Tính Toán Ổn Định Vênh Một Phần Tiết Diện Thanh Thành Mỏng Theo Tiêu Chuẩn Eurocode 3

Tìm hiểu cách tính toán ổn định vênh cho thanh thành móng theo tiêu chuẩn Eurocode 3, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế kết cấu.

• Tác giả: Trịnh Tiến Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Trọng Quang
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Tính Toán Ổn Định Vênh Thanh Thành Mỏng Theo Tiêu Chuẩn Eurocode 3
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN
• DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANH THÀNH MỎNG
• 1.1. Khái niệm về thanh thành mỏng
• 1.2. Các vấn đề liên quan về thanh thành mỏng
• 1.2.1. Vấn đề phòng gỉ
• 1.2.2. Công nghệ chế tạo thanh thành mỏng
• 1.3. Các dạng cấu kiện tạo hình nguội
• 1.3.1. Một số đặc điểm đặc biệt của thanh thành mỏng
• 1.3.2. Ưu, khuyết điểm của kết cấu thanh thành mỏng
• 1.4. Phạm vi ứng dụng của kết cấu thanh thành mỏng
• 1.4.1. Ứng dụng kết cấu thanh thành mỏng và các quy phạm thiết kế trên thế giới
• 1.4.2. Ứng dụng kết cấu thanh thành mỏng và các quy phạm thiết kế ở Việt Nam
• 1.4.3. Một số hình ảnh về việc ứng dụng kết cấu thanh thành mỏng
• 1.5. Mục tiêu phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG ỔN ĐỊNH CỦA THANH THÀNH MỎNG TIẾT DIỆN CHỮ C THEO LÝ THUYẾT
• 2.1. Các dạng mất ổn định của thanh thành mỏng
• 2.1.1. Một số định nghĩa khi tính toán cấu kiện thanh thành mỏng
• 2.2. Ổn định cục bộ
• 2.2.1. Đối với thanh thành mỏng tiết diện chữ C chịu nén đúng tâm
• 2.2.2. Ví dụ tính toán
• 2.3. Ổn định tổng thể
• 2.3.1. Áp dụng đối với thanh thành mỏng tiết diện chữ C
• 2.3.2. Ví dụ tính toán
• 2.4. Mất ổn định vênh của một phần tiết diện
• 2.4.1. Hiện tượng mất ổn định vênh một phần tiết diện
• 2.4.2. Phương pháp của Châu Âu (Eurocode 3)
• 2.4.3. Phương pháp của Hancock
• 2.4.4. Ví dụ tính toán
• 2.4.5. Phương pháp dải hữu hạn – Phần mềm CUFSM
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA THANH THÀNH MỎNG TIẾT DIỆN CHỮ C THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE 3
• 3.1. Mất ổn định cục bộ, bề rộng hiệu quả
• 3.2. Mất ổn định vênh một phần tiết diện
• 3.3. Mất ổn định tổng thể
• 3.4. Ví dụ tính toán
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tính Toán Ổn Định Vênh Thanh Thành Mỏng

Kết cấu thanh thành mỏng đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đòi hỏi các phương pháp tính toán ổn định chính xác. Loại kết cấu này khác biệt so với kết cấu thông thường ở việc sử dụng thép tấm mỏng (0.3-4mm), các tiết diện hình học đặc biệt (chữ Z, chữ C, hộp) và các liên kết khác biệt. Việc áp dụng thanh thành mỏng đòi hỏi một cách tiếp cận mới trong thiết kế, chế tạo và lắp dựng. Chương này giới thiệu tổng quan về thanh thành mỏng, dựa trên tài liệu của Giáo sư Đoàn Định Kiến và các nguồn tham khảo khác, tập trung vào vật liệu, chế tạo, ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, tiêu chuẩn thiết kế trên thế giới và Việt Nam, từ đó đặt nền móng cho các nghiên cứu sâu hơn về ổn định vênh.

