Trước tiên, kết cấu thép có những đặc điểm gì?
1. Độ bền vật liệu cao và trọng lượng nhẹ. Thép có độ bền và mô đun đàn hồi cao. So với bê tông và gỗ, tỷ lệ giữa khối lượng riêng và cường độ chảy của thép tương đối thấp. Do đó, dưới cùng điều kiện ứng suất, kết cấu thép có tiết diện nhỏ, trọng lượng nhẹ, dễ vận chuyển và lắp đặt, phù hợp với các công trình có nhịp lớn, chiều cao lớn và tải trọng nặng.
2. Thép có độ dẻo dai, tính dẻo tốt, vật liệu đồng nhất và độ tin cậy kết cấu cao. Nó thích hợp để chịu tải trọng va đập và tải trọng động, đồng thời có khả năng chống động đất tốt. Cấu trúc bên trong của thép đồng nhất và gần giống với một vật thể đồng nhất đẳng hướng. Hiệu suất làm việc thực tế của kết cấu thép phù hợp hơn với lý thuyết tính toán. Do đó, kết cấu thép có độ tin cậy cao.
3. Mức độ cơ giới hóa trong sản xuất và lắp đặt kết cấu thép rất cao. Các cấu kiện kết cấu thép dễ dàng được sản xuất trong nhà máy và lắp ráp tại công trường. Sản phẩm hoàn thiện của các cấu kiện kết cấu thép cơ giới hóa được sản xuất trong nhà máy có độ chính xác cao, hiệu suất sản xuất cao, tốc độ lắp ráp nhanh tại công trường và thời gian thi công ngắn. Kết cấu thép là loại kết cấu có mức độ công nghiệp hóa cao nhất.
4. Kết cấu thép có khả năng làm kín tốt. Do kết cấu hàn có thể được làm kín hoàn toàn, nên nó có thể được chế tạo thành các thùng chứa áp suất cao, bể chứa dầu lớn, đường ống áp suất, v.v. với độ kín khí và chống thấm nước tốt.
5. Kết cấu thép chịu nhiệt nhưng không chịu lửa. Khi nhiệt độ dưới 150°C, các đặc tính của thép thay đổi rất ít. Do đó, kết cấu thép phù hợp với các xưởng có nhiệt độ cao, nhưng khi bề mặt kết cấu chịu bức xạ nhiệt khoảng 150°C, cần phải được bảo vệ bằng các tấm cách nhiệt. Khi nhiệt độ từ 300°C đến 400°C, cả cường độ và mô đun đàn hồi của thép đều giảm đáng kể. Khi nhiệt độ khoảng 600°C, cường độ của thép gần như bằng không. Trong các công trình có yêu cầu đặc biệt về phòng cháy chữa cháy, kết cấu thép phải được bảo vệ bằng vật liệu chịu lửa để nâng cao khả năng chống cháy.
6. Kết cấu thép có khả năng chống ăn mòn kém, đặc biệt là trong môi trường ẩm ướt và ăn mòn, và dễ bị gỉ sét. Nói chung, kết cấu thép cần được chống gỉ, mạ kẽm hoặc sơn phủ, và bảo trì thường xuyên. Đối với các kết cấu giàn khoan ngoài khơi trong nước biển, cần có các biện pháp đặc biệt như "bảo vệ bằng cực dương kẽm" để ngăn ngừa ăn mòn.
7. Ít phát thải carbon, tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường và có thể tái sử dụng. Việc phá dỡ các công trình kết cấu thép hầu như không tạo ra chất thải xây dựng, và thép có thể được tái chế và tái sử dụng.
Thứ hai, yêu cầu về vật liệu cho kết cấu thép:
1. Độ bền: Chỉ số độ bền của thép bao gồm giới hạn đàn hồi σe, giới hạn chảy σy và giới hạn kéo σu. Thiết kế dựa trên giới hạn chảy của thép. Giới hạn chảy cao có thể giảm trọng lượng kết cấu, tiết kiệm thép và giảm chi phí xây dựng. Giới hạn kéo σu là ứng suất tối đa mà thép có thể chịu được trước khi bị hư hỏng. Tại thời điểm này, kết cấu mất khả năng sử dụng do biến dạng dẻo lớn, nhưng kết cấu biến dạng nhiều mà không bị sụp đổ và phải đáp ứng được yêu cầu về khả năng chống chịu động đất hiếm gặp.
