建筑钢结构抗滑移系数试验中的注意事项

张树勋，崔 萌，韩 彬

国家网架及钢结构产品质量监督检验中心，江苏 徐州 221000

高强度螺栓摩擦型连接是钢结构构件常用的连接方式，适用于重要结构和承受动力荷载的结构，以及可能出现反向内力的构件连接。在高强度螺栓摩擦型连接中，滑动外力与连接中法向压力的比值为抗滑移系数，抗滑移系数也是高强度螺栓连接的主要设计参数之一，会直接影响构件的承载能力[1-4]。

抗滑移系数的检验要求主要是《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205—2020）附录B中的规定，但其并不是一个完整的检验方法标准，对一些试验细节没有做出明确的规定。因此，文章主要对抗滑移系数试验过程中几个试验细节问题进行探讨，以提高检验数据的准确性。

1 抗滑移系数试验涉及的标准

目前，建筑钢结构抗滑移试验所涉及的现行标准主要有《钢板栓接面抗滑移系数的测定》（GB/T 34478—2017）[1]（以下简称《系数测定》）、《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205—2020）[2]（以下简称《验收标准》）和《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ 82—2011）[3]（以下简称《技术规程》）。

《系数测定》综合了《技术规程》和已经废止的《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205—2001）（以下简称《验收规范》）的相关内容，并对螺栓孔径和试验细节等做出了明确的规定，但使用扭剪型螺栓时在抗滑移系数测定和加荷终点判断上与《验收标准》不一致。《验收标准》基本涵盖了《技术规程》中关于抗滑移系数试验的相关内容，在试验方法上与旧版《验收规范》相比，主要有两个变化：（1）删除了扭剪型螺栓做抗滑移系数试验时，螺栓预拉力可按照同批螺栓复验预拉力平均值取用的做法；（2）在加载终点的判断上进行了修改。因此，在建筑钢结构抗滑移试验中，应以《验收标准》为检验依据，《系数测定》中的试验细节等部分内容可作为参考。

2 抗滑移系数检验用螺栓的要求

《验收标准》中对抗滑移试件的规定：“试件与所代表的钢结构构件应为同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态（含有涂层），在同一环境条件下存放，并应用同批同一性能等级的高强度螺栓连接副。”

对于抗滑移系数试验用螺栓的要求，部分实验室和工程人员将其理解为抗滑移试验用螺栓应与工程实际应用螺栓为同一批次[5-7]。抗滑移系数试验主要考察摩擦面的处理效果，同时和连接的形式、构件的应力、螺栓的分布、环境、荷载等因素有关，高强度螺栓在抗滑移系数试验中起到辅助作用，因此仅更换螺栓批次，不会对抗滑移系数试验的准确性产生明显影响[8]。而且在抗滑移系数试验中，螺栓需要夹持三块钢板，通常会比工程实际应用的螺栓长一些，如果用工程同批螺栓，就需要厂家单独加工定制，这在实际操作中是难以保证的。《验收标准》所指的是应用与实际工程同一性能等级的高强度螺栓连接副，并且试验用的十二套螺栓应为同一批次，而并非指与工程实际应用的高强度螺栓属同一批次。

3 考虑螺栓应力松弛的影响

螺栓应力松弛过程一般分为两个阶段：第一阶段是螺栓紧固后各接触表面的微观凸起因发生塑性变形下陷而使螺栓预拉力下降，应力下降速度较快，时间较短；第二阶段是材料蠕变等因素使塑性变形不断增加，弹性变形相应减少，而应力随时间缓慢降低。

在抗滑移试验中，螺栓预拉力值会受到应力松弛第一阶段的影响，螺栓紧固后，螺栓预拉力通常会快速小幅下降，5～10min之后下降速度趋缓，预拉力值相对稳定。建议抗滑移试件紧固完成后放置5～10min，待螺栓预拉力值趋于相对稳定后，再对抗滑移试件进行拉伸试验，这样计算抗滑移系数时预拉力的取值会更为准确。

4 工程使用扭剪型螺栓时抗滑移系数的测定

目前，国内有高强度大六角头螺栓连接副和扭剪型高强度螺栓连接副两种产品，在设计计算上没有区别，仅在施工方法和构造上有所差别。《系数测定》和《验收规范》中规定，采用扭剪型高强度螺栓进行抗滑移试验时，螺栓预拉力（紧固轴力）可按照同批螺栓复验预拉力的平均值取用，但这会加大抗滑移试验的误差，这种试验方法在《验收标准》中已经不被允许。进行抗滑移系数检测时，螺栓类型对抗滑移系数没有明显影响，工程采用扭剪型螺栓时，抗滑移系数的测定也可以采用大六角头螺栓进行试验。

5 滑移荷载的判断

旧标准《验收规范》规定的滑移荷载有四种判定条件：（1）试验机发生回针现象；（2）X-Y记录仪上变形曲线发生突变；（3）试件侧面划线发生错动；（4）试件突然发生“嘣”的响声。《系数测定》中增加了第五种情况：位移测量装置试件栓接面发生的滑动位移为0.15mm，这实质上是对第三种判定条件的进一步细化。《验收标准》则规定以试件发生滑动破坏的荷载值为滑移荷载。

在抗滑移系数试验检测中，试验机回针、变形曲线突变和发出响声都有可能首先出现，但是无论是哪种情况首先出现，紧接着都会表现为试件夹板和芯板之间出现滑动。高强度螺栓摩擦型连接形式通过构件的结合面产生的摩擦力来传递工作荷载，以结合面出现相对滑动作为其承载力的极限状态，一旦摩擦面被外力克服产生相对滑动，则视为该连接达到破坏状态，试验结束。《验收标准》中规定以出现滑动破坏作为加荷终点，更符合抗滑移试验的检测目的，而且在很大程度上避免了因试验机部件磨损产生的异响、多项判定条件引起的错乱等因素的影响，有利于提高检验数据的准确性。另外，在出现滑动后，试验荷载值通常会稍微降低或基本不变，滑移荷载应明确表述为出现滑动破坏前的最大加荷值。在具体试验操作中，按照规定的加荷速度进行加荷，直至一侧摩擦面发生滑移，滑移荷载与滑移侧的螺栓预拉力之和的比值为抗滑移系数。

6 结束语

建筑钢结构抗滑移系数检测涉及多个标准，各个标准对于具体试验要求的规定并不完全一致，而且标准对部分试验细节的表述也比较含糊，这些试验细节对检验数据会产生一定的影响。因此，在试验过程中注意这些试验细节，有助于提高检验数据的准确性。