超高強(qiáng)度緊固件可以在相同夾緊力下，通過減少自身尺寸來降低重量和增加安裝空間，因此可以對被連接部件進(jìn)行功能和體積優(yōu)化，從而使裝備達(dá)到整體減重和性能優(yōu)化的目的。
　　據(jù)了解，一架現(xiàn)代飛機(jī)所用的緊固件總重量可占飛機(jī)總重的5%-6%，而一架中型飛機(jī)上的各類緊固件可達(dá)到200-300萬個(gè)。僅在飛機(jī)減重方面，超高強(qiáng)度緊固件就有巨大的市場需求。
　　11月28日，由上海大學(xué)材料學(xué)院董瀚教授領(lǐng)銜的高性能鋼鐵材料團(tuán)隊(duì)、河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司、七豐精工科技股份有限公司、舟山市7412工廠、江蘇冶金技術(shù)研究院、上海大學(xué)（浙江）高端裝備基礎(chǔ)件材料研究院、上大新材料（泰州）研究院等七家單位經(jīng)過一年多的聯(lián)合攻關(guān)，研制出世界首款19.8級超高強(qiáng)度緊固件，成為世界最高強(qiáng)度等級的緊固件。公開資料顯示，國外目前優(yōu)勢企業(yè)的緊固件最高強(qiáng)度級達(dá)到了17.8級。我國973項(xiàng)目依據(jù)國際發(fā)展?fàn)顩r，曾經(jīng)研制了13.9—15.9級的緊固件材料與緊固件。
　　該項(xiàng)目通過“材料生產(chǎn)—緊固件制造—服役評價(jià)”全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，基于鋼鐵材料高性能化理論，利用龍鳳山鑄業(yè)生產(chǎn)的高純鐵原料成功研發(fā)出超高強(qiáng)度緊固件用B17.8及B19.8鋼，形成了16.8級和19.8級緊固件制造技術(shù)，緊固件實(shí)物如圖1所示。
　　16.8和19.8級緊固件實(shí)物（規(guī)格為MJ8×1×50）
　　通過材料和熱處理工藝優(yōu)化，16.8級和19.8級螺栓室溫抗拉強(qiáng)度分別滿足1600——1770MPa和1900——2070MPa。剪切測試（依據(jù)GJB 3376-1998）結(jié)果表明，16.8級和19.8級螺栓剪切力分別達(dá)到97KN和115KN；室溫拉伸疲勞強(qiáng)度測試（依據(jù)GJB 3376-1998及GJB715.30A-2002，載荷比=0.1）結(jié)果表明，研制的緊固件滿足疲勞壽命要求（平均疲勞壽命不低于65000次，單個(gè)疲勞壽命不低于45000次）；耐延遲斷裂性能試驗(yàn)（根據(jù)GJB 715.12-1990，大氣環(huán)境下恒定拉應(yīng)力保持96小時(shí)）結(jié)果表明，螺栓在測試時(shí)間內(nèi)未發(fā)生斷裂破壞，卸載后螺栓表面及螺紋處未發(fā)現(xiàn)裂紋；新研制的超高強(qiáng)度螺栓綜合性能滿足使役要求。
　　一、什么是高強(qiáng)度螺栓
　　高強(qiáng)度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直譯為：高強(qiáng)度摩擦預(yù)緊螺栓，英文簡稱：HSFG?？梢?，我們中文施工中所說的高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)度摩擦預(yù)緊螺栓的簡稱。在日常溝通中，僅僅是簡略了“摩擦（Friction）”“預(yù)緊（Grip）”兩個(gè)詞，卻造成了許多工程技術(shù)人員對高強(qiáng)度螺栓基本定義的理解，產(chǎn)生了誤區(qū)。
　　誤區(qū)一：
　　材料等級超過8.8級的螺栓，就是“高強(qiáng)度螺栓”？
　　高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓的核心區(qū)別并不在于使用材料的強(qiáng)度，而是受力的形式。本質(zhì)是是否施加預(yù)緊力，并利用靜摩擦力抗剪。
　　實(shí)際上在英標(biāo)規(guī)范，美標(biāo)規(guī)范中提到的高強(qiáng)度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8級和10.9級兩種（BS EN 14399/ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺栓卻有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11款表2）；由此可見，材料強(qiáng)度高低并不是區(qū)別高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓的關(guān)鍵。
　　二、正確理解“高強(qiáng)”，強(qiáng)在何處
　　按照GB50017，計(jì)算單個(gè)普通螺栓（B類）8.8級和高強(qiáng)度螺栓8.8級抗拉及抗剪強(qiáng)度。