1.1. Khái Niệm Cơ Bản về Thanh Thành Mỏng

Theo Vlasov, thanh thành mỏng là thanh thẳng có kích thước ba chiều khác biệt đáng kể. Tỉ lệ giữa chiều dày t, chiều cao h và chiều dài l phải thỏa mãn t/h <= 0.1 và h/l <= 0.1. Tiêu chuẩn Eurocode 3 phân loại tiết diện dựa trên độ ổn định cục bộ, hình dạng, trạng thái chịu lực và tỉ số kích thước. Thanh thành mỏng (tiết diện rất mảnh) bị phá hoại do mất ổn định cục bộ trong giai đoạn đàn hồi. Việc hiểu rõ khái niệm này là chìa khóa để áp dụng chính xác các phương pháp tính toán ổn định.

1.2. Vật Liệu Chế Tạo Thanh Thành Mỏng và Tiêu Chuẩn

Thép sử dụng cho thanh thành mỏng thường là thép cacbon thấp (CT3, CT38, CT42) hoặc thép hợp kim thấp (09Mn2, 14Mn) với giới hạn chảy phù hợp. Eurocode 3 và tiêu chuẩn Úc AS 4600:1996 quy định chi tiết các loại thép được phép sử dụng, đảm bảo cường độ vật liệu và khả năng chịu uốn. Việc lựa chọn cường độ vật liệu cao không phải lúc nào cũng kinh tế do kích thước cấu kiện thường bị giới hạn bởi điều kiện ổn định.

1.3. Ứng Dụng và Tiêu Chuẩn Thiết Kế Thanh Thành Mỏng

Thanh thành mỏng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực xây dựng khác nhau như nhà dân dụng, nhà công nghiệp, kết cấu mái và tường. Tuy nhiên, tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế cho loại kết cấu này còn hạn chế. Trên thế giới, các quốc gia như Úc, Hoa Kỳ và các nước châu Âu đã có tiêu chuẩn riêng như Eurocode 3. Việc nghiên cứu và áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế là cần thiết để phát triển ứng dụng thanh thành mỏng tại Việt Nam.

II. Các Dạng Mất Ổn Định Của Thanh Thành Mỏng Theo Lý Thuyết

Mất ổn định là một trong những vấn đề quan trọng nhất khi thiết kế thanh thành mỏng. Có nhiều dạng mất ổn định khác nhau, bao gồm ổn định cục bộ, ổn định tổng thể và ổn định vênh. Hiểu rõ các dạng mất ổn định này là cần thiết để lựa chọn phương pháp tính toán và thiết kế phù hợp, đảm bảo an toàn kết cấu. Các yếu tố ảnh hưởng đến mất ổn định bao gồm hình dạng tiết diện, độ mảnh, điều kiện biên và tải trọng tác dụng.

2.1. Ổn Định Cục Bộ Khái Niệm và Ảnh Hưởng

Ổn định cục bộ xảy ra khi một phần của tiết diện, thường là bản bụng hoặc bản cánh, bị mất ổn định trước khi toàn bộ tiết diện đạt đến khả năng chịu lực tối đa. Hiện tượng này làm giảm khả năng chịu tải của cấu kiện. Eurocode 3 quy định phương pháp xác định bề rộng hiệu quả để учет ảnh hưởng của ổn định cục bộ trong quá trình tính toán.

2.2. Ổn Định Tổng Thể Yếu Tố và Phương Pháp Kiểm Tra

Ổn định tổng thể liên quan đến mất ổn định của toàn bộ cấu kiện, ví dụ như oằn hoặc vênh. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tổng thể bao gồm chiều dài thanh, điều kiện biên và tính chất hình học của tiết diện. Eurocode 3 cung cấp các công thức và phương pháp kiểm tra ổn định tổng thể, bao gồm cả việc xác định hệ số ổn định phù hợp.

2.3. Mất Ổn Định Vênh Của Thanh Thành Mỏng Phân Tích Chi Tiết

Mất ổn định vênh là hiện tượng đặc trưng của thanh thành mỏng tiết diện hở, trong đó tiết diện bị xoắn và uốn đồng thời. Hiện tượng này phức tạp và đòi hỏi phương pháp tính toán đặc biệt. Eurocode 3 và các tiêu chuẩn khác như Hancock cung cấp các phương pháp tiếp cận khác nhau để учет ảnh hưởng của mất ổn định vênh.

