沒鎖緊的螺栓不是讓接頭變弱，是讓它變成另一種接頭

這份文件是建築與橋梁用的結構鋼螺栓規範。 它是 RCSC 的《Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts》， 2020 年 6 月 11 日版，一百一十八頁，可以完整免費下載。 它對車輛什麼都沒說，我們也不會把它的數值套到車上。 引用它，是因為它做了一件幾乎沒有其他免費文件會做的事： 把兩種剪力接頭的定義並排寫在同一份詞彙表裡，讓你可以互相對照著讀。

我們也不診斷照片裡那具底盤，我們沒有親眼看過它，而且不寫任何車輛名稱。

兩則定義，同一份詞彙表

以下是規範自己的文字。

同樣的螺栓、同樣的孔、同樣的板。差別在載重往哪裡走。 一種裡面，載重是以兩個被夾住的面之間的摩擦跨過接頭的，螺栓從頭到尾感覺不到剪力。 另一種裡面，板會滑到金屬碰金屬為止， 然後螺栓桿身把載重帶過那個間隙，而孔壁把它帶進板裡。

決定你手上是哪一種的那個量，規範也定義了。 平均滑移係數是 「滑移發生時，貼合面上的摩擦剪力載重與總法向力之比」。 摩擦力除以法向力。沒有法向力，就沒有摩擦力。

公式講得比任何一句話都直接

第 5.4 條給的是每支螺栓的標稱滑移阻力。把各項讀一遍，整個論證就在裡面。

• µ，平均滑移係數，來自表面狀態
• D_u，建築結構 1,13、橋梁結構 1,00
• h_f，填板係數，1,0 或 0,85
• T_m，最小螺栓預緊力
• n_s，滑移面的數量
• k_sc，當同一批螺栓也承受外加拉力時的折減

這些全部是相乘。這是本站對算式的判讀，不是標準裡的句子， 但算術本身沒有模糊空間： 滑移阻力與預緊力成正比。 預緊力砍一半，抗滑能力就砍一半。歸零，就沒有東西可以再折減了。

這就是為什麼一個沒鎖緊的接頭，行為不像「一個比較差的鎖緊接頭」。 它換類別了。現在適用的設計準則是另一則定義裡的那些，而沒有人選過它們。

螺栓碰到孔壁之前，能走多遠

第 4.1 條的說明回答了照片提出的問題，而且是用一個數字回答的。

那餘隙有多少？Table 3.1 給的是標稱孔徑，而底下的餘隙是本站自己減出來的。

標準孔的餘隙從 1/2 到 7/8 in 都是 1/16 in， 到了 1 in 直接加倍成 1/8 in，然後就停在那裡。 表裡一階之間就加倍這件事是本站指出來的；標準只印孔徑。

現在把兩件事合起來，看一支 3/4 in 螺栓放在標準孔裡。餘隙 1/16 in。 理論最大滑移是它的兩倍，也就是 1/8 in，約 3,2 mm。 觀察到的滑移約為餘隙的一半，也就是 1/32 in，約 0,8 mm。 同一支螺栓放進過大孔，餘隙變三倍，理論最大滑移就變成 3/8 in，約 9,5 mm。

幾公釐。那就是「還撐著的接頭」與「桿身已經頂在孔壁上的接頭」之間的全部距離。 而說明還補了一句：這件事常常在任何載重加上去之前就發生了。 「螺栓群裡孔位可接受的偏差，通常會讓一支或多支螺栓在初始、無載重的狀態下就已經在承壓。」

表面做的事比螺栓等級多

另一個值得盯著看的項是 µ，因為它根本不是扣件的性質。規範給了兩個值。

• Class A，µ = 0,30。未塗裝、乾淨軋屑的鋼表面，或噴砂鋼上帶 Class A 塗層的表面，或熱浸鍍鋅
• Class B，µ = 0,50。未塗裝的噴砂鋼表面，或噴砂鋼上帶 Class B 塗層的表面

Class B 是 Class A 的三分之五倍，這是本站除出來的， 所以把貼合面噴砂，比留著軋屑多買到約三分之二的抗滑能力。 螺栓一點都沒變。 另外注意鍍鋅落在哪裡：熱浸鍍鋅被寫在 Class A 那一組裡，不是 Class B。

這是一週之內第二次，關鍵原來是貼合面而不是穿過它的五金件。 另一次是 一份禁止星形墊圈的搭接規範， 理由是電流是在處理過的面之間過去的，而扣件只是負責在那些面上維持壓力。 同樣的幾何、兩件不同的工作，而兩次扣件提供的都是夾持力，不是自己去做那件事。

