高力ボルトと普通ボルトの違いと用途
高力ボルトと普通ボルトは、さまざまな用途で使用される2種類の締結具です。
それらの違いと一般的なアプリケーションの比較は次のとおりです。
強さ：高力ボルトは、通常のボルトに比べて引張強度、せん断強度が大幅に高くなるように設計されています。これらは合金鋼で作られており、強度を高めるために特殊な熱処理プロセスが施されています。一方、通常のボルトは強度が低く、通常はカーボンで作られています。鋼の加工.
マーキング: 高強度ボルトの頭部には、等級や強度クラスを示すマークが付いていることがよくあります。これらのマーキングは、引張強度や材料特性などのボルトの仕様を識別するのに役立ちます。通常のボルトには強度に関する特別なマークはありません。
インストール: 高強度ボルトは、必要な強度と性能を実現するために正確な取り付け手順が必要です。これらは、構造の完全性と耐荷重能力が重要な用途でよく使用されます。高強度ボルトの取り付け方法には、通常、指定された予荷重を達成するために、校正されたトルク レンチまたは油圧張力装置を使用することが含まれます。一般に、通常のボルトは取り付けが簡単で、特殊な機器やトルク管理を必要としません。
アプリケーション: 高強度ボルトは、建設、インフラプロジェクト、橋梁、建物、および重荷重または高い応力レベルが予想されるその他の用途で一般的に使用されます。梁、柱、トラスなどの構造用鋼部材の接合に不可欠です。通常のボルトは、次のようなそれほど要求の厳しい用途に使用されます。CNC機械部品家具の組み立て、自動車部品、非構造接続、および汎用の締結。
規格: 高強度ボルトは、多くの場合、米国の ASTM A325 や ASTM A490 などの業界標準に従って製造され、指定されています。これらの規格は、高力ボルトの材料要件、機械的特性、寸法、取り付け手順を定義します。通常のボルトは、より幅広い用途と低い強度要件をカバーする ASTM A307 などのより一般的な規格に従っています。
高力ボルトとは何ですか？
高強度フリクショングリップボルト、英語直訳は：高強度摩擦予締めボルト、英語略称：HSFG。当社の中国建設で言及されている高力ボルトは、高力摩擦予圧ボルトの略称であることがわかります。日常のコミュニケーションでは「フリクション」や「グリップ」という言葉がほんの少ししか出てきませんが、多くのエンジニアや技術者は高力ボルトの基本的な定義を誤解しています。
誤解の一つ：
材質等級8.8を超えるボルトが「高力ボルト」？
高力ボルトと通常のボルトの主な違いは、使用される材料の強度ではなく、力の形状です。重要なのは、プリロードを適用し、せん断に抵抗するために静摩擦を使用するかどうかです。
実際、イギリス規格やアメリカ規格でいう高力ボルト（HSFG BOLT）は8.8と10.9（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490）のみで、一般的なボルトには4.6、5.6、8.8、10.9、 12.9 など (BS 3692 11 表 2);高力ボルトと通常のボルトを区別するのに、材料の強度は重要ではないことがわかります。
「高強度」を正しく理解、強さはどこにあるのか
GB50017に準拠し、普通ボルト（B種）8.8級と高力ボルト8.8級1本の引張・せん断強度を計算します。
計算により、同じグレードの下で、デザインとアルミCNCサービス一般ボルトは高力ボルトに比べて引張強さ、せん断強さの値が高くなります。
では、高力ボルトの「強さ」はどこにあるのでしょうか？
この疑問に答えるためには、2 本のボルトの設計上の作動状態から始めて、弾塑性変形の法則を学び、設計破損時の限界状態を理解する必要があります。
一般ボルトと高力ボルトの使用条件における応力-ひずみ曲線
設計失敗時の限界状態
通常のボルト：ねじ自体の塑性変形が設計許容値を超え、せん断によりねじが破損します。
通常のボルト締結では、せん断力がかかり始める前に連結板間に相対滑りが発生し、ボルト棒と連結板が接触して弾塑性変形が生じ、せん断力に耐えます。
高力ボルト：有効摩擦面間の静止摩擦を克服し、2枚の鋼板に相対変位が発生し、設計上破損すると考えられます。
高力ボルト締結では、まず摩擦力がせん断力を負担します。負荷が増加し、摩擦力がせん断力に抵抗できなくなると、静止摩擦力に打ち勝ち、連結プレートの相対滑りが発生します（限界状態）。ただし、この時点では損傷を受けていますが、ボルトロッドは接続プレートに接触しており、依然として独自の弾塑性変形を利用してせん断力に耐えることができます。
誤解２：
高力ボルトは通常のボルトに比べて支持力が高くなります。 「強度が高い」ということでしょうか？