III. Tính Toán Ổn Định Vênh Theo Eurocode 3 Hướng Dẫn Chi Tiết

Eurocode 3 cung cấp một quy trình chi tiết để tính toán ổn định vênh cho thanh thành mỏng. Quy trình này bao gồm việc xác định bề rộng hiệu quả để учет ảnh hưởng của ổn định cục bộ, tính toán các thông số liên quan đến ổn định vênh và kiểm tra điều kiện ổn định. Việc áp dụng đúng quy trình này là cần thiết để đảm bảo an toàn kết cấu.

3.1. Xác Định Bề Rộng Hiệu Quả Theo Eurocode 3

Bề rộng hiệu quả là một khái niệm quan trọng trong Eurocode 3, được sử dụng để учет ảnh hưởng của ổn định cục bộ. Nó đại diện cho phần diện tích tiết diện thực tế tham gia chịu lực sau khi đã xảy ra ổn định cục bộ. Việc xác định bề rộng hiệu quả đòi hỏi việc tính toán các hệ số và thông số liên quan đến hình dạng tiết diện và ứng suất tác dụng.

3.2. Tính Toán Ổn Định Vênh Một Phần Tiết Diện Phương Pháp và Ví Dụ

Việc tính toán ổn định vênh một phần tiết diện theo Eurocode 3 bao gồm việc xác định các thông số đặc trưng như ứng suất tới hạn và hệ số ổn định. Eurocode 3 cung cấp các công thức và biểu đồ để xác định các thông số này. Một ví dụ tính toán chi tiết sẽ minh họa cách áp dụng phương pháp này trong thực tế.

3.3. Kiểm Tra Ổn Định Tổng Thể và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng

Sau khi đã учет ảnh hưởng của ổn định cục bộ và ổn định vênh, cần kiểm tra ổn định tổng thể của cấu kiện. Eurocode 3 quy định các điều kiện và phương pháp kiểm tra ổn định tổng thể, bao gồm cả việc xác định hệ số giảm yếu do mất ổn định. Các yếu tố như chiều dài thanh, điều kiện biên và tải trọng tác dụng đều ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra ổn định tổng thể.

IV. Ứng Dụng Phần Mềm Trong Tính Toán Ổn Định Vênh EC3

Việc tính toán ổn định vênh cho thanh thành mỏng theo Eurocode 3 có thể phức tạp và tốn thời gian nếu thực hiện thủ công. Do đó, việc sử dụng phần mềm tính toán kết cấu là một giải pháp hiệu quả để tăng tốc độ và độ chính xác của quá trình tính toán. Nhiều phần mềm thương mại và mã nguồn mở hỗ trợ tính toán ổn định theo Eurocode 3, cho phép người dùng mô hình hóa cấu kiện, задат thông số vật liệu và tải trọng, và nhận kết quả tính toán một cách nhanh chóng.

4.1. Sử Dụng Phần Mềm Tính Toán Kết Cấu Ưu Điểm và Nhược Điểm

Việc sử dụng phần mềm tính toán kết cấu mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm tốc độ tính toán nhanh, độ chính xác cao và khả năng mô hình hóa các cấu kiện phức tạp. Tuy nhiên, cũng có một số nhược điểm cần lưu ý, bao gồm chi phí bản quyền phần mềm, yêu cầu về kiến thức và kỹ năng sử dụng phần mềm, và khả năng sai sót do mô hình hóa hoặc nhập dữ liệu không chính xác.

4.2. Các Bước Thực Hiện Tính Toán Bằng Phần Mềm EC3

Quá trình tính toán ổn định vênh bằng phần mềm thường bao gồm các bước sau: (1) Xây dựng mô hình hình học của cấu kiện; (2) Задат thông số vật liệu, điều kiện biên và tải trọng; (3) Thực hiện phân tích ổn định; (4) Kiểm tra kết quả tính toán và đảm bảo tuân thủ các yêu cầu của Eurocode 3; (5) Điều chỉnh thiết kế nếu cần thiết.

4.3. So Sánh Kết Quả Tính Toán Bằng Tay và Phần Mềm

Để đảm bảo độ tin cậy của kết quả tính toán bằng phần mềm, nên so sánh kết quả này với kết quả tính toán bằng tay cho một số trường hợp đơn giản. Nếu có sự khác biệt đáng kể giữa hai kết quả, cần kiểm tra lại mô hình, dữ liệu và phương pháp tính toán để xác định nguyên nhân và khắc phục.

