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BS 04395——结构工程公制高强摩擦型螺栓连接副标准系列
BS 4395 — High Strength Friction Grip Bolts and Associated Nuts and Washers for Structural Engineering, Metric Series: Part 1 General Grade; Part 2 Higher Grade Bolts and Nuts and General Grade Washers
🔩 BS 04395（实际标准号 BS 4395）是英国结构工程中用于高强摩擦型螺栓连接副（high strength friction grip bolt assemblies）的公制系列标准，由 BS 4395-1:1969《一般级》（General Grade）与 BS 4395-2:1969《高级螺栓螺母与一般级垫圈》（Higher grade bolts and nuts and general grade washers）两部分组成。摩擦型连接依靠螺栓预紧力使连接板间产生摩擦传力，是高强螺栓连接的主要工作模式，广泛应用于钢结构厂房、桥梁、塔架与建筑结构工程。
💡 高强摩擦型螺栓连接的关键在于”预紧力”：通过拧紧使螺栓产生规定的预拉力，在连接板间形成足够摩擦面，从而依靠摩擦传递剪力。BS 4395 正是为保证这一预紧力可靠建立而规定了螺栓、螺母与垫圈的尺寸、材料与机械性能。
一、标准系列构成与适用范围 📌
BS 4395 系列于 1969 年发布，经 1975 年与 1976/1977 年修订。Part 1 规定一般级（General Grade）高强摩擦型螺栓、螺母与垫圈；Part 2 规定高级（Higher Grade）螺栓与螺母及一般级垫圈。两部分均针对公制（metric）系列，采用 ISO 公制螺纹，适用于钢结构工程中的摩擦型高强度螺栓连接。
| 分标准号 | 主题 | 主要内容 |
|---|---|---|
| BS 4395-1:1969 | 一般级 | 一般级螺栓、螺母、垫圈的尺寸、材料、热处理、机械性能、试验与标识 |
| BS 4395-2:1969 | 高级螺栓螺母与一般级垫圈 | 高级螺栓与螺母的机械性能、尺寸与标识，以及一般级垫圈要求 |
标准由机械工程工业标准委员会（MEE/60）制定，涉及英国钢结构协会、紧固件协会等众多组织，并与 BSI 关于螺纹与公制化的政策声明（附录 A）相衔接。
二、螺栓要求（Bolts）🔧
标准对螺栓的材料、热处理、机械性能、试验程序、尺寸与表面处理、标识作出系统规定。螺栓材料采用按标准供货的合金钢，经淬火回火热处理达到规定强度等级。Part 1 表 4 给出一般级螺栓的机械性能；Part 2 则规定高级螺栓的更高强度要求。
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| 材料与热处理 | 合金钢经淬火回火，保证强度与韧性匹配 |
| 机械性能 | 表 4 规定抗拉强度、屈服强度、断后伸长率与硬度等 |
| 试验程序 | 附录 B 规定螺栓机械性能试验方法，含全尺寸螺栓的验证载荷与楔形载荷试验 |
| 尺寸与表面 | 表 2、表 3 给出长度公差与螺纹长度；表 5 给出六角头螺栓尺寸；图 1、图 2 给出倒角、端面与标识 |
| 标识 | 螺栓头部应标注材料或等级标识，便于追溯 |
⚠️ 螺栓的强度等级与预紧力直接相关：高强摩擦型螺栓必须达到规定的预拉力，才能产生设计所需的摩擦抗滑移能力。若材料或热处理不达标，预紧力不足将导致连接滑移失效。选用时应核对等级标识与机械性能检验报告。
三、螺母与垫圈要求（Nuts & Washers）🔥
螺母的材料、热处理、机械性能、尺寸与标识同样按标准规定。Part 1 表 7 给出一般级螺母的验证载荷（coarse pitch series），表 8 给出六角螺母尺寸；Part 2 表 7 给出高级螺母的机械性能。螺母螺纹面与端面的垂直度可通过附录 E 推荐的量规检验。垫圈方面，标准规定一般级垫圈的尺寸与公差（Part 1 表 9 等），并给出平圆垫圈（flat round washer）与方形锥面垫圈（square taper washers）的型式（图 5、图 6）。