ボルト単体の計算から、高力ボルトの引張・せん断に対する設計強度は、通常のボルトに比べて低いことがわかります。その高強度の本質は、通常の動作中、節点に相対的な滑りが許されないこと、つまり弾塑性変形が小さく、節点の剛性が大きいことです。
特定の設計ノード荷重の場合、高強度ボルトを使用して設計されたノードは必ずしも使用するボルトの数を節約できるわけではありませんが、変形が小さく、剛性が高く、安全予備力が高いことがわかります。主桁など高い節剛性が必要な箇所に適しており、「節は強く、部材は弱い」という耐震設計の基本原則に適合しています。
高力ボルトの強さは、ボルトそのものの支持力の設計値ではなく、設計上の節点の剛性が高く、安全性能が高く、破損しにくいことにあります。
高力ボルトと一般ボルトの比較
一般ボルトと高力ボルトでは設計原理が異なるため、施工検査方法が大きく異なります。
同じグレードの普通ボルトの機械的性能要求は高力ボルトより若干高くなりますが、高力ボルトは衝撃エネルギーの許容条件が普通ボルトに比べて一つ多くなります。
普通ボルトと高力ボルトのマーキングは、現場で同グレードのボルトを識別する基本的な方法です。英国規格と米国規格の高力ボルトのトルク値は計算値が異なるため、両規格のボルトを識別する必要もあります。
高力ボルト：（M24、L60、等級8.8）
一般ボルト：（M24、L60、8.8級）
一般ボルトは高力ボルトの7割程度の価格であることがわかります。それらの許容要件の比較と組み合わせると、材料の衝撃エネルギー (靭性) 性能を確保することが最も重要な要素であると結論付けることができます。
要約する
一見単純な問題であっても、その本質を深く包括的に正しく理解することは簡単なことではありません。高力ボルトの定義や意味、一般ボルトとの大きな違いは、私たちが高力ボルトを正しく理解し、使用し、施工管理を行うための大前提となります。
ビュー：
1) 確かに、鋼構造物の一部の書籍には、高力ボルトとは強度が 8.8 等級を超えるボルトを指すと記載されています。この観点については、第一に、英米の基準はそれをサポートしておらず、一定の強さの「強い」「弱い」の定義がありません。第二に、これは私たちの仕事で言及した「高力ボルト」を満たしていません。
2) 比較の便宜上、ここでは複雑なボルトグループの応力は考慮していません。
3) 耐圧高力ボルトの設計にはねじの耐圧力も考慮されており、詳しくは下記「耐圧型高力ボルトと摩擦型高力ボルトの比較」で紹介します。
高力ボルトについてどれくらい知っていますか？
製造されている高力ボルトの正式名称は高力ボルト結合ペアと呼ばれ、一般的には高力ボルトを略して呼ばれることはありません。
取り付け特性に応じて、大型六角ボルトとねじりシャーボルトに分類されます。このうちねじりせん断タイプはレベル10.9のみで使用されます。
高力ボルトの性能等級により、8.8級と10.9級に分けられます。その中でも大型の六角高力ボルトはグレード8.8のみです。表示方法において、小数点以下の数字は熱処理後の引張強さを示します。小数点以下の数字は降伏比、つまり極限引張強さの測定値に対する降伏強さの測定値の比を示します。 。 8.8等級とは、ボルト軸の引張強さが800MPa以上、降伏比が0.8であることを意味します。 10.9級とは、ボルト軸の引張強さが1000MPa以上、降伏比が0.9であることを意味します。
構造設計における高力ボルトの直径には、一般に M16/M20/M22/M24/M27/M30 がありますが、M22/M27 は第 2 の選択肢であり、通常は M16/M20/M24/M30 が主に選択されます。
高力ボルトはせん断設計の観点から、設計要件に応じて高力ボルト耐圧タイプと高力ボルト摩擦タイプに分類されます。
摩擦式の支持力は、力伝達摩擦面の滑り止め係数と摩擦面の数によって決まります。サンドブラスト（ショット）後の赤錆の摩擦係数が最も高くなりますが、実運用上は施工レベルに大きく影響されます。多くの監督部門は全員、プロジェクトの品質を確保するために基準を下げることができるかどうかを問題視しました。
耐圧タイプの耐荷重は、ボルトのせん断耐力とボルトの耐圧能力の最小値によって決まります。接合面が1つの場合、M16摩擦型のせん断耐力は21.6～45.0kNであるのに対し、M16受圧型は39.2～48.6kNと性能が優れています。摩擦タイプ。
取付面では圧着式の方が作業が簡単で、接続面の油分と浮遊錆を除去するだけで済みます。シャフト方向に沿った引張耐力は、鋼構造規格において非常に興味深いものです。摩擦タイプの設計値は予張力の0.8倍、加圧タイプの設計値はネジの有効断面積×材料の引張強さの設計値となります。大きな違いがあるように見えますが、実際には、2 つの値は基本的に同じです。