V. Giải Pháp Tăng Ổn Định Vênh Cho Thanh Thành Mỏng EC3

Khi tính toán ổn định vênh cho thấy cấu kiện không đáp ứng yêu cầu, cần áp dụng các giải pháp để tăng ổn định của cấu kiện. Các giải pháp này có thể bao gồm thay đổi hình dạng tiết diện, tăng độ cứng, thêm các liên kết hoặc bản mã, hoặc giảm chiều dài tự do của cấu kiện. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như chi phí, tính khả thi và yêu cầu về thiết kế.

5.1. Thay Đổi Hình Dạng Tiết Diện và Tăng Độ Cứng

Một giải pháp hiệu quả để tăng ổn định vênh là thay đổi hình dạng tiết diện để tăng độ cứng chống xoắn. Ví dụ, thay vì sử dụng tiết diện chữ C, có thể sử dụng tiết diện hộp hoặc tiết diện có thêm các mép cứng. Việc tăng độ dày của thành cũng có thể làm tăng độ cứng của tiết diện.

5.2. Sử Dụng Liên Kết và Bản Mã Để Giảm Chiều Dài Tự Do

Liên kết và bản mã có thể được sử dụng để giảm chiều dài tự do của cấu kiện, từ đó tăng ổn định. Các liên kết có thể được đặt ở các vị trí khác nhau trên cấu kiện để ngăn chặn sự xoắn hoặc uốn. Bản mã có thể được sử dụng để gia cường các vị trí yếu của cấu kiện.

5.3. Tối Ưu Hóa Thiết Kế Để Đạt Hiệu Quả Kinh Tế Cao

Việc lựa chọn giải pháp tăng ổn định cần được thực hiện một cách cẩn thận để đạt hiệu quả kinh tế cao. Cần xem xét chi phí của từng giải pháp, cũng như ảnh hưởng của chúng đến các yếu tố khác như trọng lượng, khả năng chịu tải và thẩm mỹ của cấu kiện. Tối ưu hóa thiết kế có thể giúp tìm ra giải pháp tốt nhất, đáp ứng cả yêu cầu về ổn định và kinh tế.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Về Ổn Định Vênh EC3

Việc tính toán ổn định vênh cho thanh thành mỏng theo Eurocode 3 là một vấn đề phức tạp nhưng quan trọng để đảm bảo an toàn kết cấu. Bài viết này đã trình bày tổng quan về các khái niệm cơ bản, phương pháp tính toán, ứng dụng phần mềm và giải pháp tăng ổn định. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp tính toán chính xác hơn, áp dụng các kỹ thuật tối ưu hóa để thiết kế các cấu kiện thanh thành mỏng hiệu quả hơn, và nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác như ứng suất dư và khuyết tật hình học đến ổn định vênh.

6.1. Tóm Tắt Các Điểm Quan Trọng Trong Tính Toán Ổn Định

Các điểm quan trọng trong tính toán ổn định bao gồm: (1) Hiểu rõ các dạng mất ổn định khác nhau; (2) Xác định bề rộng hiệu quả chính xác; (3) Áp dụng đúng quy trình tính toán theo Eurocode 3; (4) Sử dụng phần mềm để tăng tốc độ và độ chính xác; (5) Lựa chọn giải pháp tăng ổn định phù hợp.

6.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Trong Tương Lai

Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai bao gồm: (1) Phát triển các phương pháp tính toán chính xác hơn, đặc biệt là cho các cấu kiện phức tạp; (2) Áp dụng các kỹ thuật tối ưu hóa để thiết kế các cấu kiện thanh thành mỏng hiệu quả hơn; (3) Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác như ứng suất dư và khuyết tật hình học đến ổn định vênh; (4) Phát triển các vật liệu mới và phương pháp gia công để tăng ổn định của thanh thành mỏng.

