螺栓抗剪测试执行的国家标准及检测流程详解

螺栓作为机械与建筑结构的“连接枢纽”，其抗剪性能直接决定结构承载极限——从钢结构厂房梁柱连接到汽车底盘部件固定，受剪螺栓失效可能引发连锁安全事故。抗剪测试是验证螺栓剪切承载能力的核心手段，而国家标准规范与流程标准化，是确保测试结果精准可追溯的关键。本文系统解析螺栓抗剪测试现行国家标准框架，及从试样准备到结果判定的全流程实操要点，为行业人员提供可落地技术参考。

螺栓抗剪测试的核心概念与适用场景

螺栓抗剪测试是模拟螺栓承受横向剪切力的过程，测量其剪切变形下的极限承载能力（抗剪强度）及破坏形态。与抗拉测试不同，抗剪受力方向垂直于螺栓轴线，更贴合“被两个部件夹紧、受横向力”的实际场景——比如钢结构梁与柱的高强度螺栓连接，需承受梁端水平剪切力；机械联轴器螺栓需承受扭矩转化的剪切力。

抗剪测试主要适用于两类螺栓：一是“承压型高强度螺栓”（依赖螺栓杆与孔壁挤压传递剪力），二是“普通受剪螺栓”（如机械装配的六角头螺栓）。摩擦型高强度螺栓虽以摩擦力为主，但部分工况需验证抗剪后备能力，也需测试。

需注意，螺栓抗剪性能与剪切面数量直接相关——实际常见“双剪切面”（螺栓穿两个被连接件，形成两个剪切面）或“单剪切面”（穿一个被连接件，形成一个剪切面），测试时需对应选择夹具，否则结果偏差。

螺栓抗剪测试的主要国家标准梳理

国内螺栓抗剪测试标准体系以“通用基础+专用场景”为架构，核心标准包括：

1. GB/T 3098.1-2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》：紧固件机械性能“母标准”，第10章“剪切试验”明确基本要求——试样数量（每组至少3个）、夹具类型（推荐双剪切）、加载方式（缓慢均匀无冲击），并规定抗剪强度计算方法（τ=P/(n×A)，P为断裂力，n为剪切面数，A为杆部横截面积）。

2. GB/T 3632-2008《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》：针对钢结构扭剪型螺栓（如M16、M20），5.2.3条细化要求——夹具剪切面间距等于被连接件厚度（10mm~16mm），加载速率控制在“每秒增加力不超公称抗剪力10%”，避免加载过快结果偏高。

3. GB/T 13683-2008《紧固件 螺栓、螺钉、螺柱和螺母 通用技术条件》：配套标准，第6章补充试样制备要求——杆径用千分尺测（精度0.01mm，取3位置平均值），螺纹需完整无磕碰，否则剔除。

4. GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》：虽为拉伸标准，但设备精度（1级及以上）、环境温度（23±5℃）要求适用于抗剪测试——万能试验机力值误差≤±1%，否则结果无效。

国家标准中的关键技术要求

国家标准约束集中在“试样制备”“设备要求”“加载条件”三方面：

试样制备：批量中随机抽试样，数量符标准（如GB/T 3098.1要求每组3个）；尺寸符公称规格——M16螺栓杆径公称16mm，实际最小直径≥15.9mm（公差按GB/T 9145）；外观无缺陷——杆部无裂纹、螺纹无损伤、头部无歪斜，否则提前断裂。

设备要求：用万能试验机或专用剪切机，力值范围覆盖预计抗剪力（如M16、10.9级螺栓抗剪力约120kN，量程≥150kN）；剪切夹具需标准设计——双剪切面平行、间距可调，材质为高强度合金钢（硬度≥HRC45），避免夹具变形影响加载均匀性。

加载条件：加载速率是关键——GB/T 3098.1规定钢铁螺栓应力速率≤25MPa/s（力速率=应力速率×横截面积）。如M16螺栓横截面积约201mm²，加载速率≤25×201=5025N/s（约5kN/s）。加载过快会因应变率效应使抗剪强度偏高10%~15%。

