GB/T 3633 标准概述
GB/T 3633《扭剪型高强度螺栓连接副》是钢结构工程中应用最为广泛的高强度螺栓标准之一。与GB/T 1231大六角头高强度螺栓不同,扭剪型螺栓采用独特的梅花头设计,安装时使用专用电动扳手拧断梅花头即可完成终拧,无需扭矩扳手,施工效率高、质量一致性好,已成为钢结构现场施工的首选方案。
GB/T 3633规定了扭剪型高强度螺栓连接副(包括螺栓、螺母、垫圈三件套)的技术要求、试验方法和验收规则。该标准与JSS II 09(日本钢结构协会标准)技术路线一致,国内自20世纪80年代引进后经过多次修订,目前已是第三代版本,涵盖了10.9S级M16~M30全系列规格。
扭剪型螺栓结构与工作原理
扭剪型螺栓由螺栓体和梅花头两部分组成,两者之间通过环形切槽(应力集中槽)连接。安装过程如下:
- 将螺栓穿入孔位,套上垫圈,拧上螺母至手紧
- 使用扭剪型电动扳手的内套筒卡住梅花头,外套筒卡住螺母
- 扳手同时对螺母施加正向扭矩、对梅花头施加反向扭矩
- 当螺栓达到设计预紧力时,环形切槽处剪切应力超过材料抗剪强度,梅花头自动拧断脱落
- 梅花头脱落即表示终拧完成,无需额外检测
这种设计的核心优势在于:梅花头拧断力矩与螺栓预紧力之间存在确定的对应关系,只要梅花头在规定范围内拧断,即可保证预紧力满足设计要求。这是扭剪型螺栓”以拧断代替检测”的理论基础。
GB/T 3633 规格参数表
| 螺纹规格d | 螺栓长度L (mm) | 头部对边s (mm) | 头部高度k (mm) | 梅花头直径D (mm) | 切槽直径d0 (mm) | 连接副保证载荷 (kN) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| M16 | 40~180(每5mm一档) | 27 | 10 | 24 | 13.5 | 163 |
| M20 | 45~220(每5mm一档) | 34 | 12.5 | 30 | 17.0 | 255 |
| M22 | 50~240(每5mm一档) | 36 | 14 | 32 | 18.5 | 315 |
| M24 | 55~260(每5mm一档) | 41 | 15 | 36 | 20.0 | 370 |
| M27 | 60~280(每5mm一档) | 46 | 17 | 40 | 23.0 | 490 |
| M30 | 65~300(每5mm一档) | 50 | 18.7 | 44 | 25.5 | 590 |
连接副力学性能要求
GB/T 3633扭剪型高强度螺栓连接副的力学性能需满足以下要求:
| 性能参数 | M16 | M20 | M22 | M24 | M27 | M30 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺栓抗拉强度 (MPa) | ≥1040 | |||||
| 螺栓屈服强度 (MPa) | ≥940 | |||||
| 螺栓硬度 | HRC 33~39 | |||||
| 连接副预紧力P (kN) | 110 | 170 | 210 | 250 | 330 | 400 |
| 连接副扭矩系数K | 0.110~0.150 | |||||
| 扭矩系数标准偏差σ | ≤0.0100 | |||||
| 螺母硬度 | HRC 28~38(10H级) | |||||
| 垫圈硬度 | HRC 35~45 | |||||
与GB/T 1231大六角头螺栓的对比
GB/T 3633扭剪型和GB/T 1231大六角头是钢结构工程中两大主要高强度螺栓体系,两者的对比如下:
| 对比项目 | 扭剪型(GB/T 3633) | 大六角头(GB/T 1231) |
|---|---|---|
| 终拧判定方式 | 梅花头拧断即完成 | 扭矩法或转角法需检测 |
| 施工工具 | 专用电动扳手 | 扭矩扳手/液压扳手 |
| 施工效率 | 高,约1~2分钟/个 | 中,约3~5分钟/个 |
| 预紧力一致性 | 好,靠材料剪切强度保证 | 依赖扭矩系数稳定性 |
| 终拧检测 | 目视检查梅花头即可 | 需扭矩校验或转角复核 |
| 可重复使用 | 不可(梅花头已断) | 可以(螺栓完整) |
| 价格 | 略高 | 略低 |
| 应用范围 | 钢结构、桥梁、场馆 | 钢结构、设备基础 |
施工质量控制要点
扭剪型螺栓施工质量控制的关键环节包括:
- 进场检验:每批连接副需进行扭矩系数复验,随机抽取8套(M16~M22)或5套(M24~M30),扭矩系数K值在0.110~0.150范围内,标准偏差σ≤0.0100
- 初拧:使用冲击扳手或手动扳手将螺母拧至手紧后再拧紧约60%~80%设计扭矩
- 终拧:使用扭剪型电动扳手拧断梅花头,扳手内套筒必须完全卡住梅花头,外套筒完全卡住螺母
- 终拧检查:目视检查所有螺栓梅花头是否已拧断脱落,未拧断的需补拧。检查开口梅花头是否完整(断裂面应为剪切断口,光滑无裂纹)
- 扭矩系数不合格处理:如一批连接副扭矩系数超出范围,整批退货不得使用
常见问题
Q1: 扭剪型螺栓梅花头不断怎么办?
梅花头不断的原因通常有:(1) 电动扳手功率不足或电池电量低;(2) 螺纹面有毛刺或异物导致摩擦力过大;(3) 螺栓本身切槽尺寸不合格。处理方法:先检查扳手状态,清除螺纹异物后重试;如仍不断,该螺栓可能存在质量问题,应更换新螺栓。切勿用火焰切割梅花头代替拧断。
Q2: 扭剪型螺栓能不能用于摩擦型和承压型连接?
GB/T 3633扭剪型螺栓主要用于摩擦型连接。由于梅花头拧断后螺栓端部形态不规则,不太适合需要精确控制端面的承压型连接。如工程设计要求承压型连接,应优先选用GB/T 1231大六角头螺栓。详见GB/T 1231钢结构用高强度大六角头螺栓连接副技术规范。
相关标准与参考文章
- GB/T 1231 钢结构用高强度大六角头螺栓连接副技术规范
- GB/T 18230 栓接结构用高强度螺栓连接副技术规范
- GB/T 32076 预载荷高强度栓接结构连接副技术规范
- GB/T 5783 全螺纹六角头螺栓技术规范
- GB/T 5782 半螺纹六角头螺栓技术规范
- 钢结构高强度螺栓扭矩法和转角法实操详解
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