钢结构螺栓扭力计算是确保结构稳定性和安全性的关键步骤。在设计过程中，必须精确计算螺栓的扭矩，以确保其能够承受预期的载荷并防止过度松动或损坏。这一过程通常涉及到对螺栓预紧力的评估，以及根据材料、几何形状、环境条件等因素调整预紧力。还需要考虑螺栓与孔壁之间的摩擦和腐蚀作用。为了实现精确计算，工程师可能会使用经验公式、计算机模拟或试验方法来确定所需的扭矩。通过合理控制螺栓扭力，可以有效预防由于螺栓失效导致的结构失败，从而保障整个结构的完整性和功能性。

一、钢结构螺栓扭力计算相关概念

在钢结构中，螺栓扭力（扭矩）计算对于确保结构的稳定性和安全性至关重要。

（一）基本公式

根据《钢结构工程施工质量验收规范GB50205 - 2001》，终拧的扭矩$T = K\times P\times d$，其中$T$为施拧扭矩（$N\cdot m$），$K$为扭矩系数，可以参考厂家的测试报告和现场复测的报告，$P$为施工预拉力值标准值，$d$为螺栓直径（$mm$）。初拧取终拧值得$50\%$左右，扭剪型初拧$T = 0.065P\times d$ 。

（二）关键参数的确定

1. 扭矩系数$K$的确定
   • 一般需要参考厂家的测试报告和现场复测的报告。在施工前，应按出厂批复验高强度螺栓连接副的扭矩系数，每批复验$8$套，$8$套扭矩系数的平均值应在$0.110 - 0.150$范围之内，其标准偏差应小于或等于$0.010$ 。
2. 施工预拉力值标准值$P$的确定
   • 这与螺栓的强度等级等因素有关。例如不同强度等级下的$m24$螺栓，其紧固扭力对应的预拉力有所不同：
     • $4.6$级，紧固扭力为$30.6 - 38.5$公斤力米，对应的预拉力不同。
     • $5.6$级，紧固扭力为$37.8 - 45.9$公斤力米。
     • $6.8$级，紧固扭力为$49.8 - 66.3$公斤力米。
     • $8.8$级，紧固扭力为$66.4 - 88.6$公斤力米。
     • $10.9$级，紧固扭力为$95.9 - 114.3$公斤力米。
     • $12.9$级，紧固扭力为$112 - 149.4$公斤力米。对于$M24$强度等级为$12.9$的螺栓的施工扭力值是$1100N\cdot m$，可根据公式反推预拉力等相关数值 。
3. 螺栓直径$d$的确定
   • 直接根据螺栓的规格确定其直径数值，例如$M20$螺栓的直径$d = 20mm$。

二、不同类型钢结构螺栓扭力计算示例

（一）普通螺栓

普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，拧紧螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计。但如果需要计算其扭力时，同样可以使用$T = K\times P\times d$这个公式，不过普通螺栓的$K$、$P$取值与高强螺栓有所不同。

（二）高强螺栓

1. 大六角头高强螺栓
   • 例如$M16$的大六角头高强螺栓，假设扭矩系数$K = 0.13$（根据厂家测试报告和现场复测），施工预拉力值标准值$P = 100kN$（假设值，实际根据强度等级等确定），螺栓直径$d = 16mm$。
   • 根据公式$T = K\times P\times d$，则终拧扭矩$T = 0.13\times100\times1000\times16 = 208000N\cdot mm=208N\cdot m$。初拧扭矩为终拧扭矩的$50\%$，即$104N\cdot m$。
2. 扭剪型高强螺栓
   • 对于扭剪型高强螺栓，如$M20$的扭剪型高强螺栓，已知其轴力$P$（假设根据强度等级等确定为$150kN$），$d = 20mm$
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     钢结构螺栓扭力计算