检测前的准备工作

测试前需完成三项准备：

试样检查与测量：外观检查——肉眼或放大镜看杆部、螺纹、头部，剔除有裂纹毛刺的；尺寸测量——千分尺测杆径（中间、两端3位置，精确0.01mm），游标卡尺测长度（精确0.1mm）；材质确认——核对送检材质报告（化学成分、热处理状态），确保与批量一致。

设备校准与调试：试验机校准——检查力值示值误差≤±1%，超差需重新计量；夹具调试——装夹具后用水平仪查平行度（误差≤0.05mm），百分表查同轴度（误差≤0.1mm），避免偏载；速率调试——设置加载速率（如5kN/s），试块预加载确认稳定。

环境准备：温度23±5℃，湿度≤75%（防试样生锈）；试验台稳固无振动（防力值波动）；无腐蚀性气体（防损伤设备和试样）。

螺栓抗剪测试的具体流程步骤

流程分五步：

步骤1：安装试样：螺栓穿双剪切夹具两个剪切面（或单剪切夹具一个），用直角尺确认轴线与剪切面垂直；带螺母的连接副需手拧紧（避免预紧力影响）。

步骤2：预加载：启动试验机，施预紧力（约预计抗剪力5%），消除间隙；预加载后停试验机，查试样是否歪斜，歪斜则重新安装。

步骤3：正式加载：按设定速率（如5kN/s）均匀加载，实时监控力值曲线；若试样弯曲（非剪切变形），立即停止调整夹具。

步骤4：记录数据：试样断裂时记最大力值（Pmax）；观察断裂位置——杆部或未旋合螺纹处结果有效，螺纹旋合处或夹具处无效需重测。

步骤5：卸载与清理：缓慢降横梁（速率≤10mm/min），卸载后取断裂试样；毛刷清夹具碎屑，试样编号保存3个月以上追溯。

测试过程中的注意事项

1. 避免偏载：试样与夹具不垂直会产生附加弯矩，导致弯曲断裂。解决：安装用直角尺校准，预加载后复查。

2. 控制加载速率：过快导致动态强化结果偏高，过慢降低效率。解决：按螺栓直径材质算速率（如M20约8kN/s），用试验机速率控制功能实现。

3. 关注断裂形态：需剪切断裂（面垂直轴线），若拉伸或弯曲断裂说明受力错误。解决：查夹具设计（剪切面间距）或调整安装。

4. 人员操作规范：试验人员需培训——启动前确认横梁位置（防碰撞），加载时远离设备（防断裂飞溅），记录数据准确（防笔误）。

测试结果的判定依据

1. 抗剪强度计算：按GB/T 3098.1公式τ=Pmax/(n×A)——Pmax为断裂最大力（N），n为剪切面数，A为杆部横截面积（mm²，公称直径d则A=πd²/4，实际测d1则A=πd1²/4取平均）。

2. 结果判定：测试值≥标准最小值为合格——如GB/T 3098.1中8.8级抗剪强度≥640MPa，10.9级≥900MPa。

3. 结果有效性：每组极差≤平均值10%——如3试样值650、660、680MPa，平均663MPa，极差30MPa（4.5%）符合；若极差超10%（如650、660、720MPa，极差70MPa，10.3%），需加2试样重测取5个平均。

4. 断裂位置确认：断裂在杆部或未旋合螺纹处有效；螺纹旋合处断裂需查螺纹加工质量（牙型精度、热处理）；夹具处断裂需换夹具（设计不合理）。

常见测试误区及规避方法

误区1：用抗拉夹具代替剪切夹具：轴向加载与横向抗剪受力方式不同，结果错误。规避：用标准剪切夹具（如双剪切），专业厂商定制。

误区2：忽略试样尺寸测量：用公称直径算面积，实际杆径因加工误差变小，导致抗剪强度偏低。规避：千分尺测实际杆径，取平均算面积。

误区3：加载速率未校准：试验机速率显示与实际不符，导致结果偏差。规避：标准力传感器校准速率，或试块预测试确认。

误区4：试样数量不足：1个试样结果偶然性大。规避：每组至少3个试样，取平均作最终结果。