　　通過計(jì)算我們可以看到，相同等級的情況下，普通螺栓的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值都要高于高強(qiáng)度螺栓。
　　那么高強(qiáng)度螺栓，“強(qiáng)”在哪里？
　　為回答這一個(gè)問題，必須從兩種螺栓的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)入手，研究其彈塑性變形的規(guī)律，并理解到設(shè)計(jì)破壞時(shí)的極限狀態(tài)。
　　普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓工作狀態(tài)下應(yīng)力應(yīng)變曲線
　　設(shè)計(jì)破壞時(shí)的極限狀態(tài)
　　普通螺栓：螺桿本身發(fā)生超過設(shè)計(jì)允許的塑性變形，螺桿被剪壞。
　　普通螺栓連接，開始承受剪力前連接板間就會(huì)發(fā)生相對滑移，繼而螺栓桿和連接板接觸，發(fā)生彈塑性形變，承受剪力。
　　高強(qiáng)度螺栓：有效摩擦面間的靜摩擦力被攻克，兩塊鋼板發(fā)生相對位移，設(shè)計(jì)考量上即為破壞。
　　高強(qiáng)度螺栓連接，摩擦力首先承受剪力，當(dāng)荷載增大到摩擦力不足以抵抗剪力，靜摩擦力被攻克，連接板發(fā)生相對滑移（極限狀態(tài)）。但此時(shí)雖然破壞，但螺栓桿與連接板發(fā)生接觸，依然可以利用其本身的彈塑性形變，承受剪力。
　　誤區(qū)二：
　　高強(qiáng)度螺栓的承載能力高于普通螺栓，是為“高強(qiáng)”？
　　由單個(gè)螺栓的計(jì)算可知，高強(qiáng)度螺栓抗拉和抗剪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度均低于普通螺栓。其高強(qiáng)實(shí)質(zhì)是：正常工作時(shí)，節(jié)點(diǎn)不允許發(fā)生任何相對滑移，即：彈塑性變形小，節(jié)點(diǎn)剛度大。
　　可見：在給定設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)荷載的情況下，用高強(qiáng)度螺栓設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)并不一定能節(jié)省螺栓使用數(shù)量，但是其變形小，剛度大，安全儲備高。適合用主梁，等要求節(jié)點(diǎn)剛度較大的位置，符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱桿件”的基本抗震設(shè)計(jì)原理。
　　高強(qiáng)度螺栓之強(qiáng)，并非在于其本身的承載能力設(shè)計(jì)值，而是表現(xiàn)于其設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的剛度大，安全性能高，抗破壞的能力強(qiáng)。
　　高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓區(qū)別：
　　高強(qiáng)度螺栓就是可承受的載荷比同規(guī)格的普通螺栓要大。
　　高強(qiáng)度外六角螺栓
　　普通螺栓的材料是Q235（即A3）制造的。高強(qiáng)度螺栓的材料35#鋼或其它優(yōu)質(zhì)材料，制成后進(jìn)行熱處理，提高了強(qiáng)度。
　　兩者的區(qū)別是材料強(qiáng)度的不同。
　　從原材料看：
　　高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度材料制造。高強(qiáng)螺栓的螺桿、螺帽和墊圈都由高強(qiáng)鋼材制作，常用45號鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼、35CrMoA等。普通螺栓常用Q235（相當(dāng)于過去的A3）鋼制造。
　　從強(qiáng)度等級上看：高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級，其中10.9級居多。普通螺栓強(qiáng)度等級要低，一般為4.4級、4.8級、5.6級和8.8級。
　　從受力特點(diǎn)來看：高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力和靠摩擦力傳遞外力。普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力，擰緊螺帽時(shí)產(chǎn)生預(yù)壓力很小，其影響可以忽略不計(jì)，而高強(qiáng)螺栓除了其材料強(qiáng)度很高之外，還給螺栓施加很大預(yù)壓力，使連接構(gòu)件間產(chǎn)生擠壓力，從而使垂直于螺桿方向有很大摩擦力，而且預(yù)壓力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響高強(qiáng)螺栓的承載力。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型.兩者計(jì)算方法不同。高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格M12，常用M16——M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。
