泛应用，得益于其卓越的力学性能。高强螺栓能够提供极高的预拉力，这种预拉力使得构件之间的摩擦力大大增加，从而有效抵抗外部荷载的作用。通过对高强螺栓的抗拉、抗剪、抗滑移等性能的检测，结果表明其完全符合《钢结构设计规范》（GB50017—2017）的预拉力要求。无论是在拉力、剪力还是拉剪组合力作用下，高强螺栓均表现出优异的力学稳定性，确保了结构的安全性。特别是在高强度钢材和大跨度结构中，高强螺栓能够提供比普通螺栓更高的连接强度和刚度，减少了构件间的相对位移，显著提升了整个结构的整体性和抗震性能。此外，高强螺栓在不同环境条件下，如高湿度或腐蚀性环境中，仍能保持其力学性能的稳定性，使其成为各种复杂工程的理想选择。

1.3 高强螺栓的经济效益

除了承载力的提升，高强螺栓连接技术还带来了显著的经济效益。由于高强螺栓具有较大的传力面积，能够避免普通铆钉连接在铆钉孔处产生较大应力的问题，从而改善了结构受力情况。此外，高强螺栓连接施工方便，可重复使用，进一步降低了施工成本。在实际工程中，高强螺栓连接技术的应用能够减少螺栓的使用数量，进而缩减钢材用量。例如，在钢结构栈桥施工中，由于高强螺栓的高效连接性能，减少了梁段接头的数量，降低了焊接工作量和材料的浪费。与此同时，高强螺栓的重复使用特性，使得在拆卸或改造钢结构时，不需要更换螺栓，减少了资源的浪费和成本的增加。此外，高强螺栓连接技术的施工周期短，能够有效缩短工程工期，降低了人力成本和工期延误的风险。因此，综合来看，高强螺栓连接技术不仅在结构性能上具有显著优势，还在经济性上表现出巨大的潜力，是现代钢结构施工中一种高效、经济的连接方式。

二、单向螺栓连接技术

2.1 单向螺栓的设计原理

为了适应钢结构施工中方形钢管的连接需求，单向螺栓连接技术应运而生。方形钢管由于其外形美观、受力性能优越，广泛应用于钢桁架和钢框架中。然而，方形钢管的螺栓连接往往面临施工困难，尤其是在狭窄空间内进行双侧操作时。因此，设计一种能够单侧安装且拆卸简便的螺栓显得尤为重要。

图一 自锁式单向高强螺栓构造

嵌套式单边高强螺栓和自锁式单向高强螺栓是两种典型的单向螺栓设计，它们通过不同的结构实现了单侧紧固和高效传力的功能。嵌套式单边高强螺栓通过设置操控杆和嵌套组件，能够在单侧完成高强度的紧固作业，而自锁式单向高强螺栓则利用标准化的套筒结构，简化了螺栓的安装和拆卸过程。这两种螺栓的设计理念在于通过简化施工操作，提升安装效率，同时确保连接的安全性和稳定性。

2.2 嵌套式单边高强螺栓的应用

嵌套部分由多个组件精心构成，能够在安装过程中灵活调整和精准定位，以适应不同的施工需求。为了全面评估嵌套式单边高强螺栓的力学性能，通常会进行一系列严格的测试，包括抗拉、抗剪、抗滑移、预拉力及紧固后松弛情况等多方面的实验。实验数据显示，该螺栓的预拉力与紧固后的稳定性均完全符合《钢结构设计规范》(GB50017—2017)中对摩擦型高强螺栓设计预拉力的严格要求。在拉力、剪力及拉剪组合力等多种力的共同作用下，无论是单个螺栓还是成组螺栓，嵌套结构均未出现任何形式的破坏，充分展现了其卓越的力学性能。在实际工程应用中，该类型螺栓不仅能够确保高强度的连接效果，还大幅降低了制造和施工成本，成为钢结构施工中一种极为理想的单侧紧固连接解决方案。在实际应用中，该螺栓不仅能确保高强度连接，还有效降低了制造与施工成本，成为钢结构施工中理想的单侧紧固连接解决方案。

