重新认识高强度螺栓：从基本概念到颠覆认知

高强度螺栓是钢结构施工中最常见的施工内容，所有的钢结构工程师都会感觉非常熟悉。

然而事实可能并非如此，今天我们就从最基础的概念开始，帮大家重新认识高强度螺栓，或许会颠覆你最基本的认识。

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什么是高强度螺栓

高强度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直译：高强度摩擦预紧螺栓，英文缩写：HSFG。高强度螺栓在生产中称为高强度螺栓连接副，一般不简称为高强度螺栓。

可见我们在中文建筑中所指的高强度螺栓，都是高强度摩擦预紧螺栓的简称，在日常交流中，只是简单地简写“摩擦”和“握紧”两个词，导致很多工程技术人员对高强度螺栓的基本定义产生误解。

误解一：材料等级超过8.8级的螺栓就算“高强度螺栓”了吗？

高强度螺栓与普通螺栓的核心区别不在于所用材料强度，而在于受力形式，本质在于是否施加预紧力，是否利用静摩擦力抵抗剪切。

实际上，英美标准中提到的高强度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8级和10.9级（BS EN 14399 / ASTM-A325 & ASTM-490），而普通螺栓则有4.6级、5.6级、8.8级、10.9级、12.9级等（BS 3692 11表2）；可见材料强度并不是区分高强度螺栓与普通螺栓的关键。

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正确理解“高强度”，它的强度在哪里？

按照GB50017计算单个普通螺栓（B级）8.8级和一个高强度螺栓8.8级的抗拉、抗剪强度。

通过计算可知，相同等级下，普通螺栓的抗拉强度和抗剪强度设计值均高于高强度螺栓。

那么，是什么让高强度螺栓如此“坚固”呢？

要回答这个问题，必须从两种螺栓的设计工作条件出发，研究其弹塑性变形的规律，了解设计失效的极限状态。

普通螺栓与高强度螺栓工作条件下的应力-应变曲线

失效时的设计极限状态

普通螺栓：螺钉本身发生超过设计允许的塑性变形，螺钉被剪断。

普通螺栓连接中，在连接板开始承受剪力之前，连接板之间就会发生相对滑移，随后螺栓杆件与连接板接触，发生弹塑性变形，承受剪力。

高强度螺栓：克服有效摩擦面间的静摩擦力，使两钢板产生相对位移，在设计考虑中视为破坏。

高强度螺栓连接中，摩擦力首先承受剪力，当荷载增大到摩擦力不足以抵抗剪力时，便克服静摩擦力，连接板发生相对滑移（极限状态），此时虽然已经损坏，但螺栓杆与连接板保持接触，仍能凭借自身的弹塑性变形承受剪力。

误解二：高强度螺栓的承载力比普通螺栓高，这就是“高强度”的原因吗？

从单个螺栓的计算可以看出，高强度螺栓在拉伸和剪切方面的设计强度均低于普通螺栓。其强度高的本质在于正常工作时，节点处不允许出现相对滑移，即弹塑性变形小，节点刚度大。

可以看出：在给定设计节点荷载条件下，采用高强度螺栓设计的节点不一定能节省螺栓使用数量，但变形小、刚度大、安全储备高，适用于主梁等需要节点刚度较大的位置，符合“强节点、弱杆件”的基本抗震设计原则。

高强度螺栓的强度并不在于其本身的承载力设计值，而在于其设计节点刚度大、安全性能高、抗破坏能力强。

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高强度螺栓与普通螺栓的比较

普通螺栓与高强度螺栓由于受力设计原理不同，因此其施工检验方法也有很大区别。

同等级普通螺栓的力学性能要求略高于高强度螺栓，但高强度螺栓比普通螺栓多一项冲击工作验收要求。

普通螺栓与高强度螺栓的标记是现场识别同一等级螺栓的基本方法。

由于英制和美制标准中高强度螺栓扭矩值的计算数值不同，所以也需要对两个标准的螺栓进行鉴别。

高强度螺栓：（M24、L60、8.8级）

普通螺栓：（M24、L60、8.8级）

可以看出，普通螺栓的价格约为高强度螺栓的70%左右，结合二者验收要求的对比，可以得出溢价部分应该是为了保证材料的冲击功（韧性）性能。

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普通螺栓与高强度螺栓的区别

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总结

高强度螺栓与普通螺栓在定义、内涵及深远意义等方面的区别，是我们正确认识、使用高强度螺栓和进行施工管理的基本前提。

一些钢结构方面的书籍上确实有写高强度螺栓是指强度等级超过8.8级的螺栓，这种观点首先不符合英美标准，因为没有对某一特定强度等级的“强”和“弱”作出定义，其次也不符合我们工作中所指的“高强度螺栓”。