THÉP - CÁP
7.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VẬT LIỆU THÉP
Vật liệu kim loại dược chia làm hai loại: Kim loại den và kim loại màu. Trong ựó kim loại ựen ựược dùng nhiều trong xây dựng công trình giao thông.
Kim loại ựen là loại hợp kừn của hai cấu tử chủ yếu là sắt (Fe) và cacbon (C), ngoài ra còn một lượng nhỏ các cấu tử khác như S, P, Sn, Cu... Kim loại ựen gồm hai loại là: Gang và Thép mà sự khác nhau chủ yếu là hàm lượng cacbon trong hợp kim.
- Gang có hàm lượng cacbon chiếm 2-6% - Thép có hàm lượng cacbon chiếm < 2%
Hàm lượng cacbon có ánh hưởng lớn ựến tắnh chất của thép, nên dựa vào hàm lượng cacbon trong ựó người ta phân thép thành 3 nhóm
- Thép cacbon cao (hàm lượng cacbon : 2 - 0,6%)
- Thép cacbon trung bình (hàm lượng cacbon : 0,6 - 0,25%) - Thép cacbon thấp (hàm lượng cacbon < 0,25%)
Thép có hàm lượng cacbon cao cho cường ựộ thép cao, nhưng tắnh dẻo của thép giảm và tắnh dòn tăng. Vì thế nên trong các kết cấu chịu tải trọng ựộng thường dùng thép có hàm lượng cacbon thấp.
Ngoài ra còn có thép hợp kim. đó là loại thép ngoài Fe và C người ta còn ựưa vào thành phần của thép một số nguyên tố khác với một tỷ lệ xác ựịnh (Cr, Mn, Ni, Si W, Mo,...) nhằm tạo ra một số tắnh chất cơ lý riêng.
7.2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA THÉP 7.2.1. Tắnh biến dạng 7.2.1. Tắnh biến dạng
Khi chịu tác dụng của tải trọng (chẳng hạn tải trọng kéo) thì thép bị biến dạng (chẳng hạn biến dạng dãn dài) và thép diễn ra qua ba giai ựoạn biến dạng: Biến dạng ựàn hồi, biến dạng chảy và biến dạng phá hoại.
a) Biến dạng ựàn hồi. đặc ựiểm là biến dạng xuất hiện khi có tải trọng tác dụng và khi ngừng tác dụng tải trọng thì biến dạng cũng biến mất. Tương quan giữa tải trọng tác dụng (P) và biến dạng ựàn hồi (dãn dài ε) là ựường thẳng bậc nhất (ựoạn oa).
b) Biến dạng chảy. Khi tải trọng tác dụng vượt quá giới hạn ựàn hồi thì trong thép xuất hiện biến dạng dẻo (biến dạng chảy). Tương quan giữa tải trọng tác dụng
(P) và biến dạng dãn dài (ε) không còn là ựường thẳng bậc nhất nữa, mà ựã chuyển thành ựường cong ựặc biệt có ựoạn nằm ngang (ựoạn ab).
c) Giai ựoạn phá hoại. Khi tải trọng tác dụng ựạt ựến giá trị cực ựại (Pmax) thì trong thép xuất hiện vết nứt, vết nứt mở rộng, dẫn ựến thép bị phá hoại ựứt.
Biến dạng dãn dài của thép: độ dãn dài tuyệt ựối(∆1) và ựộ dãn dài tương ựối (δ). (%) 100 . 0 l l ∆ = δ
Trong ựó:
∆1 là ựộ dàn dài tuyệt ựối, mm 10 là ựộ dài ban ựầu, mm
δ là ựộ dàn dài tương ựối, tắnh bằng %
7.2.2. độ bền của thép a) độ bền kéo
Khi thép chịu tác dụng của lực kéo cho ta ựường cong ựặc trưng như (hình 7.1) và cho ta ba ựại lượng ựặc trưng về cường ựộ của thép.
