熱浸鍍鋅高強度螺栓:扭力係數全在規定內,日本橋樑規範還是要求轉角法

日本的橋樑設計規範對熱浸鍍鋅的高強度螺栓有一條特別規定:不准用扭力法鎖,要用轉角法,也就是先鎖到貼合,再把螺帽轉一個規定的角度。2020 年日本土木學會的一份統計,整理了 7 家橋樑廠與鐵道機構 1,038 支鍍鋅 F8T 螺栓的出廠證明,扭力係數平均 0.126 到 0.129,最小 0.115、最大 0.143,全部落在規定的 0.110 到 0.150 之內。證明書上的數字都合格,規範要防的是證明書以外的東西。閱讀約 6 分鐘。

鍍鋅螺栓夾緊兩片鋼板,螺帽記號線錯開並以紅弧標示

鍍鋅 F8T 沒有自己的 JIS

F8T 是日本摩擦接合用高強度六角螺栓的等級,標準是 JIS B 1186。 鍍了熱浸鋅的 F8T 沒有獨立的 JIS 規格:論文寫明,它準用 JIS B 1186 的規定值, 由各製造商取得國土交通大臣的認可後販售。規定值包括耐力至少 640 N/mm²、抗拉強度 800 到 1000 N/mm²、 扭力係數 0.110 到 0.150,以及鋅附著量至少 550 g/m²(HDZ55)。 墊圈在鍍鋅時有退火效果,硬度會下降,所以另訂了下限。

規範為什麼要轉角法

日本的道路橋示方書與鐵道構造物等設計標準,對鍍鋅 F8T 都規定用ナット回転法,也就是轉角法: 螺栓在塑性域被控制,而不是用扭力在彈性域控制。論文引述的理由有兩個: 鍍鋅構件與鍍鋅螺栓上的鍍層厚度不均,會讓導入的軸力散佈; 而且鬆弛造成的軸力下降大。

施工流程是先以規定扭力預鎖到貼合(鐵道標準是 M16 用 100 N·m、M20 與 M22 用 150、M24 用 200),做記號, 再把螺帽轉 120° ± 30°,這是螺栓長度在直徑 5 倍以內的情況;超過 5 倍要靠預備試驗決定。 轉角法本身的道理,本站在轉角法:那個角度從哪裡來寫過。

1,038 支螺栓的扭力係數

論文調查的是出廠的製品檢查證明書:鐵道・運輸機構與 7 家橋樑製作公司工程上用的螺栓,加上實驗用的螺栓, 共 346 筆,每筆是 3 支螺栓的平均,所以是 1,038 支。

鍍鋅 F8T 的扭力係數(論文表-3,製品檢查證明書)
直徑筆數平均最小最大標準差
M16720.1270.1160.1430.0047
M20330.1290.1190.1420.0047
M221780.1260.1150.1420.0058
M24630.1280.1180.1350.0032

平均值落在規定範圍 0.110 到 0.150 的中間,最小值比下限高 0.005,最大值比上限低 0.007。 扭力係數和螺栓長度沒有明確的相關。論文還寫到一件事:有一家製造商,不論直徑,扭力係數都低於 0.120。

整齊的數字,換算成夾緊力

同一個扭力下,夾緊力和扭力係數成反比(夾緊力 ≈ 扭力 ÷ 扭力係數 ÷ 直徑)。 用證明書上的最小與最大值換算:0.143 ÷ 0.115 = 1.24, 同樣鎖到一個扭力,扭力係數 0.115 的那批會比 0.143 的那批多 24% 的夾緊力。 只看 M22 一個直徑,平均 0.126、標準差 0.0058,正負兩個標準差是 0.114 到 0.138,大約正負 9%。 這些換算是本站做的,而且只用了證明書的數字。

證明書上的扭力係數是製品檢查的數值,記錄的是那一批螺栓組本身。 規範擔心的鍍層厚度不均(不只螺栓,還有被鎖的鍍鋅構件)與鎖完之後的鬆弛,都不在這個數字裡。 所以數字整齊,不能推出「用扭力法也夠準」;規範的選擇是乾脆讓轉角來控制。 扭力背後的摩擦假設,本站在一個扭力數字,背後假設了一組摩擦條件寫過。

機械性質:比規定值高

同一份調查的機械性質,平均耐力約為規定下限的 130%,抗拉強度約 110%,降伏比約 0.95,伸長率平均 22%,斷面收縮率 72%。 實體拉伸荷重平均 M16 138 kN、M20 216 kN、M22 267 kN、M24 307 kN,都比規定值高約一成。

對指定螺栓的人

鍍鋅高強度螺栓,先決定用什麼方法鎖。如果現場要用扭力法,扭力值要依鍍鋅螺栓自己的扭力係數訂, 不能沿用未鍍鋅螺栓的表;即使如此,鍍層與鬆弛帶來的散佈還在(扭矩鎖到規定值,夾緊力卻不一定對)。

看證明書時,看的是那一批。同樣在規定範圍內,不同製造商的扭力係數可以系統性地偏低或偏高。 換供應商、換批次,扭力值就該重新確認。

鍍鋅的螺帽是另一件事。熱浸鍍鋅的螺帽是鍍完才攻牙的,牙的配合跟未鍍鋅的不同 (熱浸鍍鋅的螺帽,是鍍完才攻牙的)。

這一頁不能下的結論

這是日本 F8T(準用 JIS B 1186)的證明書統計,不能直接套到 ISO 等級或台灣的規範,台灣的規定本站沒有讀。 夾緊力的換算只用了證明書的扭力係數,沒有包含現場的鍍層差異與鬆弛。 鍍鋅高強度螺栓的氫脆風險這篇論文沒有談,見防了鏽卻斷了。

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

熱浸鍍鋅高強度螺栓可以用扭力法鎖嗎?

日本的道路橋示方書與鐵道構造物等設計標準規定鍍鋅 F8T 要用轉角法(ナット回転法),先預鎖貼合再轉 120° ± 30°(螺栓長 ≤ 5 倍直徑),不用扭力法。理由是鍍層厚度不均造成軸力散佈,以及鬆弛造成的軸力下降大。台灣的規定本站沒有查。

鍍鋅高強度螺栓的扭力係數是多少?

日本土木學會 2020 年統計 1,038 支鍍鋅 F8T 的出廠證明:平均 0.126 到 0.129,最小 0.115、最大 0.143,規定範圍是 0.110 到 0.150。有一家製造商的數值不論直徑都低於 0.120。

扭力係數差一點,夾緊力差多少?

同一個扭力下,夾緊力與扭力係數成反比。以證明書的最小 0.115 與最大 0.143 換算,夾緊力相差約 24%。這只是證明書數字的換算,現場的鍍層差異與鬆弛還沒算進去。

參考資料

論文全文由本站讀過,規定值、調查數量、扭力係數與機械性質的數字照原文。論文表中扭力係數的單位印為「(kN)」,扭力係數本身無因次,本頁不帶單位。夾緊力比例與正負兩個標準差的範圍為本站換算。這篇論文由昱拓的論文收集器在 2026-10-02 撈到。

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詢價熱浸鍍鋅高強度螺栓時,請寫上等級、直徑與長度、預定的鎖付方法(扭力法或轉角法),以及是否需要每批的扭力係數證明。

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