Thép hộp là loại vật liệu phổ biến trong ngành xây dựng và cơ khí nhờ khả năng chịu lực tốt, trọng lượng nhẹ và dễ gia công. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng, một trong những yếu tố quan trọng cần nắm rõ là ứng suất cho phép của thép hộp. Đây là thông số quyết định khả năng chịu tải của vật liệu và ảnh hưởng trực tiếp đến tính toán kết cấu, lựa chọn quy cách và kiểm soát an toàn công trình.
Vậy ứng suất cho phép của thép hộp là gì? Giá trị cụ thể là bao nhiêu? Có khác biệt giữa các loại mác thép và tiêu chuẩn? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.
Ứng suất cho phép là gì?
Ứng suất cho phép là giới hạn cường độ mà vật liệu (ở đây là thép hộp) có thể chịu được trong điều kiện làm việc bình thường mà không bị biến dạng vĩnh viễn hay phá hủy.
Ứng suất cho phép được tính dựa trên giới hạn bền hoặc giới hạn chảy của vật liệu, chia cho hệ số an toàn nhất định. Đây là thông số cốt lõi khi thiết kế và tính toán kết cấu, giúp đảm bảo công trình bền vững, không bị sập, lún hay biến dạng..
Việc tính ứng suất cho phép của thép hộp giúp kỹ sư xác định kích thước và chiều dày cần thiết của ống hộp. Nhờ vậy, đảm bảo an toàn cho kết cấu mà không bị quá tải hoặc thiết kế lãng phí.
Dưới đây là bảng tổng hợp ứng suất cho phép của một số loại mác thép thường dùng cho ống hộp, theo các tiêu chuẩn phổ biến:
Ứng suất cho phép của một số mác thép hộp
Dưới đây là bảng tổng hợp ứng suất cho phép của một số loại mác thép thường dùng cho ống hộp, theo các tiêu chuẩn phổ biến:
| ASTM A500 (Hoa Kỳ) | |||
| Loại thép | Giới hạn chảy (Fy) | Giới hạn bền (Fu) |
Ứng suất cho phép (MPa)
|
| A500 Gr.A | 228 MPa | 400 MPa | 150 – 175 MPa |
| A500 Gr.B | 290 MPa | 400 MPa | 180 – 200 MPa |
| A500 Gr.C | 317 MPa | 455 MPa | 210 – 230 MPa |
| JIS G3466 (Nhật Bản) | |||
| Loại thép | Giới hạn chảy | Ứng suất cho phép (MPa) | |
| STKR400 | 400 MPa | ~240 – 260 MPa | |
| STKR490 | 490 MPa | ~300 MPa | |
| Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 5575:2012 | |||
| Mác thép | Giới hạn chảy (Re) | Ứng suất cho phép (MPa) | |
| SS400 (thép cán nóng) | 235 MPa | 150 – 165 MPa | |
| Q235B | 245 MPa | 160 – 170 MPa | |
| Q345B | 345 MPa | 220 – 240 MPa | |
Lưu ý: Ứng suất cho phép có thể khác nhau tùy tiêu chuẩn thiết kế sử dụng (VN, Eurocode, AISC…), tải trọng thiết kế (tĩnh hay động) và hệ số an toàn.
Yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất cho phép
Mặc dù ứng suất cho phép được tính toán dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật, nhưng trên thực tế, có nhiều yếu tố ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến giá trị này. Dưới đây là những yếu tố quan trọng cần lưu ý khi lựa chọn và tính toán thép hộp cho kết cấu:
Mác thép và tiêu chuẩn sản xuất
Mỗi tiêu chuẩn sản xuất như ASTM (Mỹ), JIS (Nhật), EN (Châu Âu), hay TCVN (Việt Nam) quy định giới hạn chảy và giới hạn bền khác nhau cho cùng một loại vật liệu. Ví dụ, thép A500 Gr.B có giới hạn chảy ~290 MPa, trong khi STKR400 là 400 MPa. Điều này dẫn đến sự khác biệt rõ rệt trong giá trị ứng suất cho phép. Và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải của kết cấu.
Hệ số an toàn thiết kế
Ứng suất cho phép không chỉ phụ thuộc vào tính chất vật liệu mà còn bị chi phối bởi hệ số an toàn (γ). Các loại công trình khác nhau sẽ áp dụng hệ số an toàn khác nhau:
- Công trình dân dụng: γ ≈ 1.3 – 1.5
- Công trình công nghiệp: γ ≈ 1.4 – 1.6
- Cầu đường, kết cấu đặc biệt: γ ≥ 1.6
Hệ số này phản ánh mức độ rủi ro, độ tin cậy yêu cầu và điều kiện sử dụng của công trình.
Phương pháp gia công vật liệu
Thép cán nóng, thép hàn, hoặc thép định hình nguội có ứng xử cơ học khác nhau. Thép hàn có thể có vùng ảnh hưởng nhiệt gây thay đổi cấu trúc tinh thể → ảnh hưởng đến giới hạn chảy. Ngoài ra, thép đã qua xử lý nhiệt (ủ, tôi) thường có độ bền cao hơn và ứng suất cho phép lớn hơn.