1) Giới han ựàn hồi (σσσσn)
Giới hạn ựàn hồi là giá trị ứng suất σa tương ứng với tải trọng ựàn hồi lớn nhất Pa ) 0 2 (N/mm F Pa a = σ Trong ựó: Pa là tải trọng dàn hồi lớn nhất, N F0 là tiết diện chịu kéo, mm2 2) Giới han chảy (σσσσch)
Giới hạn chảy là giá trị ứng suất ựịch tương ứng với lực chảy (Pch) của thép (ứng với trạng thái chảy khi ựó ựộ dàn dài tiếp tục tăng trong khi lực kéo không ựổi)
) 0 2 (N/mm F Pch a = σ 3) Giới han bền (σσσσb)
Giới hạn bền (σb) là ứng suất lớn nhất ựạt ựược của thép tương ứng với tải trọng phá hoại (Pmax) ) 0 max (N/mm2 F P b = σ b) độ bền uốn
độ bền uốn của thép là khả năng chịu biến dạng dẻo của nó bằng cách uốn nguội xung quanh một gối uốn có ựường kắnh xác ựịnh.
độ bền uốn ựược xác ựịnh qua góc uốn (α) và ựường kắnh gối uốn qui ựịnh (C). Sau khi uốn ựã ựạt ựến một góc uốn qui ựịnh nếu mặt chịu kéo của thép không xuất hiện vết nứt hoặc rạn nứt ở mức cho phép thì thép ựó ựạt ựộ bền uốn.
c) độ bền xung kắch (ựộ dai va ựập)
độ bền xung kắch là khả năng chịu tác dụng của tải trọng va ựập ựược thắ nghiệm trên mẫu tiêu chuẩn có tiết diện bị va ựập là 1 x 1 (cm2).
d) độ cứng
Các loại thép khác nhau có ựộ cứng khác nhau. độ cứng của thép hợp kim cao hơn của thép cacbon. độ cứng của thép cacbon cao, cao hơn ựộ cứng của thép cacbon thấp.
độ cứng của thép ựược xác ựịnh bằng các thiết bị ựo ựộ cứng chuyên dụng, có hai thang ựo ựộ cứng thường dùng là:
độ cứng Brinen (ựối với thép có ựộ cứng thấp)
độ cứng Rockwen (ựối với thép có ựộ cứng cao; thép hợp kim)
Giới hạn ựộ cứng của thép xây dựng thông thường: 300-400 ựộ Brinen. Một số thép hợp kim và cáp thường có ựộ cứng 40-60 ựộ Rockwen.
7.3. THÉP CỐT CHO B Ê TÔNG VÀ THÉP DÙNG CHO KẾT CẤU XÂY DỰNG DỰNG
7.3.1. Thép cốt bê tông
Các loại thép tròn cán nóng mặt ngoài nhẵn hoặc có gờ (thép vằn, thép gai) có thể dùng làm cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt thép thường hoặc kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực.
Thép tròn làm cất cho bê tông có các loại ựường kắnh sau:
d = 6, 7, 8, 9, lo; 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28; 32, 36, 40
Thép vằn là những thanh thép tròn với hai ựường gân chạy dọc và các gờ ựi theo ựường xoắn vắt, kắch thước các ựường gờ và sai lệch cho phép phải theo qui ựịnh của tiêu chuẩn.
Dựa trên các tắnh chất cơ lý, người ta phân cốt thép của bê tông là 4 mác (4 nhóm): CI, CII, CIII, CIV như bảng Sau:
Bảng 7.1. Phân loại cốt thép của bê tông
Giới hạn chảy (N/mm2) Giới hạn bền kéo (N/mm2) độ dãn dài tương ựối (%) Nhóm cốt thép đường kắnh d (mm) Không nhỏ hơn Không nhỏ hơn Không nhỏ hơn độ bền uốn α αα α : góc uốn