　　高強(qiáng)度螺栓摩擦型和承壓型連接的區(qū)別：
　　高強(qiáng)螺栓連接是通過螺栓桿內(nèi)很大的擰緊預(yù)壓力把連接板的板件夾緊，足以產(chǎn)生很大的摩擦力，從而提高連接的整體性和剛度，當(dāng)受剪力時(shí)，按照設(shè)計(jì)和受力要求的不同，可分為高強(qiáng)螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)螺栓承壓型連接兩種，兩者的本質(zhì)區(qū)別是極限狀態(tài)不同，雖然是同一種螺栓，但是在計(jì)算方法、要求、適用范圍等方面都有很大的不同。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接是以外剪力達(dá)到板件接觸面間由螺栓擰緊力所提供的可能最大摩擦力作為極限狀態(tài)，也即是保證連接在整個(gè)使用期間內(nèi)外剪力不超過最大摩擦力。板件不會(huì)發(fā)生相對滑移變形（螺桿和孔壁之間始終保持原有的空隙量），被連接板件按彈性整體受力。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓承壓型連接中允許外剪力超過最大摩擦力，這時(shí)被連接板件之間發(fā)生相對滑移變形，直到螺栓桿與孔壁接觸，此后連接就靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓以及板件接觸面間的摩擦力共同傳力，最后以桿身剪切或孔壁承壓破壞作為連接受剪的極限狀態(tài)?？傊?，摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓實(shí)際上是同一種螺栓，只不過是設(shè)計(jì)是否考慮滑移。摩擦型高強(qiáng)螺栓絕對不能滑動(dòng)，螺栓不承受剪力，一旦滑移，設(shè)計(jì)就認(rèn)為達(dá)到破壞狀態(tài)，在技術(shù)上比較成熟；承壓型高強(qiáng)螺栓可以滑動(dòng)，螺栓也承受剪力，最終破壞相當(dāng)于普通螺栓破壞（螺栓剪壞或鋼板壓壞）。
　　從使用上看：
　　建筑結(jié)構(gòu)的主構(gòu)件的螺栓連接，一般均采用高強(qiáng)螺栓連接。普通螺栓可重復(fù)使用，高強(qiáng)螺栓不可重復(fù)使用。高強(qiáng)螺栓一般用于永久連接。
　　高強(qiáng)螺栓是預(yù)應(yīng)力螺栓，摩擦型用扭矩扳手施加規(guī)定預(yù)應(yīng)力，承壓型擰掉梅花頭。普通螺栓抗剪性能差，可在次要結(jié)構(gòu)部位使用。普通螺栓只需擰緊即可。
　　普通螺栓一般為4.4級、4.8級、5.6級和8.8級。高強(qiáng)螺栓一般為8.8級和10.9級，其中10.9級居多。
　　8.8級與8.8S是相同等級。普通螺栓與高強(qiáng)螺栓的受力性能與計(jì)算方法均有所區(qū)別的。高強(qiáng)螺栓的受力首先是通過在其內(nèi)部施加預(yù)拉力P，然后在被連接件之間的接觸面上產(chǎn)生摩擦阻力來承受外荷載的，而普通螺栓則是直接承受外荷載的。
　　更具體的來說：
　　高強(qiáng)度螺栓連接具有施工簡單、受力性能好、可拆換、耐疲勞、以及在動(dòng)力荷載作用下不致松動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前途的連接方法。
　　高強(qiáng)度螺栓是用特制的扳手上緊螺帽，使螺栓產(chǎn)生巨大而又受控制的預(yù)拉力，通過螺帽和墊板，對被連接件也產(chǎn)生了同樣大小的預(yù)壓力。在預(yù)壓力作用下，沿被連接件表面就會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，顯然，只要軸力小于此摩擦力，構(gòu)件便不會(huì)滑移，連接就不會(huì)受到破壞，這就是高強(qiáng)度螺栓連接的原理。
　　高強(qiáng)度螺栓連接是靠連接件接觸面間的摩擦力來阻止其相互滑移的，為使接觸面有足夠的摩擦力，就必須提高構(gòu)件的夾緊力和增大構(gòu)件接觸面的摩擦系數(shù)。構(gòu)件間的夾緊力是靠對螺栓施加預(yù)拉力來實(shí)現(xiàn)的，所以螺栓必須采用高強(qiáng)度鋼制造，這也就是稱為高強(qiáng)度螺栓連接的原因。
　　高強(qiáng)度螺栓連接中，摩擦系數(shù)的大小對承載力的影響很大。試驗(yàn)表明，摩擦系數(shù)主要受接觸面的形式和構(gòu)件的材質(zhì)影響。為了增大接觸面的摩擦系數(shù)，施工時(shí)常采用應(yīng)噴砂、用鋼絲刷清理等方法對連接范圍內(nèi)構(gòu)件接觸面進(jìn)行處理。