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BS 04604——结构钢工程用高强摩擦型螺栓使用规范标准系列（公制系列）
Specification for the Use of High Strength Friction Grip Bolts in Structural Steelwork — Metric Series: Part 1: General Grade; Part 2: Higher Grade (Parallel Shank)
🔩 BS 4604 是英国标准中关于结构钢工程用高强摩擦型（HSFG）螺栓使用的系列规范，规定了在钢结构工程中使用按 BS 4395 制造的高强摩擦型螺栓及其配套螺母与垫圈时的设计、装配与检验要求。该系列采用公制单位，分为两个分部：第 1 部分规定普通级（general grade）螺栓的使用，第 2 部分规定高级（higher grade，平行杆身）螺栓的使用。HSFG 螺栓连接依托接触面摩擦传递剪力，是高强螺栓连接中最可靠的形式之一，广泛用于建筑钢结构、桥梁与重型设备支架。
💡 HSFG 螺栓的传力机理与普通承压型螺栓不同：它依靠拧紧产生的夹紧力在钢板接触面间形成摩擦力来传递荷载，因此接触面处理质量与拧紧精度直接影响连接承载力。
一、标准适用范围与系列构成 📌
| 分部 | 中文标题 | 配套螺栓标准 |
|---|---|---|
| BS 4604-1:1970 | 普通级（general grade） | BS 4395-1（普通级螺栓） |
| BS 4604-2:1970 | 高级（higher grade，平行杆身） | BS 4395-2（高级螺栓与螺母、普通级垫圈） |
第 1 部分的技术内容与英制体系下的 BS 3294-1 基本一致，只是以公制形式发布，并配套 BS 4395-1 的普通级螺栓；第 2 部分覆盖 BS 4395-2 规定的高级平行杆身螺栓，带腰部收细的高级螺栓则由第 3 部分（当时编制中）另行规定。标准引用了 BS 4395 螺栓标准以及 BS 449《建筑结构钢使用规范》等相关文件。
⚠️ 标准明确规定：所用螺栓、螺母与垫圈必须符合 BS 4395 相应分部的材料与机械性能要求，并应采用符合规定的玻德式扳手（Podger spanner）进行拧紧与检查。
二、材料与尺寸要求 🔧
标准对螺栓、螺母与垫圈的材料和尺寸提出了要求：螺栓应满足 BS 4395 规定的机械性能；螺栓长度应按表 1 给出的长度余量（bolt length allowances）确定，以保证拧紧后螺纹有足够啮合、夹紧可靠。表 2 给出了螺栓的保证载荷（proof loads）与最小杆身拉力（minimum shank tensions），这是确定拧紧目标的核心数据。
🚨 接触面处理是 HSFG 连接成败的关键。标准要求连接接触面应达到规定的表面状态（如喷砂、除锈等级），摩擦系数（滑移系数）应满足设计要求；未经处理的油污、锈皮会大幅降低滑移系数，导致连接承载能力不足。
三、设计步骤与构造要求 📐
标准规定了 HSFG 连接的设计步骤（design procedure）：
- 接触面要求：连接件接触面应保证足够的摩擦系数与平整度，避免油漆或其他涂层不当降低摩擦性能。
- 构件开孔：构件上螺栓孔的位置与孔径应符合规定，孔边距与孔间距应满足最小要求，避免孔边撕裂。
- 最小板厚（minimum ply thickness）：被连接构件的最小厚度应保证螺栓夹紧后不发生局部压强过大或变形。
- 摩擦传力：设计荷载通过接触面摩擦力传递，螺栓不承受剪切与挤压（按摩擦型设计）。
四、装配与拧紧方法 🔩
标准规定了两种批准的拧紧方法，二者均以可靠达到规定的螺栓杆身拉力为目标：
| 方法 | 原理 | 特点 |
|---|---|---|
| 转角法（part-turn method） | 先初拧至规定扭矩（snug tight），再按表 3 规定的螺母转角旋转至最终位置 | 受摩擦系数影响小，精度高，适合大批量施工 |
| 扭矩控制法（torque-control method） | 直接用规定扭矩拧紧螺母至最终位置 | 简单直观，但受螺纹润滑状态影响 |
第 2 部分针对高级平行杆身螺栓还要求通过受控拧紧来限制杆身拉力，避免超拧导致螺栓屈服或断杆，并规定了校准（calibration）要求。
💡 转角法是英国 HSFG 施工的主流方法：初拧到”密贴”状态后，按角度旋转螺母，可大幅减小摩擦系数差异对最终预紧力的影响，保证夹紧力的一致性。
五、检验与滑移系数试验 🧪
标准第 5 章规定了检验程序（inspection procedure）：安装后的螺栓应逐批目视检查拧紧状态，转角法螺栓应检查是否达到规定转角，必要时进行抽检复核。附录 A 给出了滑移系数试验方法：通过典型试件（typical test specimen）测定连接接触面的滑移系数，以验证所选表面处理方案能否满足设计假定的摩擦系数。表 3 给出了螺母最终拧紧的要求值。
六、工程实践要点 🛠️
- 🔍 深化设计：按设计剪力确定螺栓数量与直径，核对板厚、孔距与边距，标注拧紧方法与最终张紧要求。
- 🔧 接触面处理：喷砂或钢丝刷清理至规定除锈等级，保持表面干燥、无油污；涂装仅限非摩擦面。
- 📊 施工控制：转角法施工应统一初拧扭矩标准，转角到位后标记检查；每日核对工具校准。
- 📋 质量记录：保存螺栓批号、材料证书、扭矩/转角记录与检验报告，确保可追溯。
七、常见问题解答 ❓
❓ 问：HSFG 螺栓与普通承压型高强螺栓有什么区别？
答：HSFG（摩擦型）螺栓依靠接触面摩擦传剪，荷载不超过摩擦阻力；承压型高强螺栓允许螺栓杆受剪与孔壁承压。摩擦型连接变形小、抗疲劳好，但承载力通常低于承压型。
答：HSFG（摩擦型）螺栓依靠接触面摩擦传剪，荷载不超过摩擦阻力；承压型高强螺栓允许螺栓杆受剪与孔壁承压。摩擦型连接变形小、抗疲劳好，但承载力通常低于承压型。
❓ 问：为什么推荐转角法而不是扭矩法？
答：扭矩法的预紧力受螺纹摩擦系数影响大；转角法在初拧后按角度拧紧，对摩擦差异不敏感，预紧力更一致，因此成为英国 HSFG 施工的主流方法。
答：扭矩法的预紧力受螺纹摩擦系数影响大；转角法在初拧后按角度拧紧，对摩擦差异不敏感，预紧力更一致，因此成为英国 HSFG 施工的主流方法。
❓ 问：接触面为什么要喷砂处理？
答：喷砂可清除锈皮与油污，提高接触面的滑移系数，从而在相同夹紧力下获得更高的摩擦传力能力。滑移系数应按附录 A 试验确定。
答：喷砂可清除锈皮与油污，提高接触面的滑移系数，从而在相同夹紧力下获得更高的摩擦传力能力。滑移系数应按附录 A 试验确定。
🔍 问：螺栓长度余量为何重要？
答：长度过短会导致螺纹啮合不足、夹紧不可靠；过长则超出拧紧空间。标准表 1 的长度余量保证拧紧后螺母下有效螺纹长度满足要求。
答：长度过短会导致螺纹啮合不足、夹紧不可靠；过长则超出拧紧空间。标准表 1 的长度余量保证拧紧后螺母下有效螺纹长度满足要求。