6.3. Khuyến Nghị Cho Kỹ Sư Thiết Kế và Nhà Nghiên Cứu

Khuyến nghị cho kỹ sư thiết kế là cần nắm vững các khái niệm cơ bản và quy trình tính toán theo Eurocode 3, sử dụng phần mềm một cách thành thạo, và luôn kiểm tra kết quả tính toán. Khuyến nghị cho nhà nghiên cứu là cần tập trung vào các hướng nghiên cứu tiềm năng, hợp tác với các kỹ sư thiết kế để giải quyết các vấn đề thực tế, và công bố kết quả nghiên cứu để chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I được trình bày chủ yếu dựa trên tài liệu của Giáo sư Đoàn Định Kiến [7] và một số tài liệu liên quan. Nội dung của chương này chủ yếu đề cập đến những vấn đề cơ bản liên quan đến kết cấu thanh thành mỏng như vật liệu, chế tạo, lắp dựng, ưu, nhược điểm, phạm vi áp dụng, tình hình sử dụng, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thanh thành mỏng ở trên Thế giới và ở Việt Nam, từ đó đề ra mục tiêu, phạm vi nghiên cứu của đề tài. KHÁI NIỆM VỀ THANH THÀNH MỎNG. Theo Vlasov [17], thanh thành mỏng là thanh thẳng với kích thước theo ba chiều có bậc khác nhau.

Nếu gọi 1 là chiều dài thanh, h là kích thước theo một cạnh nào đó của tiết diện, t là bề dày của thành (Hình 1-1) thì thanh được xem là thanh thành mỏng khi có các tỉ số như sau: t/h  0,1; h/1  0, l. Tiết diện của thanh thành mỏng có thể hở hoặc kín. Kích thước của thanh thành mỏng Khái niệm thanh thành mỏng của Vlasov dựa trên việc phân tích ứng suất trong thanh có kể đến xoắn kiềm chế hay không kể đến xoắn kiềm chế. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 3 [8] cũng đưa ra khái niệm thanh thành mỏng thông 9 qua việc phân loại tiết diện thanh.

Việc phân loại đó dựa trên cơ sở độ ổn định cục bộ, hình dạng tiết diện thanh, trạng thái chịu lực của thanh và tỉ số giữa các kích thước của tiết diện. Theo đó, người ta chia thành 4 loại tiết diện thanh: tiết diện đặc, tiết diện nửa đặc, tiết diện mảnh và tiết diện rất mảnh (tiết diện thành mỏng). Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng của các loại thanh theo cách phân loại của tiêu chuẩn châu âu Eurocode 3. - Thanh có tiết diện đặc: là thanh có khả năng hình thành khớp dẻo, trong đó khớp dẻo có thể quay tự do.

- Thanh có tiết diện nửa đặc: là thanh có khả năng hình thành khớp dẻo, nhưng góc quay của khớp dẻo bị giới hạn do bị phá hoại vì sự mất ổn định cục bộ. - Thanh có tiết diện mảnh: là thanh ngay khi vật liệu bắt đầu bị chảy dẻo thanh bị phá hoại do sự mất ổn định cục bộ. - Thanh có tiết diện rất mảnh (thanh thành mỏng): là thanh bị phá hoại do sự mất ổn định cục bộ khi vật liệu đang làm việc trong giai đoạn đàn hồi. Bảng sau trích ra từ Bảng 5-2 tiêu chuẩn Eurocode 3 [8] giới thiệu một số loại thanh thông dụng theo tiêu chuẩn Eurocode 3.

Ở đây, những thanh không thuộc 3 loại (Thanh đặc; Thanh nửa đặc; Thanh mảnh) trong bảng là thanh thành mỏng (thanh rất mảnh). 10 Bảng 1-1: Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurcode 3 [8] 11 Bảng 1-2: Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurcode 3 [8] 12 1. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG. Thép Thép dùng để chế tạo tiết diện uốn nguội có thể là loại thép cacbon thấp thông thường tương đương với CT3 (Nga), CT38, CT42 (Việt Nam) có giới hạn chảy 2200 đến 2600daN/cm2.

