Giáo trình kết cấu thép ĐHXD 1 1 1 2 ThepXD sulamviec

MỞ ĐẦU:

ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP

a) Khái niệm:
Kết cấu thép là cụm từ chỉ Kết cấu chịu lực của các cơng trình xây dựng
được làm bằng vật liệu thép xây dựng.
Kết cấu thép: gồm các “Cấu kiện thép” như dầm thép, cột thép, …. được
liên kết với nhau tạo thành hệ kết cấu để cùng chịu lực.
b) Ưu điểm chính của KC thép:
- Khả năng chịu lực lớn: vì vật liệu thép có cường độ lớn; lớn hơn hàng
chục lần cường độ chịu nén của vật liệu bê tông.
- Độ tin cậy cao khi chịu lực: vì vật liệu thép có cấu trúc khá thuần nhất
nên các giả thiết trong tính tốn khá sát với sự làm việc thực tế của vật
liệu thép.
- Tính cơng nghiệp hố cao: vì được chế tạo sẵn hàng loạt, theo các
môđun ở trong các nhà máy.
- Tính linh hoạt cao: vì dễ dàng sửa chữa, dễ thay thế, dễ tháo gỡ, dễ
dàng vận chuyển, có thể tái sử dụng nhiều lần cho mục đích khác nhau.


MỞ ĐẦU:

ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP

(tiếp 2/2)

c) Nhược điểm của KC thép:
- Dễ bị ăn mòn, dễ bị gỉ: nên chi phí cho bảo dưỡng (chi phí cho sơn,
mạ) cần theo định kỳ;
- Khả năng chịu lửa kém: nên cần phải bọc thép bằng một lớp vật liệu

chịu lửa;
d) Phạm vi ứng dụng của KC thép:
Với ưu điểm chính về khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao nên kết cấu
thép luôn là giải pháp hữu hiệu cho những kết cấu cơng trình đặc biệt, như:
Kết cấu nhà cơng nghiệp có nhịp lớn;
Kết cấu các cơng trình thể thao có nhịp lớn và hình dáng đặc biệt;
Kết cấu dầm cầu;
Kết cấu giàn khoan trên biển;
Kết cấu khung nhà cao tầng, đặc biệt ở những nơi có động đất mạnh;
Kết cấu tháp truyền hình;
Kết cấu bể chứa xăng dầu.


CHƯƠNG 1.

VẬT LIỆU VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP

§1.1 THÉP XÂY DỰNG
1. Khái quát chung:
Thép xây dựng là hợp kim của sắt (Fe), cacbon (C), và một số chất khác;
trong đó thành phần :
Fe
chiếm chủ yếu
C
chiếm < 1,7%
Một số chất khác như O, P, Si, … chiếm không đáng kể.
Quy trình luyện thép:
(luyện trong lị)

(Khử bớt C)

(để nguội)

Quặng sắt

Gang lỏng

Thép lỏng

(Sắt oxýt Fe2O3 và

(Fe và C1,7%)

(Fe và C < 1,7%)

Fe3O4 là chủ yếu)

Phơi thép

Thép cán nóng
Thép sợi

Thép hình
L, I, C, O, T …

Thép tấm


§1.1 THÉP XÂY DỰNG
2. Các phương pháp phân loại chính đối với thép Xây dựng

2.1. Theo thành phần hoá học của thép:
a) Thép cacbon:
Gồm Fe; hàm lượng C < 1,7% ; và một số chất khác chiếm không đáng
kể; không có các thành phần hợp kim khác;
Hàm lượng C quyết định đặc trưng tính chất cơ học của thép: thép mềm
dẻo hay cứng giịn, dễ hàn hay khó hàn, …
Có 3 loại Thép cacbon:
Thép cacbon cao: hàm lượng 1,7% > C ≥ 0,6% ; thép rất cứng, rất
giịn, khó hàn => rất ít dùng trong xây dựng.
Thép cacbon vừa: hàm lượng 0,6% > C ≥ 0,22% ; thép khá giòn, ít dẻo
=> ít dùng trong xây dựng.
Thép cacbon thấp: hàm lượng 0,14 % < C < 0,22% ; thép mềm, dẻo,
dễ hàn => dùng phổ biến trong xây dựng. (dùng cho kết cấu chịu lực)


§1.1 THÉP XÂY DỰNG
2. Các phương pháp phân loại chính đối với thép XD

(tiếp 2/3)

2.1. Theo thành phần hoá học của thép:
b) Thép hợp kim:
Gồm Fe và C là 2 thành phần hố học chính, ngồi ra cịn có thêm các
thành phần hợp kim khác như: Cr, Ni, Mn, Ti, …
Đó là những thành phần hợp kim có lợi cho thép, được cho thêm vào =>
nhằm nâng cao chất lượng của thép: như tăng độ bền, tăng độ dẻo khi chịu
lực tác dụng động; tăng khả năng chịu va đập; tăng khả năng chống gỉ, ...
Có 3 loại Thép hợp kim :
Thép hợp kim vừa và cao: có tổng hàm lượng của các hợp kim =>
không dùng trong xây dựng;

Thép hợp kim thấp: có tổng hàm lượng các hợp kim => được dùng chủ
yếu trong xây dựng;


§1.1 THÉP XÂY DỰNG
2. Các phương pháp phân loại chính đối với thép XD

(tiếp 3/3)

