钢结构螺栓的力学性能检测通常会进行哪些力学试验项目

钢结构螺栓作为钢结构构件连接的核心受力部件，其力学性能直接关乎整个结构的稳定性与安全性。无论是高层住宅、工业厂房还是桥梁工程，螺栓都需承受拉、压、剪等复杂荷载，因此对其进行系统的力学性能检测是确保工程质量的关键环节。本文将围绕钢结构螺栓常见的力学试验项目展开，详细说明各项目的检测目的、方法及技术要求。

抗拉强度与屈服强度试验

抗拉强度与屈服强度是钢结构螺栓最基础的力学性能指标，直接反映螺栓承受拉荷载的能力。试验需采用万能材料试验机进行，试样通常选取螺栓的螺纹杆部或全螺纹段，需保证试样表面无裂纹、毛刺等缺陷，以免影响检测结果。

检测时，将试样两端固定在试验机的夹头中，按照标准速率缓慢加载（一般为5-10mm/min），同时通过传感器记录荷载与变形的关系，绘制应力-应变曲线。当曲线出现明显的屈服平台时，对应的荷载即为屈服荷载；当试样发生颈缩直至断裂时，最大荷载对应的应力即为抗拉强度。

对于高强度螺栓（如8.8级、10.9级），国家标准对其抗拉强度与屈服强度有明确要求。例如10.9级高强度螺栓的抗拉强度标准值需≥1040MPa，屈服强度标准值需≥940MPa。若试验结果未达到标准要求，螺栓将无法承受设计荷载，需判定为不合格。

断后伸长率与断面收缩率试验

断后伸长率与断面收缩率是衡量螺栓塑性的重要指标，塑性良好的螺栓在承受过量荷载时会发生明显变形，给工程人员提供破坏预警，避免突发脆性断裂。该试验需与抗拉强度试验同步进行，即在拉伸试样断裂后进行测量。

断后伸长率的检测方法为：在试样断裂前标记原始标距（如10d或5d，d为螺栓直径），断裂后将两段试样对齐，用游标卡尺测量标距内的总长度，计算公式为（断裂后标距长度-原始标距长度）/原始标距长度×100%。断面收缩率则是测量断裂处的原始横截面积与断裂后最小横截面积的差值，再除以原始横截面积。

以普通碳素钢螺栓为例，其断后伸长率一般需≥15%，断面收缩率≥40%。若塑性指标不足，螺栓在受拉破坏时将无明显变形直接断裂，给结构安全带来极大隐患。

冲击韧性试验

冲击韧性反映螺栓在冲击荷载作用下的抗破坏能力，尤其适用于低温环境下使用的钢结构（如北方地区的桥梁、厂房）。常见的试验方法为夏比V型缺口冲击试验，需将试样加工成带有V型缺口的标准试样（如10×10×55mm）。

检测时，将试样置于冲击试验机的支座上，使缺口正对摆锤的冲击方向，释放摆锤撞击试样，记录冲击吸收功。试验温度需根据工程环境确定，如常温（20℃）、低温（-20℃、-40℃）。对于高强度螺栓，低温冲击吸收功通常需≥27J（-20℃）。

冲击韧性差的螺栓在低温下易发生脆断，即使其抗拉强度符合要求，也可能在突发荷载下瞬间破坏。因此，寒冷地区的工程需特别重视该项目的检测。

硬度试验

硬度试验是一种快速、非破坏性的检测方法，通过测量螺栓表面抵抗硬物压入的能力，间接反映其强度与材质均匀性。常见的硬度类型有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC），其中布氏硬度适用于较软的钢材，洛氏硬度适用于高强度螺栓。

布氏硬度试验需用直径为10mm的硬质合金球，施加3000kg的荷载压入螺栓表面，保持10-15秒后测量压痕直径，计算布氏硬度值。洛氏硬度试验则用金刚石圆锥压头，施加初荷载与主荷载，测量压痕深度。

硬度与强度之间存在一定的对应关系，例如8.8级螺栓的洛氏硬度约为22-32HRC，10.9级约为32-39HRC。通过硬度试验可快速筛查出材质不符的螺栓，如用低强度钢材冒充高强度钢材的情况。

扭矩系数与紧固预拉力试验

高强度螺栓的连接可靠性依赖于紧固时产生的预拉力，而扭矩系数是衡量扭矩与预拉力关系的关键参数（扭矩系数=扭矩/（预拉力×螺栓直径））。该试验需使用扭矩扳手、拉力传感器及专用夹具。

检测时，将螺栓穿过夹具与拉力传感器连接，用扭矩扳手匀速拧紧螺母，同时记录扭矩值与对应的预拉力值，计算扭矩系数。国家标准要求高强度螺栓的扭矩系数范围为0.110-0.150，且同批螺栓的扭矩系数变异系数≤0.010。

预拉力试验则直接测量螺栓紧固后的轴向拉力，常用方法为轴力计法：将轴力计安装在螺栓与螺母之间，拧紧螺母时轴力计实时显示预拉力值。高强度螺栓的预拉力标准值需符合设计要求，如M20高强度螺栓的预拉力标准值约为155kN。

抗剪强度试验

抗剪强度是螺栓承受剪切荷载的能力，常见于钢结构的节点连接（如梁与柱的连接、钢板拼接）。试验方法为双剪切试验：将螺栓穿过两块厚度相同的钢板（剪切面数量为2），用万能试验机施加垂直于螺栓轴线的荷载，直至螺栓剪断。

抗剪强度的计算公式为剪切破坏荷载除以剪切面面积（双剪切面则除以2倍的螺栓横截面积）。对于普通螺栓，抗剪强度标准值约为螺栓抗拉强度标准值的0.6倍；高强度螺栓的抗剪强度则由预拉力产生的摩擦力决定，需结合接触面抗滑移系数计算。

若抗剪强度不足，螺栓在受剪时将被剪断，导致连接节点失效，影响整个结构的稳定性。

松弛试验

松弛试验用于评估螺栓在长期恒定荷载下的预拉力衰减情况，适用于长期承受预拉力的结构（如大型储罐、高压容器的螺栓连接）。试验需将螺栓安装在专用夹具上，用试验机施加规定的预拉力（如设计预拉力的70%-80%），并保持恒定温度（如20℃±2℃）。

在试验周期内（如1000小时、10000小时），定期测量螺栓的预拉力值，记录其衰减量。一般要求1000小时后的松弛率≤5%，10000小时后≤10%。

螺栓的松弛主要由材料的蠕变引起，若松弛率过大，长期使用中预拉力将逐渐下降，导致连接的摩擦力减小，甚至失去紧固作用。

疲劳试验

疲劳试验反映螺栓在交变荷载作用下的抗破坏能力，适用于承受反复荷载的结构（如桥梁、吊车梁、电梯轨道）。试验需使用疲劳试验机，对螺栓施加正弦波交变拉应力（应力比R=0.1，即最小应力为最大应力的10%）。

检测时，记录螺栓达到破坏时的循环次数（疲劳寿命），若循环次数超过10^6次仍未破坏，则认为螺栓达到疲劳极限。对于高强度螺栓，疲劳极限通常为其抗拉强度的40%-50%。

疲劳破坏是螺栓常见的失效形式之一，由于交变荷载的累积作用，即使螺栓未达到抗拉强度，也可能在长期使用中突然断裂。因此，承受交变荷载的工程需严格检测螺栓的疲劳性能。