2.3 自锁式单向高强螺栓的优势

自锁式单向高强螺栓采用了独特的标准化套筒设计，显著提升了抗剪承载力和抗拉刚度，从而增强了钢结构连接的可靠性与安全性。该螺栓包含标准化和非标准化两种套筒形式。标准化设计不仅有效降低了生产成本，还极大地简化了安装过程，特别适合应用于钢结构较薄的场合。

这种螺栓能够有效避免使用橡胶垫圈和不开缝套筒，从而进一步提升连接的紧固效果和稳定性。测试表明，自锁式螺栓的抗拉承载力与同等级的普通高强螺栓基本相当，但由于套筒和螺杆共同承受剪力，其抗剪承载力显著优于同等级的普通螺栓。

图2 自锁式单向螺栓安装原理

此外，自锁式单向高强螺栓的设计使得安装过程中无需使用专用工具，大大降低了施工难度，提高了施工效率。在实际应用中，自锁式单向高强螺栓广泛应用于需要高抗剪承载力和高安装效率的钢结构工程中，其优异的性能和易操作性使其成为现代钢结构施工中的重要选择。

三、高强螺栓连接技术的工程应用

3.1 案例介绍：城际轨道特大桥栈桥工程

在某城际轨道特大桥工程中，栈桥钢结构的设计和施工均采用了高强螺栓连接技术。该工程的栈桥跨度大、荷载重，施工难度高。桥墩部分位于水中，施工环境复杂，要求栈桥具有较高的强度、刚度和稳定性，以确保重型机械设备如混凝土罐车和履带吊车的安全通行。为此，设计团队选择了高强螺栓连接技术，以确保栈桥在承受混凝土罐车等重型机械通行时的稳定性和安全性。在施工过程中，南、北岸栈桥设计长度分别为148.64m和132.12m，考虑到通航要求，栈桥分成南、北岸两部分。为缩短工期，保证施工质量，提升景观效果，钢结构栈桥的主梁、横梁、箱形墩柱等构件全部在工厂集中预制，并按照施工进度运输至现场后拼装。这种预制与现场拼装相结合的施工方式，不仅提高了施工效率，还确保了每个构件的精确对接，为高强螺栓连接技术的应用提供了有利条件。

3.2 施工准备与钢结构预制

在施工准备阶段，设计与施工单位密切配合，确保设计图纸与实际工程的一致性。施工单位在收到图纸后，需组织人员校对，确保与实际情况相符。对于预构件设计与实际环境的差异，施工单位需提出修改建议并标注，重新提交设计单位审核。钢结构构件在工厂内集中预制，严格控制质量，确保现场拼装时精准对接。施工单位还需检查构件表面光滑度及锈蚀情况，并按规范进行补喷砂除锈和涂装处理，确保钢结构在运输和安装中不受损。

3.3 高强螺栓连接在钢结构中的应用

在钢结构栈桥的连接中，高强螺栓展现了卓越性能。构件吊装到位后，施工人员使用自锁式单向高强螺栓进行连接，无需特殊工具，显著提高了效率。安装时，螺栓插入螺孔，经扳手和扭矩扳手操作，橡胶垫圈产生摩擦力，锁紧套筒并固定连接件，确保了预拉力和扭矩满足规范要求。该技术不仅提升了连接效率，还保障了结构的稳定性和承载力，为工程顺利完工提供了可靠保障。

四、结论

高强螺栓连接技术在现代钢结构施工中的应用具有显著的优势。通过对比传统铆接工艺，本文探讨了高强螺栓连接技术在提升结构承载力、优化施工流程及降低成本方面的显著效果。此外，单向螺栓连接技术的发展为钢结构的安装和拆卸提供了更为便捷的解决方案。在实际工程中，高强螺栓连接技术凭借其优异的性能和广泛的适用性，已成为钢结构施工中的重要组成部分。未来，随着技术的不断进步，高强螺栓连接技术将在更广泛的领域中得到应用，并持续推动钢结构工程的发展。

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