Q&A | 摩阻型高強度螺栓之預拉力

【問】摩阻型高強度螺栓之預拉力

　　請問高強度螺栓在安裝鎖固時所施加之Pretension（預拉力） 與Proof load（保證載荷／驗證載荷）二者是否不同？若有不同，請問各用在什麼情況？

【答】

　　Pretension（預拉力／預緊力）是安裝時施加於螺栓上的軸向拉力；Proof Load（保證載荷／驗證載荷）是螺栓在不發生永久塑性變形下所能承受的最大軸向載荷，是材料的性能指標。

　　摩阻型高強度螺栓安裝時必須鎖緊到螺桿產生足夠的預張力（Pretension），使其所接合之鋼板間產生足夠之接觸壓力，以便藉由接合鋼板間之摩擦力來傳遞剪力；若高強度螺栓不直接用來承受張力，或不會用到摩擦阻力，則預張力就非一定需要。

　　當高強度螺栓接合必須用到摩擦阻力時，則預張力(Pretension)在不致使高強度螺栓產生永久變形或斷裂失敗之條件下應儘可能加大，使其發揮最大之效益。高強度螺栓材質之應力-應變（載重-變形）行為曲線並無明顯之降伏點，因此其降伏載重改以Proof load（保證載荷／驗證載荷）取代。Proof load是螺栓組（包括螺栓及螺帽）承受拉力時（載重加在螺栓頭及螺帽）第一個降伏發生時的載重（第一個降伏通常會發生在螺牙處）；Proof load係以螺栓之張力面積（算式1）乘以螺栓之降伏應力而得。圖一為高強度鋼材之降伏應力之決定法。圖二為高強度螺栓之Proof load與Pretension之關係。

　　A325螺栓之Proof load約為自身抗拉強度之70%；A490螺栓之Proof load約為自身抗拉強度之80%。AISC規範對所有高強度螺栓在安裝時均須施加一預拉力Tb ，此預拉力定為螺栓抗拉強度之70%。ASTM A572螺栓之最小預拉力約等於其proof load；A490螺栓之最小預拉力也當接近proof load。實際施工時所施加之預拉力常高於最小預拉力，因此螺栓在施加預拉力後基本上已經降伏。常用高強度螺栓之最小預張力見表一及表二所示。

　　因高強度螺栓都以Pretension為設計及施工之基準，因此proof load甚少在設計時被使用到。

【參考資料】

1. “鋼結構設計講義”國立台灣科技大學教授 陳正誠。

2. “STEEL STRUCTURES design and behavior”CHARLES G.SALMON , JOHN E. JOHNSON , THIRD EDITION。

3. “GUIDE TO DESIGN CRITERIA FOR BOLTED AND RIVETED JOINTS” GEOFFREY  L,  KULAK ,  JOHN  W, FISHER , JOHN  H. A. STRUIK , SECOND EDITION 。