為什么高強(qiáng)度螺栓必須一次使用不能重復(fù)？

　　在鋼結(jié)構(gòu)林立的現(xiàn)代都市，每一座摩天大樓、每一座跨海大橋、每一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其骨架的連接處都隱藏著無(wú)數(shù)顆高強(qiáng)度螺栓。它們默默承受著巨大的載荷，將鋼鐵構(gòu)件緊密握合。然而，工程界有一個(gè)鐵律：高強(qiáng)度螺栓嚴(yán)禁重復(fù)使用。明明看起來(lái)完好無(wú)損，為什么拆下來(lái)就不能再用？這背后，隱藏著一門關(guān)乎生命安全的精密科學(xué)。

　　一、工作原理：高強(qiáng)度螺栓不是"釘子"而是"彈簧"

　　要理解為何不能重復(fù)使用，首先需要明白高強(qiáng)度螺栓是如何工作的。與依靠桿身抗剪切的普通螺栓不同，高強(qiáng)度螺栓的工作原理是給螺桿施加巨大的軸向預(yù)拉力，通過(guò)螺母和墊圈，將被連接件夾緊，使接觸面之間產(chǎn)生巨大的摩擦力。

　　形象地說(shuō)，高強(qiáng)度螺栓不是一根"釘子"，而是一根被拉伸的"強(qiáng)力彈簧"。它依靠自身的彈性變形，將兩塊鋼板死死壓在一起。結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，實(shí)際上是通過(guò)接觸面的摩擦力來(lái)承擔(dān)的，螺栓本身并不直接承受剪切。這種設(shè)計(jì)能夠大幅提高連接的剛度和抗疲勞性能。

　　然而，這種"彈簧"狀態(tài)是通過(guò)精確的預(yù)拉力實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)螺栓被擰緊時(shí)，它發(fā)生了永久性的、可控的塑性變形和彈性變形。一旦拆卸，這股"彈簧力"被釋放，螺栓內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了不可逆的改變。

　　二、三大原因：為何拆下的螺栓已非"當(dāng)初的那個(gè)它"

　　1.扭矩系數(shù)失控，預(yù)緊力無(wú)法保證

　　高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)，無(wú)論是采用扭矩法還是轉(zhuǎn)角法，都依賴于一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——扭矩系數(shù)。這個(gè)系數(shù)決定了施加多大的扭矩，能產(chǎn)生多大的預(yù)拉力。

　　對(duì)于大六角頭高強(qiáng)度螺栓，其表面通常采用磷化皂化處理，形成一層具有微孔結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑層。第一次擰緊時(shí)，這層微孔結(jié)構(gòu)被壓潰，皂化液析出起到潤(rùn)滑作用，使得一批螺栓的扭矩系數(shù)離散度很小。但使用過(guò)一次后，這層潤(rùn)滑層已永久破壞。再次使用時(shí)，扭矩系數(shù)變得極不穩(wěn)定，離散度大增。這意味著，即使用同樣的扭矩去擰緊，實(shí)際產(chǎn)生的預(yù)拉力可能天差地別——要么預(yù)拉力不足，連接松動(dòng)滑移;要么預(yù)拉力過(guò)大，螺栓直接被擰斷。美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范A490中也明確指出，高強(qiáng)度螺栓不得重復(fù)使用。

　　2.材料發(fā)生屈服，夾緊力衰減

　　高強(qiáng)度螺栓在第一次擰緊時(shí)，往往被施加到接近甚至超過(guò)其屈服強(qiáng)度的預(yù)拉力(這是為了充分利用材料強(qiáng)度)。在這個(gè)過(guò)程中，螺栓的螺紋根部、桿部等應(yīng)力集中區(qū)域發(fā)生了微小的塑性拉伸。

　　當(dāng)螺栓被拆卸后，這種塑性變形永久存在。第二次擰緊時(shí)，螺栓的彈性區(qū)間已經(jīng)改變，其金相組織也發(fā)生了變化。即便施加相同的扭矩，螺栓能夠產(chǎn)生的夾緊力也會(huì)大打折扣。更可怕的是，在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，螺栓還可能發(fā)生應(yīng)力松弛，再次使用時(shí)，這種松弛效應(yīng)會(huì)疊加，導(dǎo)致連接過(guò)早失效。

　　3.氫脆與延遲斷裂的致命風(fēng)險(xiǎn)

　　這是最危險(xiǎn)、最隱蔽的一點(diǎn)。高強(qiáng)度螺栓，尤其是10.9級(jí)以上的超高強(qiáng)度螺栓，對(duì)氫脆極為敏感。氫脆是指氫原子滲入金屬內(nèi)部，導(dǎo)致材料在低于屈服極限的靜應(yīng)力下發(fā)生突然斷裂，且毫無(wú)征兆。

　　在使用過(guò)程中，螺栓長(zhǎng)期暴露于大氣、潮濕或腐蝕環(huán)境中，表面可能發(fā)生微弱的電化學(xué)腐蝕，而腐蝕反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生氫原子。這些氫原子可能在螺紋根部等應(yīng)力集中區(qū)逐漸滲透、積累。拆卸和重新安裝的過(guò)程，會(huì)進(jìn)一步擾動(dòng)螺栓表面狀態(tài)，甚至產(chǎn)生微裂紋，為氫的進(jìn)入開辟通道。一旦螺栓再次承受高預(yù)拉力，這些潛伏的氫就可能引發(fā)"延遲斷裂"——可能在安裝后幾小時(shí)、幾天甚至幾個(gè)月內(nèi)突然斷裂，造成災(zāi)難性事故。某型飛機(jī)起落架剎車盤的緊固螺栓斷裂事故，正是由于長(zhǎng)期使用中吸收了腐蝕產(chǎn)生的氫，最終導(dǎo)致氫脆斷裂。

　　三、嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范：安全底線不容妥協(xié)

　　正是基于上述科學(xué)原理，國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范均對(duì)此作出嚴(yán)格規(guī)定。JGJ82《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)明確，高強(qiáng)度螺栓連接副不得重復(fù)使用?？破罩袊?guó)也明確指出，高強(qiáng)度螺栓的一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是限單次使用，一般用于永久連接，嚴(yán)禁重復(fù)使用。

　　在實(shí)際工程中，即便是對(duì)拆卸下來(lái)的塔式起重機(jī)等臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，其高強(qiáng)度螺栓也必須全部換新。有工程師曾困惑：用了不到一年的鐵塔因故拆除，8.8級(jí)的螺栓看起來(lái)嶄新，為何不能再用？得到的回答是一致的：高強(qiáng)度的螺栓只能用一次，因?yàn)橛眠^(guò)之后強(qiáng)度和扭矩已發(fā)生變化。雖然實(shí)踐中存在檢測(cè)合格后繼續(xù)使用的情況，但這無(wú)疑增加了巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，且缺乏規(guī)范依據(jù)。

　　一顆小小的高強(qiáng)度螺栓，承載的是千百噸鋼鐵的重量，更是無(wú)數(shù)人的生命安全。它之所以"一次性"，不是因?yàn)椴馁|(zhì)的廉價(jià)，恰恰是因?yàn)槠涑休d的使命過(guò)于沉重。它用自己的"一次性"，換來(lái)了鋼結(jié)構(gòu)連接的萬(wàn)無(wú)一失。當(dāng)我們仰望摩天大樓，跨越雄偉橋梁時(shí)，或許應(yīng)當(dāng)記?。耗切┯肋h(yuǎn)沉默在連接處的高強(qiáng)度螺栓，正以它們"一生一次"的承諾，默默守護(hù)著我們的每一次平安抵達(dá)。