[发明专利]可监测及控制预拉力的摩擦型高强度螺栓、连接件及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及剪力连接件及其施工方法，特别是涉及一种可监测及控制预拉力的摩擦型高强度螺栓、连接件及其施工方法。

背景技术

现有的高强度螺栓主要分为摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓。高强度摩擦型螺栓在承受剪力时，以外剪力达到板件间的可能发生的最大摩擦阻力为极限状态，当超过最大摩阻力，板件发生相对滑移时，认为连接已失效而破坏；承压型高强度螺栓在受剪时，允许摩擦力被克服而发生板件间的相对滑移，然后外力可以继续增加，并以此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极限状态。

对高强度螺栓施加预拉力和紧固的方法一般为扭矩法、转角法和扭剪法。前两种方法依靠预拉力和扭矩或旋拧角的关系使栓杆达到设计预拉力，而扭剪法依靠拧掉尾部梅花头使栓杆达到设计预拉力。第一种方法需事先测定螺栓的预拉力与扭矩间的关系，第二种方法需以构件紧密贴合的初拧状态作为起始状态而后根据转角确定预拉力，第三种方法仅能根据梅花头是否拧断确定设计预拉力。这三种安装方式确定的螺栓预拉力都是有条件的，并且无法准确测量和监测，施工方法人为因素较大，尤其到了结构正常使用阶段，螺母松动等引起的预拉力变化更是无法监测和控制的。

高强度螺栓的设计预拉力为：其中f_u为螺栓的最低抗压强度，A_e为螺纹处的有效截面面积。可以看出，设计预拉力仅为实际预拉力的0.6075，基于考虑了残余剪力、施工时的人为因素、材质的不均匀性和安全系数。对于摩擦型高强度螺栓，由于栓杆的预拉力无法准确测量和受控，导致以摩擦型高强度螺栓连接的抗剪承载力设计值：是较低的，为增加螺栓的抗剪承载力，只能从摩擦面的抗滑移系数μ和预拉力P入手这使材料的利用率严重降低，从而大幅的增加了工程成本，追其原因，这是由高强度螺栓的预拉力不受监测和控制导致的。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种预拉力可被监测和控制的新型摩擦型高强度螺栓及其在剪力连接件中的应用。

技术方案：一种可监测及控制预拉力的摩擦型高强度螺栓，包括至少设置有一段螺纹部的螺杆段，与所述螺杆段螺接的第一螺母和第二螺母，套设在螺杆段上且位于第一螺母与第二螺母之间的半导体弹簧，套接在半导体弹簧外周的套筒，设置在第一螺母或第二螺母一侧并可与欧姆表连接的正负极金属片，以及电连接正负极金属片与半导体弹簧两端的导线；

第一螺母或第二螺母的一侧设置有用于和半导体弹簧末端卡接的卡槽或与用于和套筒一端连接的嵌槽，第一螺母和第二螺母的相对距离改变时，半导体弹簧被拉伸或压缩。

所述套筒和/或半导体弹簧的外侧套接有橡胶环。

所述螺杆端沿其纵向分为多个区域，不同区域的颜色不同。

所述摩擦型高强度螺栓设置于圆螺栓孔、腰圆螺栓孔或长螺栓孔。

一种可监测及控制预拉力的摩擦型高强度螺栓，包括螺帽、螺纹段、螺母、外套筒和半导体弹簧；

所述螺帽的顶面设有卡槽；螺母、外套筒和半导体弹簧通过预设方式依次连接形成一个整体，且螺母、外套筒和半导体弹簧三者同轴；螺帽从螺纹段的一端旋进，半导体弹簧、外套筒和螺母从螺纹段的另一端套入，半导体弹簧与螺帽顶面的卡槽卡合连接，螺母与螺纹段之间螺接；

所述螺纹段设有不同的预拉力分区标识，以螺母旋进的一端开始依次设有螺纹区域0、螺纹区域1、螺纹区域2、螺纹区域3和螺纹区域4；以螺母的上端面作为指示面，当半导体弹簧嵌于卡槽中，此时半导体弹簧处于自然状态；当螺母上端面处于螺纹区域0与螺纹区域1的交界面或者螺纹区域0时，此时剪力连接件和梁或板间未夹紧，螺栓的预拉力为0kN；当螺母的上端面分别处于螺纹区域1至螺纹区域4时，对应的螺栓预拉力范围分别为0-5kN，5-10kN，10-15kN和15-20kN，旋转螺母改变螺母上端面在螺纹段的分区。

所述螺帽底面设有第一金属片和第二金属片，螺帽顶面的卡槽一端设有连接头；当半导体弹簧卡合到卡槽上时，其与螺帽通过卡槽和连接头形成内置电路；半导体弹簧的的两端分别与第一金属片和第二金属片电连接；测得第一金属片和第二金属片之间的电阻，即为半导体弹簧的电阻值。

该可监测及控制预拉力的高强度螺栓还包括套设于外套筒和半导体弹簧外面的橡胶环。

一种包括上述述可监测及控制预拉力的高强度螺栓的型钢剪力连接件，还包括剪力连接件主体，所述剪力连接件主体通过高强度螺栓与主梁连接。

所述剪力连接件主体为槽钢、栓钉或角钢。

一种基于上述可监测及控制预拉力的剪力连接件的施工方法，该施工方法包括以下步骤：