2.2. Theo mức độ khử oxy:
Trong q trình luyện thép, Nếu bọt khí cịn tồn tại trong thép sẽ làm giịn
thép. Bọt khí thường khơng được khử triệt để vì làm tăng giá thành, thường
khử 50% ~ 70%.
Có 3 loại :
Thép sơi: Khơng sử dụng biện pháp khử oxy, thép để nguội tự nhiên, nên
bọt khí cịn tồn tại trong thép nhiều và phân bố khơng đều.
=> Chất lượng thép không tốt, thép dễ bị phá hoại giịn và lão hố.
Thép tĩnh (thép lặng): Khử oxy một cách triệt để bằng cách trong quá trình
luyện, cho vào những chất khử như Si, Au, Mn, ... nên khơng cịn bọt khí
trong thép. => Chất lượng thép rất tốt, nhưng giá thành cao.
Sử dụng cho các cơng trình quan trọng, hoặc cơng trình chịu tải trọng
động vì thép rất khó phá hoại giịn.
Thép nửa tĩnh (thép nửa lặng): Khử oxy khơng hồn tồn, khử khoảng
50% oxy => chất lượng thép trung bình, trung gian giữa 2 loại thép sơi và
thép tĩnh. Sử dụng trong xây dựng cơng trình.


§1.1 THÉP XÂY DỰNG
3. Cấu trúc và thành phần hoá học của thép XD
(Tự xem tài liệu)

Trong điều kiện bình thường, thép có cấu trúc
tinh thể, gồm 3 thành phần chính:
Ferit: là sắt nguyên chất (Fe), chiếm tới 99% thể
tích, rất mềm dẻo, dễ dát mỏng, dễ tác dụng với oxy.
Xementit: là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), nằm
xen kẽ giữa các hạt Ferit; rất cứng và giòn.
Peclit: là hỗn hợp của Ferit và Xementit tạo
thành màng mỏng bao xung quanh hạt Ferit.

Xementit

Peclit
Ferit

Cường độ của màng Peclit là trung gian giữa Xementit và Ferit, quyết định
tính dẻo của thép, và đóng vai trò chịu lực của thép.
Thép càng nhiều C => màng Peclit càng dầy và thép càng cứng, càng kém
dẻo.


§1.1 THÉP XÂY DỰNG
4. Các mác thép dùng trong xây dựng
4.1 Mác của thép cacbon thấp (có cường độ thường):
Thép cường độ thường là thép cacbon thấp: Có hàm lượng C = 0,14 ÷ 0,22%
có giới hạn chảy f y ≤ 2900 daN/cm2 ;
Thép cacbon thấp được chia thành 3 nhóm:
Nhóm A: Thép được đảm bảo về tính chất cơ học.
Nhóm B: Thép được đảm bảo về thành phần hố học.
Nhóm C: Thép được đảm bảo về cả tính chất cơ học và thành phần
hoá học. => được sử dụng trong xây dựng làm thép chịu lực.

§1.1 THÉP XÂY DỰNG
4. Các mác thép dùng trong xây dựng
4.1 Mác của thép cacbon thấp (có cường độ thường):
Ký hiệu mác thép cacbon thấp sử dụng trong xây dựng gồm 2 phần: phần
chữ CCT đứng trước và phần Số đứng sau (theo TCVN 1765: 1976).
Phần chữ chỉ loại thép các bon thấp loại C và phần số chỉ độ bền kéo đứt
của thép với đơn vị là daN/mm2.
Ví dụ:

C
 CT
 38


độ bền kéo đứt của thép fu = 38 daN/mm2 = 3800 daN/cm2;
thép cacbon thấp.
thép nhóm C.

Các ký hiệu biểu thị về mức độ khử oxy:
s
n
khơng ghi gì

: cho thép sôi
: cho thép nửa tĩnh
: cho thép tĩnh

CCT 38n


 2

thép hạng 2
thép nửa tĩnh


§1.1 THÉP XÂY DỰNG
4. Các mác thép dùng trong xây dựng

(tiếp 2/3)

4.2 Mác của thép cường độ khá cao:
Thép cường độ khá cao là thép hợp kim thấp hay thép cacbon thấp có nhiệt
luyện: Có hàm lượng hợp kim < 2,5 % ; có giới hạn chảy fy = 3100 ~ 4000
daN/cm2 ; giới hạn bền fu = 4500 ~ 5400 daN/cm2.
Ký hiệu mác thép gồm 2 phần: phần chữ và phần số.
Phần Số đứng đầu tiên: chỉ hàm lượng C tính bằng phần vạn.
Phần Chữ: chỉ ký hiệu hố học của các nguyên tố có mặt, trừ Fe và C không
ghi.
Phần Số đứng sau chữ: chỉ hàm lượng % của các chất đứng trước đó. Nếu
hàm lượng <1% thì khơng ghi.
VD: 10Mn2Si
Có hàm lượng C chiếm 0,1% ; Mn chiếm 2% và Si chiếm < 1%
(ngoài Fe và C chiếm < 0,22%).


§1.1 THÉP XÂY DỰNG
4. Các mác thép dùng trong xây dựng

(tiếp 3/3)

4.3 Mác của thép cường độ cao:
Thép cường độ cao là thép hợp kim có nhiệt luyện: có giới hạn chảy fy trên
4400 daN/cm2 ; giới hạn bền fu trên 5900 daN/cm2.
VD: 12Mn2SiMoV