为有效控制高强度螺栓延迟断裂发生概率,从螺栓断裂病害调研分析、螺栓延迟断裂原因及机理研究分析、螺栓承载应力状态影响因素分析、高强度螺栓抗延迟断裂性提升研究四个方面,开展了高强度螺栓延迟断裂研究工作。通过对11座存在高强度螺栓延迟断裂桥梁进行了调研,从断裂螺栓用钢材质、螺栓断裂部位、断裂螺栓数量、出现螺栓断裂桥梁结构部位等方面,总结分析了高强度螺栓延迟断裂病害情况和破坏特点,统计分析表明:高强度螺栓断裂比例多数为0.01%量级;螺栓断裂部位主要在螺栓头下圆角处、螺栓直杆与丝杆交界处及螺栓螺母旋合部位的第一扣螺纹处;对于桥梁结构部位来说,主桁梁杆件节点板、桥梁平联、横联节点处均有螺栓断裂现象,螺栓延迟断裂具分布有随机性。通过化学分析、宏观微观断口分析、金相分析等方法,对某桥现场掉落螺栓进行断裂原因分析。研究表明:断裂螺栓化学成分符合规范要求;断裂螺栓裂纹起始于螺纹根部表面,裂纹源区和扩展区均呈现沿晶断裂,部分晶界处可观察鸡爪纹的撕裂形态,呈现典型的氢致延迟断裂特征。据此表明螺栓在承载并发生塑性变形时,其产生的位错将载氢运动,在应力作用下氢扩散富集到应力集中处。与此同时局部富集的氢原子会降低界面结合力,使得滑移带能够贯穿于晶界,从而加剧裂纹的萌生和扩展,最终导致氢致延迟断裂。为了掌握高强度螺栓延迟断裂机理,基于Eshelby等效夹杂理论建立应力诱导氢运动的模型,提出了缺陷处根部应力集中与氢含量之间的关系理论模型,从而为致氢致延迟断裂提供佐证。通过对高强度螺栓承载应力分布进行理论分析和数值模拟,探索影响螺栓承载应力分布的主要因素。有限元分析表明:适当增加螺纹牙底圆弧半径R、螺栓头下圆角半径r,可以优化螺栓应力分布、减缓应力集中现象。为了研究高强度螺栓用钢20MnTiB和35VB延迟断裂敏感性,利用恒载荷延迟断裂试验、慢应变速率拉伸试验,对不同抗拉强度试件延迟断裂敏感性进行了分析。试验结果表明:抗拉强度在1040~1240 MPa之间时,随着抗拉强度越高,延迟断裂敏感性先降低后升高,20MnTiB钢和35VB钢折点分别为1157 MPa和1179MPa,因此建议将高强度螺栓用20MnTiB钢、35VB钢的抗拉强度控制在1040~1190MPa。在现行高强度螺栓技术条件和生产工艺基础上,开展高强度螺栓抗延迟断裂性能提升研究,提出螺栓抗拉强度上限由1240 MPa降为1190 MPa、P和S含量分别控制在0.015%和0.025%以下、增加垫圈厚度和设置外倒角。根据以上要求进行了螺栓试制,螺栓试制成品率较高,且各项试验指标数据较以往更为稳定,因此具备大规模生产可行性。