規範在哪裡不再允許只是貼緊

貼緊接頭在預設情況下是被允許的。 接著第 4.2 條列出哪些情況預緊力變成強制，第 4.3 條列出哪些情況接頭必須是抗滑的。 其中兩項，不管那個結構是什麼，只要它會動，都值得讀。

• 以下情況要求預緊接頭：承受顯著載重反向的接頭，以及承受疲勞載重但載重方向不反向的接頭
• 以下情況要求抗滑接頭：承受載重方向會反向的疲勞載重的接頭、使用過大孔的接頭、大多數使用槽孔的接頭，以及貼合面上的滑移會對結構性能造成不利的接頭

說明用一句話解釋了第一項：承受反向疲勞載重的接頭 「必須是抗滑接頭，因為滑移可能造成接頭來回移動，並具有加速疲勞破壞的潛在可能」。 來回移動。不是滑一次然後開始承壓，而是一個走到孔壁、回來、再走過去的接頭。

那就是照片裡的機制，也是為什麼壞掉的是孔而不是螺栓。 本站看過 那份規範裡「貼緊」到底是什麼意思， 那是另一個問題，這裡不重複。

長大的孔，就是另一種孔

還有兩條規定把整件事收起來。孔型不只是一個描述，它是有價碼的： 阻力係數隨孔型而不同。

兩個觀察，都是本站的。 第一，一個長槽孔相對標準孔要付掉三成的滑移阻力。 第二個更漂亮：容許應力法的係數就是 1,50 除以極限狀態法的係數。 1,50 ÷ 0,85 = 1,7647，印成 1,76； 1,50 ÷ 0,70 = 2,1429，印成 2,14。兩列，兩次完全吻合。 而標準從來沒有把這個關係寫出來。

至於一個尺寸已經不對的孔，Table 3.1 的說明把後果講得很清楚： 「當螺栓孔的尺寸超出這些容許的變異時，該孔應被視為下一個較大的孔型。」 一個長大的孔，不是一個「標準孔加註記」。 它是一個過大孔，帶著隨之而來的折減；而如果它繼續長大，它就是一個槽孔。

可以帶走的幾點

• 滑移阻力與預緊力成正比。預緊力是滑移公式裡的一個乘數，所以預緊力為零得到的是零滑移阻力，不是變小的阻力
• 沒有預緊力的接頭是另一個設計情況，由螺栓的剪力強度與被連接材料的承壓強度支配
• 到孔壁的距離很短。理論最大滑移是孔餘隙的兩倍，觀察值約為一半；所以 3/4 in 螺栓在標準孔裡，理論上大約 3,2 mm，實務上不到一公釐
• 標準孔的餘隙在 7/8 in 以下的螺栓是 1/16 in，到 1 in 加倍成 1/8 in
• 承擔摩擦的是貼合面，不是螺栓。噴砂是 0,50、軋屑是 0,30，而熱浸鍍鋅算在低的那一級
• 會反向的疲勞載重，就是規範不再允許貼緊接頭的地方，因為滑移會變成來回移動
• 一個超出公差長大的孔會被重新歸類成下一個較大的孔型，而每升一級都要付出滑移阻力
• 這些數值沒有一個屬於車輛。這是一份結構鋼規範，引用的是它的推理，不是它的數字

那張照片裡的螺栓，從來就沒有用任何人打算的方式在扛載重。 它們是插在略為過大的孔裡的銷，而車架是接觸的兩者裡比較軟的那一個。

這兩個類別並不是一開始就有的。這份規範在 1951 年登場時，是 一條把螺栓放到鉚釘原本位置上的規則， 每一個接頭都要在裸鋼上施加預緊力，而分成種類是三年之後的事。

偶爾會有本來就該動的接頭，那時規格的形狀會整個變掉： 有一條聯邦規則要求螺栓鎖到零件仍然滑得動， 而且從頭到尾沒有提過扭矩。

這一篇不屬於六步中的任何一步。它橫跨各步，或者發生在組裝之後。導致它的那些決定是在哪裡做的，見指定一顆螺絲，那篇寫的是順序，以及為什麼順序做反了是重工。

常見問題

沒鎖緊的螺栓為什麼會把孔弄壞，而不是單純少扛一點載重？

因為接頭換類別了。在 RCSC 規範裡，滑移阻力是滑移係數、預緊力與其他幾個係數的乘積，所以沒有預緊力就完全沒有滑移阻力。板接著會滑到螺栓桿身碰上孔壁，載重路徑於是變成螺栓剪力與被連接材料的承壓。