2. Tính dẻo: Tính dẻo của thép nói chung đề cập đến đặc tính có khả năng biến dạng dẻo đáng kể mà không bị gãy sau khi ứng suất vượt quá điểm chảy. Các chỉ số chính để đo khả năng biến dạng dẻo của thép là độ giãn dài δ và độ co ngót mặt cắt ngang ψ.
3. Tính chất uốn nguội: Tính chất uốn nguội của thép là thước đo khả năng chống nứt của thép khi biến dạng dẻo được tạo ra bởi quá trình uốn ở nhiệt độ phòng. Tính chất uốn nguội của thép được thực hiện bằng cách sử dụng các thử nghiệm uốn nguội để kiểm tra khả năng biến dạng uốn của thép dưới một mức độ uốn xác định.
4. Độ bền va đập: Độ bền va đập của thép đề cập đến khả năng hấp thụ năng lượng động học cơ học trong quá trình gãy vỡ dưới tải trọng va đập. Đây là một đặc tính cơ học đo lường khả năng chống chịu tải trọng va đập của thép và có thể gây ra gãy giòn do nhiệt độ thấp và sự tập trung ứng suất. Chỉ số độ bền va đập của thép thường được xác định thông qua các thử nghiệm va đập trên các mẫu chuẩn.
5. Hiệu suất hàn: Hiệu suất hàn của thép đề cập đến khả năng tạo ra mối hàn có hiệu suất tốt trong điều kiện quy trình hàn nhất định. Hiệu suất hàn có thể được chia thành hiệu suất hàn trong quá trình hàn và hiệu suất hàn về mặt khả năng sử dụng. Hiệu suất hàn trong quá trình hàn đề cập đến độ nhạy của mối hàn và kim loại gần mối hàn đối với việc không tạo ra các vết nứt nhiệt hoặc vết nứt co ngót do làm nguội trong quá trình hàn. Hiệu suất hàn tốt có nghĩa là trong điều kiện quy trình hàn nhất định, không có vết nứt nào được tạo ra trong kim loại mối hàn và vật liệu nền gần đó. Hiệu suất hàn về mặt khả năng sử dụng đề cập đến độ dai va đập tại mối hàn và độ dẻo trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Yêu cầu là các tính chất cơ học của thép trong mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt không được thấp hơn so với vật liệu nền. Nước ta áp dụng phương pháp kiểm tra hiệu suất hàn trong quá trình hàn và cũng áp dụng phương pháp kiểm tra hiệu suất hàn về khả năng sử dụng.
6. Độ bền: Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của thép. Trước hết, khả năng chống ăn mòn của thép kém, cần phải có các biện pháp bảo vệ để ngăn ngừa thép bị ăn mòn và gỉ sét. Các biện pháp bảo vệ bao gồm: bảo dưỡng sơn thép thường xuyên, sử dụng thép mạ kẽm và các biện pháp bảo vệ đặc biệt trong điều kiện môi trường ăn mòn mạnh như axit, kiềm và muối. Ví dụ, kết cấu giàn khoan ngoài khơi áp dụng biện pháp “bảo vệ anot” để ngăn ngừa sự ăn mòn của lớp vỏ. Các thỏi kẽm được cố định trên lớp vỏ, và chất điện phân nước biển sẽ tự động ăn mòn các thỏi kẽm trước, từ đó đạt được chức năng bảo vệ lớp vỏ thép. Thứ hai, vì cường độ phá hủy của thép thấp hơn nhiều so với cường độ ngắn hạn dưới nhiệt độ cao và tải trọng dài hạn, nên cần phải đo cường độ bền của thép dưới nhiệt độ cao trong thời gian dài. Thép sẽ tự động trở nên cứng và giòn theo thời gian, đó là hiện tượng “lão hóa”. Cần phải kiểm tra độ dẻo dai va đập của thép dưới tải trọng nhiệt độ thấp.
Thời gian đăng: 22-01-2025