Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011
21 Hình 1.2 Hoạt tải thiết kế theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD
(1998)

•

Lực xung kích
Tác động tĩnh học của xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế phải được lấy tăng thêm một
tỉ lệ phần trăm cho tác động xung kích
IM
, được quy định trong bảng 1.4.

Bảng 1.4 Lực xung kích IM
Cấu kiện IM
Mối nối bản mặt cầu, đối với tất cả các
trạng thái giới hạn
75%
Tất cả các cấu kiện khác
• Trạng thái giới hạn mỏi
• Các trạng thái giới hạn khác

15%
25%

3/ Tải trọng mỏi
35 KN 145 KN 145 KN
4300 mm 9000 mm

nhưng có ảnh hưởng quan trọng đối với tính chất cơ học của thép: lượng các bon càng nhiều thì
cường độ của thép càng cao nhưng tính dẻo, tính dai và tính hàn của nó giảm. Thép dùng trong
xây dựng đòi hỏ
i phải có tính dẻo cao để tránh đứt gãy đột ngột nên hàm lượng các bon được
hạn chế khá thấp, thường không lớn hơn 0,2-0,22 % về khối lượng.
Trong thép các bon thường, ngoài sắt và các bon còn có những nguyên tố hoá học khác.
Các nguyên tố hoá học có lợi thường gặp là mangan (Mn) và silic (Si). Các nguyên tố có hại có
thể kể đến là phốt pho (P) và lưu huỳnh (S) ở thể rắn, ô xy (O) và ni tơ (N) ở thể khí. Các
nguyên tố có hại này, nói chung, làm cho thép trở nên giòn, đặc biệt khi thép làm việc trong
đ
iều kiện bất lợi (chịu ứng suất tập trung, tải trọng lặp, chịu nhiệt độ cao…).
Thép hợp kim là loại thép mà ngoài những thành phần hoá học kể trên, còn có thêm các
nguyên tố kim loại bổ sung. Các nguyên tố này được đưa vào nhằm cải thiện một số thuộc tính
tốt của thép như làm tăng cường độ mà không giảm tính dẻo, tăng khả năng chống gỉ hay khả
năng chống mài mòn. Ch
ẳng hạn, crôm và đồng làm tăng khả năng chống gỉ của thép, được sử
dụng trong chế tạo thép chống gỉ, mangan làm tăng cường độ của thép và có thể kiềm chế ảnh
hưởng xấu của sunfua. Tuy nhiên, hàm lượng các kim loại bổ sung càng cao (hợp kim cao) thì
tính dẻo, tính dai, tính hàn càng giảm. Thép hợp kim dùng trong xây dựng là thép hợp kim thấp
với thành phần kim loại bổ sung khoảng 1,5-2,0%.
Phân loại thép theo mức độ khử ô xy
Thép lỏng từ lò luyện được rót vào các khuôn để nguội .tuỳ theo phương pháp để lắng
nguội chia ra :
+ Thép sôi: thép khi nguội bốc ra nhiều bọt khí như ô xy , cacbon oxyt (nên trông như
sôi); Các bọt khí tạo thành những chỗ không đồng chất trong cấu trúc của thép , làm thép sôi có
chất lượng không tốt , đễ bị giòn và lão hoá .
+ Thép tĩnh ( thép lặng) thép tĩnh trong quá trình nguội không có hơi bốc ra như thép
sôi, do đã được thêm vào các chất khử oxy như silic, nhôm, mangan. Những chất này khử hết
oxy có hạ
i và những chất phi kim loại khác tạo nên xỉ nổi trên mặt. Phần xỉ này được loại bỏ đi,

Trong hình 1.4, các số trong ngoặc ở bốn mức cường độ thép là ký hiệu theo ASTM của
thép có cường độ chịu kéo và thuộc tính biến dạng giống thép A709M. Các con số này được
nêu là vì chúng quen thuộc đối với những người thiết kế khung nhà thép và các công trình
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011
24 khác. Sự khác nhau cơ bản nhất giữa các thép này và thép A709M là ở chỗ thép A709M được
dùng cho xây dựng cầu và phải có yêu cầu bổ sung về thí nghiệm xác định độ dai. Các yêu cầu
này khác nhau đối với các cấu kiện tới hạn đứt gãy và không đứt gãy trong tính toán ở TTGH
mỏi và đứt gãy.
Hai thuộc tính của tất cả các cấp thép được coi là không đổi, là mô đun đàn hồi
E
s
= 200
GPa và hệ số giãn nở vì nhiệt bằng 11,7.10
-6
.
Phần sau đây giới thiệu tóm tắt về thuộc tính của các cấp thép ứng với các cấp cường độ
khác nhau. Để giúp so sánh các loại thép này, các biểu đồ ứng suất-biến dạng giai đoạn đầu và
đường cong gỉ phụ thuộc thời gian được cho, tương ứng, trong các hình 1.5 và 1.6.
Bảng 1.5 Các tính chất cơ học nhỏ nhất của các thép cán, cường độ và chiều dày
Thép kết
cấu
Thép hợp kim thấp
cường độ cao
Thép hợp
kim thấp