一個螺栓接頭可以滑多遠？

第 4.1 條的說明說，最大值理論上是孔餘隙的兩倍，而實驗室與現場經驗把實際值放在約孔餘隙的一半。以 3/4 in 螺栓配標準孔為例，餘隙是 1/16 in，所以理論上約 3,2 mm，觀察值不到一公釐。

標準螺栓孔的餘隙是多少？

依本站對 Table 3.1 的相減，1/2 到 7/8 in 的螺栓是 1/16 in，1 in 以上是 1/8 in。過大孔在 1/2 in 是 1/8 in，5/8 到 7/8 in 是 3/16 in，1 in 是 1/4 in，再上去是 5/16 in。

什麼是抗滑接頭？

規範把它定義為：傳遞剪力、或剪力與拉力組合的接頭，其中螺栓在安裝時已提供預緊力，也就是貼合面上的夾持力，而且貼合面經過處理，能提供可計算的抗滑移能力。對照組是剪力／承壓接頭，其設計依據是螺栓的剪力強度與被連接材料的承壓強度。

表面處理會改變一個接頭能扛多少嗎？

就滑移阻力而言，會，而且差很多。平均滑移係數在 Class A 表面是 0,30，那一級包含未塗裝的乾淨軋屑面與熱浸鍍鋅；Class B 是 0,50，也就是未塗裝的噴砂鋼面或其上的 Class B 塗層。依本站的除法，Class B 是 Class A 的三分之五倍，而螺栓一點都沒變。

規範什麼時候要求預緊而不是只要貼緊？

第 4.2 條要求預緊接頭的情況包括：上位規範要求時、承受顯著載重反向時、承受不反向的疲勞載重時、Group 120 組件承受拉伸疲勞時，以及 Group 144 或 150 組件承受拉力或拉剪組合時。

為什麼承受反向疲勞載重的接頭必須是抗滑的？

說明寫著這類接頭必須是抗滑接頭，因為滑移可能造成接頭來回移動，並具有加速疲勞破壞的潛在可能。滑一次會讓螺栓抵到孔；而反向的載重會把它帶回來，再送過去一次。

如果螺栓孔比表上允許的還大會怎樣？

Table 3.1 的說明說，該孔應被視為下一個較大的孔型。那不是文書作業上的改變：滑移的阻力係數會從標準孔的 1,00 掉到過大孔的 0,85，再掉到長槽孔的 0,70。

這些東西適用於汽車或機台嗎？

不直接適用，本頁也不宣稱適用。RCSC 規範涵蓋的是建築與橋梁的結構接頭。這裡引用它，是因為它把摩擦接頭與承壓接頭的差別講得比多數文件都清楚，而且它可以免費完整讀到。

參考資料

• RCSC《Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts》，2020 年 6 月 11 日。完整、118 頁、免費。詞彙表、Table 3.1、第 4.1 至 4.3 條與第 5.4 條
• r/Justrolledintotheshop，一張沒鎖緊的控制臂螺栓與它造成的損壞的照片，在那裡引出了這個問題

RCSC 規範是完整讀過的，它是一份 118 頁的免費下載文件。它是建築與橋梁用的結構鋼規範。它不適用於車輛、機械或任何其他東西，本頁的任何數值都不應該被搬到那些地方。引用它，是因為它把兩種剪力接頭分得很清楚，不是因為它的數字。我們不診斷論壇照片裡那具沒有親眼看過的底盤，也不寫任何車廠或車型名稱。以下各項是本站的算術或判讀，不是規範的敘述：「滑移阻力與預緊力成正比、因此沒有預緊力就是零」這個結論，它來自預緊力在 Equation 5.6 裡是一個乘數；Class B 與 Class A 滑移係數之間三分之五的比值；由 Table 3.1 的標稱孔徑減去螺栓直徑得到的孔餘隙，以及標準孔餘隙在 1 in 從 1/16 加倍為 1/8 的觀察；3/4 in 螺栓的滑移距離推算；以及「容許應力係數等於 1,50 除以對應的載重係數」這個兩列都吻合的發現。Equation 5.6 及其滑移係數、與 Table 3.1，都是拿印刷頁面算成圖檔後核對的，不是文字擷取。Table 5.2 的最小預緊力數值本頁沒有轉載，一來這一頁用不到，二來那正是最容易被斷章取義搬走的數字。我們也不寫「預緊力等於抗拉強度乘應力截面積再乘 0,7」這個常見關係，因為驗算它需要牙距與應力截面積公式，而這兩個輸入都不在這份文件裡。AISC 360、EN 1090 與 ASTM F3125 都沒讀。我們讀的是貼文本身，不是回覆。「貼緊」在這份規範裡是什麼意思，以及轉角法，在先前的頁面上，這裡不重複。