Cũng có thể dùng thép hợp kim thấp tương đương với 09Mn2, 14Mn, giới hạn chảy 3400 tới 3900daN/cm2. Các thép này có độ dãn dài cao 22 - 26% có thể chịu được thử nghiệm uốn gập nguội. Tuy nhiên, thép dạng cuộn (coil) để chế tạo kết cấu thành mỏng thì Việt Nam mới sản xuất được một số cấu kiện như ( thép hình chữ C, I, mái tôn mạ mầu ….) Thông dụng nhất là thép cacbon ASTM A 570 cấp 50 hoặc thép hợp kim thấp A607 hay A792, đều có giới hạn chảy 345N/mm2. Giới hạn chảy (fy) Giới hạn bên (Fu) Tên tiêu chuẩn Cấp thép (N/mm2) (N/mm2) AS1163 C250 250 320 C350 350 430 C450 450 500 AS1397 G250 250 320 G300 300 340 G350 350 430 G450 450 480 G500 500 520 G550 550 550 AS/NZS 3678 200 (t < 8mm) 200 300 250(t < 8mm) 250 410 300(t < 8mm) 300 430 350(t < 8mm) 350 450 400(t < 8mm) 400 480 Bảng 1-3: Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo Tiêu chuẩn Úc (Trích từ bản 1-5 tiêu chuẩn AS4600:1996 [3]) 13 Ba loại thép của bảng G450, G500 và G550 (con số chỉ giới hạn chảy của thép N/mm2) là loại đặc biệt có cường độ cao.

G450 dùng cho cấu kiện có bề dày  l,5mm, G500 dùng cho cấu kiện có bề dày  l,0mm nhưng < 1,5 min còn G550 dùng cho cấu kiện có bề dày  1,0mm. Dùng thép có cường độ cao không phải lúc nào cũng tiết kiệm được phép vì kích thước cấu kiện thành mỏng thường bị giới hạn bởi điều kiện ổn định, không tận dụng được cường độ cao. Theo AS 4600:1996 thép có các số liệu khác như sau: Môđun đàn hồi: E = 2,00 x 104 kN/cm2. Môđun đàn hồi trượt G = 8000 kN/cm2.

Tiêu chuẩn Châu Âu Euro Code 3 cũng quy định các loại thép dùng để chế tạo thanh thành mỏng về cơ bản, các loại thép này tương đương với các loại thép trong tiêu chuẩn của Úc AS 4600:1996. Bảng sau liệt kê một số loại thép thông dụng theo tiêu chuẩn Châu Âu, được trích ra từ bạng 1.3 Tiêu chuẩn Eurocode 3 [9]. Giới hạn chảy (fy) Giới hạn bền (fu) Tên tiêu chuẩn Cấp thép MPa MPa EN 10025 S235 235 360 S275 275 430 S355 355 510 EN 10113: Part 2 S275 N 275 370 S355 N 355 470 S420 N 420 520 S460N 460 550 S275 NL 275 370 S355 NL 355 470 S420 NL 420 520 S460 NL 460 550 EN 10113: Part 3 S275 M 275 360 S355 M 355 450 S420 M 420 500 S460M 460 530 S275 ML 275 360 S355 ML 355 450 S420ML 420 500 14 Giới hạn chảy (fy) Giới hạn bền (fu) Tên tiêu chuẩn Cấp thép MPa MPa S460 ML 460 530 ISO 4997 CR 220 220 300 CR250 250 330 CR320 320 400 EN 10147 S220GD+Z 220 300 S250GD+Z 250 330 S280GD+Z 280 360 S320GD+Z 320 390 S350GD+Z 350 420 EN 10149: Part 2 S315MC 315 390 S355 MC 355 430 S420 MC 420 480 S460 MC 460 520 S500 MC 500 550 S550 MC 550 600 S600 MC 600 650 S650 MC 650 700 S700 MC 700 750 EN 10149: Part 3 S260 NC 260 370 S315NC 315 430 S355 NC 355 470 S420 NC 420 530 EN 10268 H240LA 240 340 H280LA 280 370 H320LA 320 400 H360LA 360 430 H400LA 400 460 EN 10214 S220GD+ZA 220 300 S250GD+ZA 250 330 S280GD+ZA 280 360 S320GD+ZA 320 390 S350GD+ZA 350 420 Bảng 1-4: Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội thông dụng theo tiêu chuẩn Châu Âu [9]. Tiết diện tạo từ thép tấm mỏng Thép được cán nóng thành tấm rất mỏng dạng cuộn là phôi để tạo hình ra cấu kiện thành mỏng.