Tình trạng làm việc của kết cấu
Môi trường sử dụng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả chịu lực của thép hộp:
Trong môi trường ăn mòn (biển, hóa chất), lớp bảo vệ thép có thể bị suy giảm. Từ đó làm giảm tiết diện chịu lực thực tế.
Khi chịu tải trọng thay đổi, rung động, thép có thể gặp hiện tượng mỏi, nứt sớm.
Kết cấu làm việc ở nhiệt độ cao cũng cần giảm ứng suất cho phép để phòng ngừa giảm cơ tính vật liệu.
Độ mỏi và tuổi thọ kết cấu
Đối với các kết cấu chịu tải trọng lặp đi lặp lại (ví dụ: máy móc, giàn giáo, sàn thao tác), ứng suất mỏi trở thành yếu tố giới hạn. Trong trường hợp này, ứng suất cho phép cần giảm so với thiết kế tĩnh để đảm bảo kết cấu không bị phá hủy sớm do hiện tượng mỏi kim loại.
Ứng dụng của ứng suất cho phép
Trong lĩnh vực xây dựng và cơ khí, ứng suất cho phép của thép hộp đóng vai trò nền tảng trong thiết kế và thi công các hạng mục kết cấu. Việc hiểu và áp dụng đúng thông số này không chỉ giúp tối ưu vật tư, tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo an toàn cho toàn bộ công trình. Dưới đây là các ứng dụng tiêu biểu:
Tính tính kết cấu khung thép tiền chế
Ứng suất cho phép là căn cứ để xác định kích thước và chiều dày của thép hộp dùng làm cột, kèo, xà gồ trong khung nhà thép tiền chế. Việc tính toán đúng giúp đảm bảo kết cấu chịu được tải trọng gió, mái, thiết bị treo mà không gây ra hiện tượng quá tải, võng hay gãy sập.
Thiết kế vì kèo mái nhà
Trong thiết kế vì kèo cho mái tôn hoặc mái ngói, ứng suất cho phép giúp kỹ sư lựa chọn đúng tiết diện thép hộp nhằm tránh võng mái, nứt vỡ tường đầu hồi, hoặc lún móng do quá tải. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng trong nhà dân dụng, nhà xưởng và biệt thự sân vườn.
Xác định khả năng chịu lực của cột thép hộp
Ứng suất cho phép được dùng để tính toán tải trọng tối đa mà cột thép hộp có thể chịu mà không bị mất ổn định cục bộ (hiện tượng buckling). Điều này rất quan trọng trong các công trình có tầng cao, nhịp lớn hoặc yêu cầu chịu lực trọng điểm.
Lựa chọn loại thép hộp phù hợp với từng công trình
Dựa trên mức ứng suất cho phép, kỹ sư có thể lựa chọn giữa các loại thép hộp như:
- Thép hộp đen cho kết cấu thông thường, chi phí thấp
- Thép hộp mạ kẽm cho môi trường ăn mòn (mái hiên, ngoài trời)
- Thép hộp inox cho môi trường hóa chất, thực phẩm hoặc công trình yêu cầu thẩm mỹ
Đấnh giá thả năng gia công, lắp đặt
Ứng suất cho phép cũng giúp xác định giới hạn khi hàn, uốn hoặc khoan thép hộp. Từ đó đảm bảo vật liệu không bị biến dạng, nứt gãy trong quá trình thi công. Điều này rất quan trọng trong các công trình lắp ghép nhanh hoặc yêu cầu thẩm mỹ cao.
Kết luận
Ứng suất cho phép của thép hộp là thông số cơ bản nhưng cực kỳ quan trọng trong thiết kế và thi công kết cấu thép. Việc hiểu rõ giới hạn chịu lực của vật liệu giúp kỹ sư lựa chọn đúng chủng loại, tiết kiệm chi phí. Đồng thời, đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình.
Để tối ưu hóa thiết kế, bạn cần dựa vào cả tiêu chuẩn kỹ thuật, đặc điểm công trình và chọn nhà cung cấp thép hộp uy tín. Đây là nơi có thể cung cấp đầy đủ thông số, chứng chỉ CO-CQ và tư vấn kỹ thuật chi tiết.
Công ty TNHH Thép Bảo Tín chuyên phân phối các loại thép hộp vuông, hộp chữ nhật, ống thép kết cấu theo tiêu chuẩn ASTM, JIS, TCVN… . Các sản phẩm với đa dạng mác thép: A500, SS400, STKR400…
✔️ Đầy đủ chứng chỉ chất lượng CO – CQ
✔️ Tư vấn kỹ thuật chính xác theo từng hạng mục công trình
✔️ Cung cấp sỉ – lẻ toàn quốc với giá cạnh tranh
✔️ Hàng sẵn kho tại TP.HCM, Bắc Ninh, Campuchia.
Liên hệ Ống Thép Mạ Kẽm Bảo Tín ngay hôm nay để được tư vấn & báo giá: Hotline: 0932 059 176.
