文/炫光 甲级设计院结构专业负责人 国家一级注册结构工程师
文章首发：点筑结构 w x ID：kjve001
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今天的问题如下：
问： “17版新钢规第120页：第11.4.3条：高强度螺栓承压型连接应按下列规定计算：
1、承压型连接的高强度螺栓预拉力P的施拧工艺和设计值取值应与摩擦型高强螺栓相同；
2、承压型连接中每个高强度螺栓的受剪承载力设计值，其计算方法与普通螺栓相同，但当计算剪切面在螺纹处时，其受剪承载力设计值应按螺纹处的有效截面积进行计算；
3、在杆轴受拉的连接中，每个高强度螺栓的受拉承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。
4、同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型连接，承载力应符合下式的要求：
式中：Nv、Nt——所计算的某个高强度螺栓所承受的剪力和拉力
Nvb、Ntb、Ncb——一个高强度螺栓按普通螺栓计算时的受剪、受拉和承压承载力设计值
那么问题来了：
1、为什么高强螺栓承压型受剪、受拉、受压承载力都按照普通螺栓？
2、那我还买高强螺栓干什么？直接用普通螺栓不就好了嘛！
提问者：勤奋好学的小强
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答：先说结论：“高强”或许高强，“普通”未必普通。
仅从字面上去理解，认为“普通”螺栓一定是百搭又便宜，这是一个思维的误区。现在，我们通过对比一下普通螺栓、高强螺栓摩擦型、高强螺栓承压型这3种螺栓的区别，来走出这个误区。
高强螺栓
1、普通螺栓与高强螺栓的区别：
区别在于：预拉力。
普通螺栓连接依靠杆身承压和抗剪来传递剪力，在扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，其影响不予考虑；高强螺栓通过扭紧螺帽，给螺栓施加很大的预拉力，使被连接件接触面之间产生挤压力，因而垂直于螺杆方向有很大摩擦力，依靠这种摩擦力来传递连接剪力。一番操作之下，高强螺栓可以达到超过普通螺栓的承载力，因而可以胜任更加重要的工作。
2、高强螺栓摩擦型、承压型的区别
区别在于：失效机理。
对比《钢结构设计标准》第11.4.2和11.4.3条就可以发现，高强螺栓摩擦型是有摩擦系数的，而高强螺栓承压型没有摩擦系数。这是因为：对于摩擦型螺栓，摩擦力即承载力。当剪力超过摩擦力时，即发生错动，此时即认为螺栓失效；而对于承压型螺栓，它的摩擦力存在，但可以不明确摩擦系数，当剪力超过摩擦力后发生很小的位移，但是对于一些位移要求不高的节点，可以认为这1~2mm的位移不算失效。这是它们同作为高强螺栓的本质区别。即失效机理的区别。
对拉螺栓
3、高强螺栓承压型和普通螺栓的相同点
相同点为：破坏机理。
上面说到：高强螺栓承压型是允许一定位移的，它不以滑动而是以连接破坏作为承载能力极限状态，这无疑使它相比高强螺栓摩擦型具备更大的潜能。
而普通螺栓的失效机理是什么？普通螺栓是以滑动为极限状态吗？明显不是。普通螺栓的计算公式（钢标11.4.1）是强度*面积。普通螺栓才是真正以连接破坏为承载能力极限状态的鼻祖。
那么第1个问题得到解决：就失效机理来说： 高强承压型和普通螺栓是相同的，都是以连接破坏为承载力极限状态。而规范先给出了普通螺栓的计算公式，所以高强承压型螺栓——这个后出现的概念，就抄了前面普通螺栓的作业。
4、高强螺栓承压型和普通螺栓的不同点
不同点为：抗剪机理。
高强螺栓承压型的承载力是用普通螺栓的公式算出来的。看起来似乎没有多大的优越性？我为啥不直接用普通螺栓呢，还可以省个预拉力呢。
要解决这个疑问，必须认识到另一个概念的区别：即抗剪机理的区别。
对高强螺栓承压型，因为预拉力的存在，螺栓被顶紧防松，外力来时形成摩擦阻力，这是它抗剪的第一道防线（可以将这一状态理解为正常使用状态）。外力超过摩擦力后，改为螺栓自身抗剪直至破坏，这是第二道防线。因为材料、直径等其他因素的不同，破坏机理相同也不代表它们的承载力就相同。高强螺栓无疑承载力更高。
对普通螺栓，没有预拉力，摩擦力很小，忽略不计，只能通过螺栓和孔洞之间的压力形成抗剪承载力。
高强螺栓承压型由于2道防线的加持使得它更加有恃无恐。孔径贼大也没有关系，反正有摩擦力在。而普通螺栓就不行了，孔径必须很小。因为它只有这一道防线。
第一道防线，往往是不可逆的，混凝土，钢结构都是如此。
孔径的大小，决定了钢结构安装的精度。也影响了经济性。一般普通螺栓的孔径往往要求比螺栓直径大仅仅零点几毫米。而高强螺栓的孔径往往可以比螺栓直径大1~2个毫米。后者无疑降低精度，更好安装、节约人力成本。
所以，第2个问题的回答就是：普通螺栓自身工艺相对简单（没有预拉力的步骤）、承载力低、延性差、精度要求高，高强螺栓承压型自身工艺相对复杂，承载力高，延性好，精度要求低。
而公式，只能反映它们最终的破坏机理相同，不能反映它们在过程中的其他状态。
5、延伸
钢标11.5.4-3规定：高强螺栓承压型不应用于直接承受动力荷载的结构。
这是因为，高强螺栓承压型的剪切变形比摩擦型的大，所以只适合承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构。另外，高强螺栓承压型在荷载设计值作用下将产生反向滑移，也不宜用于承受反向内力的连接。
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