Chiều dày của bản (mm) Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 100 Tới 65 Trên 65
tới 100
Thép hình Tất cả các
nhóm
Tất cả các
nhóm
Tất cả các
nhóm
Không áp
dụng
Không áp
dụng
Không áp
dụng
Cường độ chịu kéo nhỏ
nhất, F
u
, (MPa)
400 450 485 620 760 690
Cường độ chảy nhỏ nhất,
F
y
, (MPa)
250 345 345 485 690 620

1.3.1.3 Phân loại thép kết cấu theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05
1/Thép các bon công trình
Tên gọi như vậy thật ra không đặc trưng lắm vì tất cả thép công trình đều có các bon. Đây
chỉ là định nghĩa kỹ thuật. Các tiêu chuẩn để định loại thép các bon có thể tham khảo trong tài
liệu liên quan

Sự gia công nhiệt làm điểm chảy của thép dịch chuyển cao lên như cho thấy trong hình 1.4.
Có một sự chuyển tiếp rõ rệt từ ứ
ng xử đàn hồi sang ứng xử quá đàn hồi. Cường độ chảy của
các thép này thường được xác định ở độ giãn bằng 0,5% dưới tác dụng của tải trọng hoặc ở độ
giãn bằng 0,2% theo định nghĩa bù (xem hình 1.4).
Thép hợp kim thấp được gia công nhiệt có thể hàn, tuy nhiên chỉ thích hợp cho tấm. Sức
kháng gỉ trong không khí của chúng là giống như thép hợp kim thấp cường độ cao.
4/ Thép hợp kim gia công nhiệt cường độ cao
Thép hợp kim là loại thép có thành phần hoá học không phải như trong thép hợp kim thấp
cường độ cao. Phương pháp gia công nhiệt tôi nhúng được thực hiện tương tự như đối với thép
hợp kim thấp nhưng thành phần khác nhau của các nguyên tố hợp kim làm phát triển cường độ
cao hơn (Fy = 690 MPa) và tính dai lớn hơn ở nhiệt độ thấp.
Đường cong gỉ trong không khí đối với các thép hợp kim (cấp 690) được cho trong hình
1.6 và thể hiện sức kháng gỉ t
ốt nhất trong bốn cấp thép.
Ở đây, cường độ chảy cũng được xác định ở độ giãn bằng 0,5% dưới tác dụng của tải trọng
hoặc ở độ giãn bằng 0,2% theo định nghĩa bù như miêu tả trong hình 1.5. Khi xem xét đường
cong ứng suất-biến dạng đầy đủ trong hình 1.4, rõ ràng các thép được gia công nhiệt đạt cường
độ chịu kéo dạng chóp và ứng suất giảm nhanh hơn so với thép không được xử lý nhiệ
t. Độ dẻo
thấp hơn này có thể gây ra vấn đề trong một số tình huống khai thác và, do vậy, cần phải thận
trọng khi sử dụng thép gia công nhiệt.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011
26
Hình 1.4 Các đường cong ứng suất-biến dạng ban đầu điển hình

này là ứng suất dọc thanh.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011
28 1.3.3 Gia công nhiệt
Thuộc tính cơ học của thép có thể được nâng cao bằng các phương pháp gia công nhiệt
khác nhau: gia công làm nguội chậm và gia công làm nguội nhanh.
Gia công làm nguội chậm là phép tôi chuẩn thông thường. Nó bao gồm việc nung nóng
thép đến một nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian thích hợp rồi
sau đó, làm nguội chậm trong không khí. Nhiệt độ tôi tuỳ theo loại gia công. Gia công làm
nguội chậm làm tăng tính dẻo, tính dai của thép, làm giảm tính dư như
ng không nâng cao được
cường độ và độ cứng.
Gia công làm nguội nhanh được chỉ định cho thép cầu, còn được gọi là tôi nhúng. Trong
phương pháp này, thép được nung nóng tới tới khoảng 9000C, được giữ ở nhiệt độ đó trong
một khoảng thời gian, sau đó được làm nguội nhanh bằng cách nhúng vào bể nước hoặc bể dầu.
Sau khi nhúng, thép lại được nung tới khoảng 5000C, được giữ ở nhiệt độ này, sau đó được làm
nguội ch
ậm. Tôi nhúng làm thay đổi cấu trúc vi mô của thép, làm tăng cường độ, độ rắn và độ
dai.
1.3.4 Ảnh hưởng của ứng suất lặp ( sự mỏi)
1/ Khái niệm chung về mỏi
: Khi thép chịu tải trọng lặp đi lặp lại nhiều lần ( hàng triệu
lần) nó có thể bị phá hoại ở mức ứng suất nhỏ hơn cường độ khi chịu tải trọng tĩnh. Người ta
gọi hiện tượng này là sự mỏi của thép. Sự phá hoại mỏi mang tính chất phá hoại giòn, thường
xảy ra đột ngột và kèm theo vết nứt. Ứng suất phá hoại mỏi củ
a thép gọi là cường độ mỏi. Các