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| 螺母材料与热处理 | 碳钢或合金钢经热处理，保证承载能力 |
| 螺母机械性能 | 表 7 给出验证载荷；附录 C 规定螺母机械性能试验方法（含全尺寸螺母验证载荷试验） |
| 端面垂直度 | 附录 E 给出螺纹面对螺母端面垂直度的检查量规 |
| 垫圈型式 | 平圆垫圈与方形锥面垫圈，分别用于平连接面与斜连接面 |
| 垫圈硬度 | 规定硬度试验要求，保证受压面不压溃 |
四、试验程序与检验 🔬
标准要求对螺栓、螺母进行系统的机械性能试验，并规定了批次取样数量（表 1、表 6）。附录 B 给出螺栓机械性能试验方法，包括全尺寸螺栓的验证载荷试验（图 8）与楔形载荷试验（图 9）；附录 C 给出螺母机械性能试验方法，含螺母验证载荷试验（图 10）；附录 D 给出试验程序。第 5 章规定一般检验程序，第 6 章规定采购信息，明确询价或订货时应提供的技术要求。
| 试验 | 对象与方法 |
|---|---|
| 验证载荷试验 | 对全尺寸螺栓施加规定验证载荷，检验不产生永久变形或断裂（图 8） |
| 楔形载荷试验 | 在带楔垫条件下加载，检验螺栓头部的强度与韧性（图 9） |
| 螺母验证载荷 | 对螺母施加规定验证载荷，检验其承载能力（图 10） |
| 批次取样 | 表 1、表 6 规定不同批量对应的抽样件数 |
✅ 通过规定统一的机械性能、试验方法与抽样方案，BS 4395 保证了高强摩擦型螺栓连接副的质量一致性与可追溯性，为钢结构摩擦型连接的安全与可靠提供基础。
五、工程应用与施工要点 🛠️
- 🔍 选型流程：按设计剪力与连接板摩擦面确定所需预紧力 → 按螺栓等级与螺纹规格选择连接副 → 校核连接板净截面与摩擦抗滑移 → 按标准附录 F 选用标准公称长度与优选规格。
- 🔩 摩擦面处理：摩擦型连接的抗滑移能力取决于摩擦面状况，应进行喷砂、除锈等处理并保证规定的抗滑移系数。
- ⚙️ 拧紧与预紧力控制：采用扭矩法或转角法施加预紧力，并复核扭矩系数，确保实际预紧力达到设计要求。
- 📋 检验与验收：按标准检验螺栓、螺母与垫圈的标识、尺寸与机械性能，必要时抽检验证载荷。
六、常见问题解答 ❓
❓ 问：BS 4395-1 与 BS 4395-2 有何区别？
答：Part 1 规定一般级高强摩擦型螺栓、螺母与垫圈；Part 2 规定高级螺栓与螺母及一般级垫圈。两者对应不同的强度等级，按连接设计选用。
答：Part 1 规定一般级高强摩擦型螺栓、螺母与垫圈；Part 2 规定高级螺栓与螺母及一般级垫圈。两者对应不同的强度等级，按连接设计选用。
❓ 问：摩擦型螺栓连接为什么强调预紧力？
答：摩擦型连接依靠预紧力在连接板间产生摩擦传力。预紧力不足将导致摩擦面抗滑移能力下降，连接可能滑移；预紧力过大则可能使螺栓过载或连接板压溃。必须按设计预紧力可靠控制。
答：摩擦型连接依靠预紧力在连接板间产生摩擦传力。预紧力不足将导致摩擦面抗滑移能力下降，连接可能滑移；预紧力过大则可能使螺栓过载或连接板压溃。必须按设计预紧力可靠控制。
❓ 问：高强摩擦型螺栓与普通螺栓有何不同？
答：高强摩擦型螺栓采用高强度合金钢并经热处理，其连接依靠摩擦传力而非螺栓杆受剪承压，因此强度等级与预紧力控制更关键，通常用于受剪为主的钢结构连接。
答：高强摩擦型螺栓采用高强度合金钢并经热处理，其连接依靠摩擦传力而非螺栓杆受剪承压，因此强度等级与预紧力控制更关键，通常用于受剪为主的钢结构连接。
❓ 问：为什么要做楔形载荷试验？
答：楔形载荷试验在带楔垫条件下加载，用以检验螺栓头部的强度与韧性，防止螺栓头部在偏载下断裂，是保证螺栓使用可靠性的重要试验。
答：楔形载荷试验在带楔垫条件下加载，用以检验螺栓头部的强度与韧性，防止螺栓头部在偏载下断裂，是保证螺栓使用可靠性的重要试验。
🔍 问：采购时应提供哪些信息？
答：第 6 章规定询价或订货时应提供螺栓等级、规格、数量、表面处理、材料与试验要求等信息，确保制造商按标准生产并提供符合性证明。
答：第 6 章规定询价或订货时应提供螺栓等级、规格、数量、表面处理、材料与试验要求等信息，确保制造商按标准生产并提供符合性证明。