Bằng các cách gia công nguội, có thể tạo từ tấm thép 15 mỏng ra tiết diện hình bất kì. Nhiều trường hợp hình thức và kích thước tiết diện thép hình uốn nguội được chọn riêng lẻ cho phù họp với nhiệm vụ của từng công trình. Khi tự chọn và thiết kế hình thức tiết diện cần xét các điều sau: - Khả năng chế tạo được thép hình bằng thiết bị hiện có của nhà sản xuất; - Điều kiện sử dụng công trình; - Khả năng chế tạo kết cấu bằng thiết bị hiện có của nhà sản xuất; - Sự chịu lực của các thanh thép hình và liên kết của chúng. Đặc trưng và công suất của các máy gia công sẽ quyết định bề rộng và bề dày của tấm thép phôi, chiều dài tối đa của sản phẩm, bán kính uốn, bề dài tối thiểu của đoạn thẳng của tiết diện.

Đối với tiết diện kín thì phải có điều chỉnh tuỳ theo đường nối và công nghệ chế tạo. Khi thiết kế hình dạng tiết diện cán nguội, cần lưu ý các yêu cầu sau: - Góc uốn vuông phải có bán kính r = l ,2 đến 1,5 lần bề dày bản thép. - Chú ý vấn đề an toàn phòng gỉ. + Về hình dạng, nên dùng tiết diện hở, vì dễ tiếp cận vào phía trong để lau chùi, sơn.

Tránh tạo hình máng, dễ tích bụi ẩm. Nếu bắt buộc làm thì cần tạo độ dốc hoặc có lỗ thoát. + Về bề dày tối thiểu đề phòng gỉ tham khảo các trị số sau: l,5mm đối với kết cấu có mái che kín, 3mm đối với kết cấu lộ thiên, 3,5mm đối với kết cấu trong môi trường ăn mòn. - Về mặt chịu lực: + Thanh chịu nén nên dùng tiết diện hình hộp, tiết diện có mép cứng, vì mép cứng làm tăng ổn định cục bộ, làm tăng độ cứng của tiết diện; + Thanh chịu kéo: làm tiết diện gọn hơn, dùng thanh dày hơn.

+ Hạn chế hàn trực tiếp thành mỏng với thành dày của cấu kiện cán khác. Vấn đề phòng gỉ Phòng gỉ cho kết cấu thép thành mỏng là cực kỳ quan trọng. Kết cấu thành mỏng không được bảo vệ tốt sẽ phá huỷ nhanh chóng trong thời gian ngắn. Hiện tượng gỉ Sự gỉ của kết cấu kim loại chủ yếu là hiện tượng ăn mòn điện hoá.

Trên bề mặt kim loại có những phần tử vi mô hoạt động như những điện cực. Tiếp xúc với chất điện giải là dung dịch nước của hơi nước không khí có chứa các hợp chất, khí cacbonic. Dòng điện xuất hiện, cực dương bị tan trong chất điện phân. Thế hiệu giữa các cực càng lớn, dòng điện càng mạnh và sự ăn mòn càng nhanh.

Hiện tượng ăn mòn điện hoá xảy ra khi: - Tiếp xúc giữa hai kim loại: Ví dụ mạ thép bằng kiềm hoặc bằng kẽm, khi có hư hại chỗ mạ, để lộ thép ra. Nếu mạ kiềm, sắt có điện tích âm lớn hơn kiềm, sẽ trở thành anôt và bị hoà tan. Sự ăn mòn rất nhanh vì điện tích anôt (sắt để lộ) rất nhỏ so với diện tích catôt (lóp mạ kền). Nếu mạ kẽm, vì kẽm có điện tích âm lớn hơn sắt sẽ trở thành anôt bị hoà tan và sẽ bị phủ lên thép một lớp bảo vệ.

Trường hợp này gọi là lớp bảo vệ anôt. Nói chung khi thép tiếp xúc với kim loại có điện tích âm lớn hơn như kẽm, nhôm măng gan thì thép được bảo vệ chống gỉ: - Tiếp xúc kim loại với chất phi kim: Các tạp chất oxyt, sulfat tan trong kim loại có điện tích khác với sắt tạo nên điện cực cùng với kim loại cơ bản. - Sự phủ một lớp oxyt trên kim loại: Thép được gia công cơ khí hay nhiệt luyện thì trên mặt có một lớp oxyt phủ mỏng, thép không gia công cũng được phủ bởi một lớp gỉ là oxyt, cũng sẽ bảo vệ cho thép không bị gỉ tiếp nữa. Nhưng nếu lớp gỉ này bị hư hại và oxyt có điện thế lớn hơn thép trở thành anôt và bị ăn mòn.