鋼結(jié)構(gòu)螺栓扭力計算是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵步驟。在設(shè)計過程中，必須精確計算螺栓的扭矩，以確保其能夠承受預(yù)期的載荷并防止過度松動或損壞。這一過程通常涉及到對螺栓預(yù)緊力的評估，以及根據(jù)材料、幾何形狀、環(huán)境條件等因素調(diào)整預(yù)緊力。還需要考慮螺栓與孔壁之間的摩擦和腐蝕作用。為了實現(xiàn)精確計算，工程師可能會使用經(jīng)驗公式、計算機模擬或試驗方法來確定所需的扭矩。通過合理控制螺栓扭力，可以有效預(yù)防由于螺栓失效導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失敗，從而保障整個結(jié)構(gòu)的完整性和功能性。

一、鋼結(jié)構(gòu)螺栓扭力計算相關(guān)概念

在鋼結(jié)構(gòu)中，螺栓扭力（扭矩）計算對于確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。

（一）基本公式

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205 - 2001》，終擰的扭矩$T = K\times P\times d$，其中$T$為施擰扭矩（$N\cdot m$），$K$為扭矩系數(shù)，可以參考廠家的測試報告和現(xiàn)場復(fù)測的報告，$P$為施工預(yù)拉力值標(biāo)準(zhǔn)值，$d$為螺栓直徑（$mm$）。初擰取終擰值得$50\%$左右，扭剪型初擰$T = 0.065P\times d$ 。

（二）關(guān)鍵參數(shù)的確定

1. 扭矩系數(shù)$K$的確定
   • 一般需要參考廠家的測試報告和現(xiàn)場復(fù)測的報告。在施工前，應(yīng)按出廠批復(fù)驗高強度螺栓連接副的扭矩系數(shù)，每批復(fù)驗$8$套，$8$套扭矩系數(shù)的平均值應(yīng)在$0.110 - 0.150$范圍之內(nèi)，其標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于或等于$0.010$ 。
2. 施工預(yù)拉力值標(biāo)準(zhǔn)值$P$的確定
   • 這與螺栓的強度等級等因素有關(guān)。例如不同強度等級下的$m24$螺栓，其緊固扭力對應(yīng)的預(yù)拉力有所不同：
     • $4.6$級，緊固扭力為$30.6 - 38.5$公斤力米，對應(yīng)的預(yù)拉力不同。
     • $5.6$級，緊固扭力為$37.8 - 45.9$公斤力米。
     • $6.8$級，緊固扭力為$49.8 - 66.3$公斤力米。
     • $8.8$級，緊固扭力為$66.4 - 88.6$公斤力米。
     • $10.9$級，緊固扭力為$95.9 - 114.3$公斤力米。
     • $12.9$級，緊固扭力為$112 - 149.4$公斤力米。對于$M24$強度等級為$12.9$的螺栓的施工扭力值是$1100N\cdot m$，可根據(jù)公式反推預(yù)拉力等相關(guān)數(shù)值 。
3. 螺栓直徑$d$的確定
   • 直接根據(jù)螺栓的規(guī)格確定其直徑數(shù)值，例如$M20$螺栓的直徑$d = 20mm$。

二、不同類型鋼結(jié)構(gòu)螺栓扭力計算示例

（一）普通螺栓

普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力，擰緊螺帽時產(chǎn)生預(yù)拉力很小，其影響可以忽略不計。但如果需要計算其扭力時，同樣可以使用$T = K\times P\times d$這個公式，不過普通螺栓的$K$、$P$取值與高強螺栓有所不同。

（二）高強螺栓

1. 大六角頭高強螺栓
   • 例如$M16$的大六角頭高強螺栓，假設(shè)扭矩系數(shù)$K = 0.13$（根據(jù)廠家測試報告和現(xiàn)場復(fù)測），施工預(yù)拉力值標(biāo)準(zhǔn)值$P = 100kN$（假設(shè)值，實際根據(jù)強度等級等確定），螺栓直徑$d = 16mm$。
   • 根據(jù)公式$T = K\times P\times d$，則終擰扭矩$T = 0.13\times100\times1000\times16 = 208000N\cdot mm=208N\cdot m$。初擰扭矩為終擰扭矩的$50\%$，即$104N\cdot m$。
2. 扭剪型高強螺栓
   • 對于扭剪型高強螺栓，如$M20$的扭剪型高強螺栓，已知其軸力$P$（假設(shè)根據(jù)強度等級等確定為$150kN$），$d = 20mm$
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