摩擦式は、ロッド軸方向のせん断力と引張力を同時に受ける場合、せん断耐力に対するボルトが受けるせん断力の比に、ボルトが受ける軸力の応力比の和を加えた値が必要となります。ボルトのせん断耐力に対するせん断力の比の二乗と、ボルトのせん断耐力に対する軸力の比の二乗の合計が圧力タイプに必要です。ねじの引張容量は 1.0 未満、つまり、同じ荷重の組み合わせ、同じ軸受直径の下で、高力ボルトの設計の安全域は摩擦タイプの高力ボルトよりも高くなります。 。
強い地震が繰り返し作用すると、接続摩擦面が破壊する可能性があることを考慮すると、このときのせん断耐力はやはりボルトのせん断耐力とプレートの耐圧能力に依存します。このため、耐震基準では高力ボルトの極限せん断耐力の耐力計算式が定められています。
耐圧型は設計値的には有利ですが、せん断圧縮破壊型に属するため、ボルト穴が通常のボルトと同様のポアタイプのボルト穴となり、荷重時の変形が従来のものに比べて非常に大きくなります。摩擦タイプなので、高力ボルトに圧力がかかります。このタイプは、主に非耐震コンポーネントの接続、非動荷重コンポーネントの接続、および非繰り返しコンポーネントの接続に使用されます。
これら 2 つのタイプの通常のサービス制限状態も異なります。
摩擦タイプの接続とは、荷重の基本的な組み合わせの下での接続摩擦面の相対的な滑りを指します。
耐圧接続とは、荷重標準の組み合わせの下での接続部品間の相対的な滑りを指します。
共通ボルト
1. 普通ボルトはA、B、Cの3種類に分かれます。最初の2つは精製ボルトで使用頻度は少ないです。一般的に普通ボルトとはCレベルの普通ボルトを指します。
2. 一部の仮接続や分解が必要な接続には、C級普通ボルトがよく使用されます。建築構造物で一般的に使用される一般的なボルトは、M16、M20、M24 です。機械産業の一部の荒ボルトは直径が比較的大きく、特殊な目的に使用されます。
高力ボルト
3. 高力ボルトは通常のボルトとは材質が異なります。永久的な接続には通常、高力ボルトが使用されます。 M16～M30がよく使われます。オーバーサイズの高力ボルトは性能が不安定なため注意が必要です。
4. 建築構造物の主要部品のボルト接続は、一般に高力ボルトによって接続されます。
5. 工場出荷の高力ボルトは耐圧タイプ、摩擦タイプの区別はありません。
6. 摩擦型高力ボルトですか、それとも耐圧型高力ボルトですか？実際には、設計計算方法に次のような違いがあります。
1) 摩擦式高力ボルトの場合、プレート間の滑りが支持力の限界状態となります。
2) 耐圧性高力ボルトの場合、プレート間の滑りを通常使用の限界状態とし、締結不良を支持力の限界状態とみなします。
7. 摩擦タイプの高力ボルトではボルトのポテンシャルを十分に発揮できません。実際の用途では、摩擦タイプの高力ボルトは、非常に重要な構造物や動的荷重を受ける構造物、特に荷重によって逆応力が生じる場合に使用する必要があります。このとき、未使用のボルト電位は安全予備として使用できます。他の場所では、コストを削減するために耐圧高力ボルトを使用する必要があります。
普通ボルトと高力ボルトの違い
8. 一般ボルトは再使用可能ですが、高力ボルトは再使用できません。
9. 高力ボルトは、一般に高張力鋼（45 番鋼（8.8s）、20MmTiB（10.9S））を使用し、プレストレストボルトです。フリクションタイプはトルクレンチを使用して所定のプレストレスを与え、圧力タイプは梅の花の頭のネジを緩めます。 通常のボルトは一般的に普通鋼 (Q235) で作られており、締め付けるだけで済みます。
10. 通常のボルトは、4.4 級、4.8 級、5.6 級、8.8 級が一般的です。高力ボルトの等級は8.8等級と10.9等級が一般的で、そのうち10.9等級が大半を占めます。
11. 一般ボルトのねじ穴は高力ボルトのねじ穴よりも大きいとは限りません。実は普通のボルトのネジ穴は比較的小さいのです。
12. 一般的なボルトのA級、B級のねじ穴はボルトより0.3～0.5mmしか大きくありません。 C種ネジ穴は一般的にボルトより1.0～1.5mm大きいです。
13. 摩擦式高力ボルトは摩擦により荷重を伝達するため、ねじ棒とねじ穴の差が1.5～2.0mmに達する場合があります。
14. 耐圧型高力ボルトの力伝達特性は、通常の使用において摩擦力を超えないせん断力を有するものであり、摩擦型高力ボルトと同様です。再び荷重が増加すると、接続プレート間に相対滑りが発生し、通常のボルトと同様にネジのせん断抵抗と穴壁の圧力を利用して接続します。ネジとネジ穴の差は1.0～1.5mmと若干小さめです。
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投稿時刻: 2023 年 6 月 1 日