17
Th8

1. Đặc điểm, ứng dụng của kết cấu thép

1.1 Đặc điểm

Thi công kết cấu thép được bắt nguồn từ châu Âu. Theo đó, thép xây dựng được chế tạo với hình dạng và thành phần hóa học cụ thể. Thép sẽ được chọn phù hợp theo yêu cầu kỹ thuật của từng dự án. Những vật liệu thép này có tiêu chuẩn nhất định về thành phần hóa học và cường độ thích hợp. Vật liệu thép cũng được định nghĩa là các sản phẩm cán nóng, có mặt cắt ngang như góc, rãnh và dầm. Hiện nay, trên toàn thế giới, xu hướng thi công kết cấu thép ngày càng tăng.

 

1.2 Ứng dụng của kết cấu thép

Thép có khả năng chịu lực cũng như độ nén tốt. Do đó, thép sẽ nhẹ hơn bê tông. Đây là lợi thế lớn của thép. Ngày nay, kết cấu này được sử dụng cho hầu hết các loại công trình. Bao gồm các công trình công nghiệp, dân cư, văn phòng và thương mại. Thép còn được sử dụng làm cấu trúc tháp. Ví dụ như tháp nút cho mạng di động, radar, tháp chuyển tiếp điện thoại.
Tùy thuộc vào đặc thù của từng hạng mục dự án mà yêu cầu về kết cấu lại khác nhau. Tuy nhiên trên thế giới hiện nay, nó đang được ứng dụng nhiều nhất ở 5 loại hạng mục công trình:

• Xây dựng khung
• Dầm tấm
• Cầu vòm thép
• Xây dựng công nghiệp
• Tháp đường truyền

 

2. Ưu, nhược điểm của kết cấu thép

2.1 Ưu điểm của thép

Nhìn chung, các ưu điểm của nó như sau:

• Thép có độ bền cao. Trọng lượng chết tương đối nhỏ. Đặc tính này khiến thép trở thành vật liệu rất phù hợp đối với một số tòa nhà nhiều tầng, cầu nhịp dài,…
• Nó có thể trải qua biến dạng dẻo trước khi bị hỏng. Điều này làm tăng thời gian dự trữ. Tính chất này được gọi là độ dẻo.
• Mức độ chắc chắn rất cao. Trên thực tế, thép thể hiện tính đàn hồi lên đến mức tương đối cao và thường được xác định rõ ràng.
• Có thể được xây dựng từ mối liên kết chặt chẽ, chất lượng và dung sai hẹp.
• Chế tạo sẵn và sản xuất hàng loạt thường có thể được thực hiện trong loại kết cấu này.
• Xây dựng nhanh chóng.
• Độ bền cao.
• Có thể được gia cố bất kỳ lúc nào trong trường hợp cần thiết.
• Thép xây dựng có khả năng tái sử dụng.

 

2.2 Nhược điểm của thép

Tuy nhiên, nó cũng có các nhược điểm như sau:

• Có giá thành cao hơn các loại kết cấu khác.
• Độ bền của thép bị giảm đáng kể khi nung ở nhiệt độ cao. Do đó cần phải xử lý chống cháy.
• Khi tiếp xúc với môi trường: nước, không khí, độ ẩm,… có thể làm giảm chất lượng của sản phẩm.

 

 

3. Các tính chất cơ học của kết cấu thép

Để ứng dụng rộng rãi vai trò của thép như hiện nay, các kỹ sư, nhà khoa học đã phải có nhiều nghiên cứu kỹ lưỡng về tính chất cơ học của nó. Vậy các tính chất cơ học nổi bật ở đây là gì?

 

3.1 Sức căng của thép

Đường cong ứng suất – biến dạng của thép thường thu được bằng cách tiến hành thử kéo trên bất kỳ mẫu thép tiêu chuẩn nào. Độ bền kéo của thép có thể được xác định theo độ bền chảy và độ bền cuối cùng.

 

3.2 Độ cứng vật liêu

Độ cứng được coi là khả năng chống lại sự biến dạng và trầy xước của bất kỳ vật liệu nào. Điều này thường được xác định bằng cách ép một vết lõm trên bề mặt. Kết quả là thép biến dạng vừa đàn hồi vừa dẻo. Các phương pháp khác nhau để tìm ra độ cứng của kim loại bao gồm kiểm tra độ cứng Brinell, kiểm tra độ cứng của Vicker và kiểm tra độ cứng Rockwell.

 

3.3 Độ bền vật liệu

Có khả năng xuất hiện các vết nứt cực nhỏ trong vật liệu hoặc vật liệu có thể phát triển các vết nứt như vậy do kết quả của một số chu kỳ chất tải. Những vết nứt này có thể dẫn đến sự sụp đổ đột ngột của kết cấu và rất nguy hiểm.

Do đó, để đảm bảo điều này không xảy ra, các vật liệu có vết nứt phát triển chậm được ưu tiên sử dụng. Những loại thép này được gọi là thép cứng có khía và lượng năng lượng mà nó hấp thụ được đo bằng cách tác động vào mẫu có khía.

 

3.4. Độ bền của thép cho nhà xưởng

Các thành phần của kết cấu, được thiết kế để chịu tải trọng tĩnh đơn giả. Có thể bị hỏng nếu cùng một tải trọng mà sử dụng quá nhiều lần. Ví dụ một thanh thép mảnh bị uốn cong liên tục không chịu được lực sẽ bị hỏng sau vài chu kỳ uốn lặp lại như vậy.

 

3.5. Chống ăn mòn thép

Ăn mòn là quá trình oxy hóa kim loại trong điều kiện khí quyển bình thường do có quá nhiều độ ẩm và oxy trong không khí. Ăn mòn kim loại là một hiện tượng rất tự nhiên và nhanh chóng ở những nơi có độ ẩm cao và những nơi gần nước mặn.

Các nỗ lực để kiểm soát sự ăn mòn bằng cách sử dụng các thanh cốt thép mạ kẽm và phủ epoxy đã không thành công trong thực tế sử dụng do chúng có nguy cơ tan rã, gây ra ăn mòn nhanh. Khi đó các nguyên tố chống ăn mòn như đồng, phốt pho và crom được thêm vào kim loại theo biện pháp thích hợp, giúp thép chống ăn mòn.

 

3.6. Thép cuộn

Khi ta thi công  bê tông, cần có  cấu trúc thép có hình dạng và kích thước đa dạng nên không thể được đúc tại chỗ. Vì thép cần nhiệt độ rất cao để nấu chảy và cuộn thành hình dạng theo từng yêu cầu. Thép hình có hình dạng, kích thước và chiều dài tiêu chuẩn được cán trong các nhà máy thép và bán trên thị trường.

Các phần thép cuộn bao gồm dầm, cột, khe, tiết diện rỗng hình chữ nhật, tiết diện rỗng hình tròn, góc đơn, hình chữ T, góc kép và các mặt cắt được xây dựng.