THÉP VÀ CỐT THÉP XÂY DỰNG 8.1. KHÁI NIỆM
Thép và cốt thép xây dựng thuộc nhóm vật liệu kim loại, được sử dụng nhiều trong các dạng cơng trình xây dựng: nhà dân dụng; cơng nghiệp; cầu; đường sắt;… Chúng có ưu điểm có cường độ chịu lực cao đặc biệt là khả năng chịu uốn, và chịu kéo. Vật liệu thường được kết hợp với bê tông tạo thành bê tông cốt thép.
Các vật liệu thép có đặc điểm chung là có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt mạnh, có khả năng bám chặt với bê tơng, dễ bị ăn mịn. Khả năng chịu lực tốt. Ở nhiệt độ 500-6000C, thép trở lên dẻo, cường độ giảm. Ở nhiệt độ -100C tính dẻo giảm, ở nhiệt độ -450, thép giòn, dễ nứt.
8.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CHỦ YẾU 8.2.1. Tính biến dạng
Khi chịu tác dụng của tải trọng, vật liệu thép và cốt thép xây dựng sẽ trải qua 3 giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy.
Hình 8.1. Các giai đoạn biến dạng và đặc tính phá hoại của vật liệu thép và cốt thép
- Biến dạng đàn hồi: mối quan hệ giữa l và P là bậc nhất (biến dạng mất đi khi tải trọng
ngừng tác dụng), đoạn OP trên hình 8.1.
- Biến dạng dẻo: tốc độ biến dạng tăng nhanh hơn so với tốc độ tăng tải, mối quan hệ
giữa l và P khơng cịn là bậc nhất, đoạn Pa và ab trên hình 8.1.
- Giai đoạn phá hoại: khi tải trọng vượt quá giá trị cực đạt Pmax, vết nứt xuất hiện và
mẫu bị phá hoại.
Đặc trưng cho biến dạng là độ giãn dài tương đối và độ thắt tương đối.
Độ giãn dài tương đối là tỉ số phần trăm giữa độ giãn dài sau khi kéo l và độ giãn dài ban đầu l0 của mẫu. được xác định:
=𝑙
𝑙0. 100% (8.1)
Độ thắt tương đối được xác định: =𝐹0−𝐹𝑘
𝐹0 . 100% (8.2)
150
8.2.2. Độ bền của vật liệu
Độ bền là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của lực ngoài. Trong thực tế có các
vật liệu kim loại chịu tác dụng của các lực kéo, nén, uốn, do vậy có các loại độ bền: độ bền kéo (k), độ bền nén (n), độ bền uốn (u). Đơn vị đo độ bền là N/mm2 hoặc MN/mm2.
Khi kéo vật liệu thép và cốt thép xây dựng sẽ xây dựng được biểu đồ thể hiện trên hình 8.1. Vật liệu được đặc trưng bởi các giới hạn sau:
- Giới hạn đàn hồi (p) là ứng suất lớn nhất ứng với tải trọng Pp, mà biến dạng dư không vượt quá 0,05%:
𝑝 =𝑃𝑝
𝐹0. 100%, daN/cm2 (8.3) - Giới hạn chảy (c) là ứng suất khi kim loại chảy (tải trọng không đổi nhưng chiều dày vẫn tiếp tục tăng) với tải trọng Pc, ứng với biến dạng dư không vượt quá 0,2%:
𝑐 =𝑃𝑐
𝐹0. 100%, daN/cm2 (8.4) - Giới hạn bền (c) là ứng suất khi kim loại bị phá hủy ứng với tải trọng Pmax:
𝑐 = 𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐹0 . 100%, daN/cm2 (8.5)
Để xác đị nh biế n dạ ng dẻ o củ a thép khi uố n, uố n thanh thép xung
quanh mộ t trụ c uố n có đư ờ ng kính nhấ t đị nh, khi uố n đế n mộ t góc
uố n theo qui đị nh thì kiể m tra sự xuấ t hiệ n vế t nứ t.
8.2.3. Độ bền xung kích (va chạm)
Độ bền xung kích là khả năng của thép chống lại tác dụng của tải trọng va chạm, được thí nghiệm trên mẫu có kích thước 1x1(cm) và được kí hiệu là ak, daN/cm2.
8.2.4. Độ cứng
Độ cứng của kim loại dùng trong xây dựng được xác định theo phương pháp Brinen. Giới hạn độ cứng của thép xây dựng từ 300-400.
8.3. CÁC LOẠI THÉP XÂY DỰNG
Thép là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác như Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu... hàm lượng cacbon trong thép nhỏ hơn 2,0%.
Thép có thể được phân loại thành thép khơng hợp kim và thép hợp kim.
Tùy theo thành phần hóa học của các nguyên tố trong thép mà người ta phân thép thành hai nhóm là thép cacbon và thép hợp kim. Trong đó:
Thép cacbon: ngồi sắt và cacbon thì cịn một số ngun tố khác gọi là các tạp chất trong thành phần của thép như: Mn, Si, P, S…
Thép hợp kim: ngoài sắt và cacbon và các tạp chất, người ta cố tình đưa thêm vào các nguyên tố đặc biệt với một hàm lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố được đưa vào thường là Cr, Ni, Mn, W, V, Mo, Ti, Cu, Ta, B, N….