Cường độ tính toán của thép là giá trị cường độ dùng trong thiết kế kết cấu, được lấy từ giới hạn chảy của thép chia cho hệ số độ tin cậy. Theo TCVN 5574:2018, cốt thép CB400-V có giới hạn chảy 400 MPa nhưng cường độ chịu kéo tính toán Rs chỉ là 350 MPa. CB300-V là 260 MPa. CB500-V là 435 MPa. Bài viết tổng hợp bảng Rs, Rsc, Rsw của các loại cốt thép thông dụng, mô đun đàn hồi Es, giải thích vì sao Rs nhỏ hơn giới hạn chảy và cách dùng các con số này qua ví dụ cụ thể.
Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán khác nhau thế nào?
- Cường độ tiêu chuẩn Rs,n: theo TCVN 5574:2018, lấy bằng giới hạn chảy thực tế (hoặc quy ước) của cốt thép, chính là con số trong tên mác. CB400-V có Rs,n = 400 MPa.
- Cường độ tính toán Rs: bằng Rs,n chia cho hệ số độ tin cậy của cốt thép γs. Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về độ bền), γs = 1,15. Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ hai (võng, nứt), γs = 1,0, tức Rs,ser = Rs,n.
Hệ số γs kể đến việc cường độ thực của từng thanh thép có thể thấp hơn giá trị tiêu chuẩn, sai lệch tiết diện và các yếu tố bất lợi khác. Nhờ đó kết cấu được thiết kế có dự trữ an toàn. Cách xác định giới hạn chảy bằng thí nghiệm kéo và ý nghĩa của nó với vật liệu được giải thích trong bài mác thép và giới hạn chảy ghi trong tên mác.
Bảng cường độ tính toán của cốt thép theo TCVN 5574:2018
Giá trị theo Bảng 12, 13 và 14 của TCVN 5574:2018, đơn vị MPa:
| Loại cốt thép | Cường độ tiêu chuẩn Rs,n | Chịu kéo Rs | Chịu nén Rsc | Cốt ngang Rsw |
|---|---|---|---|---|
| CB240-T | 240 | 210 | 210 | 170 |
| CB300-T | 300 | 260 | 260 | 210 |
| CB300-V | 300 | 260 | 260 | 210 |
| CB400-V | 400 | 350 | 350 | 280 |
| CB500-V | 500 | 435 | 435 (400) | 300 |
Ghi chú quan trọng khi tra bảng:
- Rsc lấy bằng Rs nhưng không lớn hơn 400 MPa khi chỉ có tải trọng tác dụng ngắn hạn và không lớn hơn 500 MPa khi có tải trọng dài hạn, vì bê tông bao quanh bị co ngắn có giới hạn. Với CB500-V, giá trị 400 MPa trong ngoặc chỉ dùng khi tính với tải trọng ngắn hạn.
- Rsw là cường độ tính toán của cốt thép ngang (cốt đai, thanh uốn xiên) khi chịu cắt, lấy bằng 0,7 lần Rs (đã làm tròn) và không lớn hơn 300 MPa với mọi loại cốt thép.
- Ký hiệu “T” là thép tròn trơn (TCVN 1651-1), “V” là thép thanh vằn (TCVN 1651-2).
Mô đun đàn hồi của thép Es
Mô đun đàn hồi cho biết độ cứng của vật liệu trong vùng đàn hồi: ứng suất bằng mô đun đàn hồi nhân biến dạng tương đối. Theo TCVN 5574:2018, mô đun đàn hồi của cốt thép khi kéo và khi nén lấy như nhau:
| Loại cốt thép | Es (MPa) |
|---|---|
| Thép thanh CB240-T, CB300-V, CB400-V, CB500-V. Dây thép vuốt nguội | 2,0 × 10⁵ (200.000) |
| Dây thép kéo nguội dùng cho bê tông ứng suất trước | 2,05 × 10⁵ |
| Cáp ứng suất trước | 1,95 × 10⁵ |
Từ đó có thể tính biến dạng của cốt thép khi ứng suất đạt cường độ tính toán: εs0 = Rs / Es. Với CB400-V: 350 / 200.000 = 0,00175, nghĩa là thanh thép dài 1 m giãn khoảng 1,75 mm. Mô đun đàn hồi gần như không đổi giữa các mác thép, nên thép mác cao không làm dầm cứng hơn. Độ võng phụ thuộc chủ yếu vào kích thước tiết diện bê tông và lượng thép.
Ví dụ: một thanh thép chịu được bao nhiêu?
Khả năng chịu kéo tính toán của một thanh = Rs × diện tích tiết diện thanh As (diện tích tra trong tra diện tích As của thanh D12 đến D25):
| Thanh thép | As (mm²) | CB300-V, Rs = 260 MPa | CB400-V, Rs = 350 MPa | CB500-V, Rs = 435 MPa |
|---|---|---|---|---|
| D12 | 113,1 | 29,4 kN | 39,6 kN | 49,2 kN |
| D16 | 201,1 | 52,3 kN | 70,4 kN | 87,5 kN |
| D20 | 314,2 | 81,7 kN | 110,0 kN | 136,7 kN |
| D25 | 490,9 | 127,6 kN | 171,8 kN | 213,5 kN |
1 kN xấp xỉ 102 kg lực, nên một thanh D16 CB400-V có khả năng chịu kéo tính toán khoảng 7,2 tấn lực. Đây là giá trị dùng trong tính toán đã có hệ số an toàn, không phải lực làm đứt thanh thép.
Cùng một yêu cầu chịu lực, dùng CB400-V cần diện tích thép bằng khoảng 260/350, tức chừng 74% so với CB300-V. Tuy nhiên việc đổi mác phải do người thiết kế quyết định, vì còn các điều kiện về hàm lượng thép tối thiểu, bề rộng vết nứt, chiều dài neo và khả năng hàn.
Đối chiếu với nhóm thép theo tiêu chuẩn cũ
Nhiều bản vẽ cũ ghi nhóm thép theo TCVN 5574:2012 hoặc tiêu chuẩn Liên Xô (CI, AI, CII, AII, CIII, AIII). Theo TCVN 5574:2012 (đã được thay thế), cường độ tính toán Rs của nhóm CI, AI là 225 MPa. CII, AII là 280 MPa. CIII, AIII là 355 đến 365 MPa tùy đường kính. Khi chuyển sang mác CB hiện hành, không thay tương đương một đổi một mà cần tính lại theo bảng ở trên.
Khi nào dùng Rs, khi nào dùng giới hạn chảy?
- Thiết kế kết cấu (tính khả năng chịu lực): dùng Rs, Rsc, Rsw theo tiêu chuẩn thiết kế.
- Kiểm tra võng, nứt: dùng Rs,ser = Rs,n.
- Nghiệm thu vật liệu: so kết quả thử kéo của lô thép (giới hạn chảy, giới hạn bền, độ giãn dài) với mức tối thiểu của mác theo TCVN 1651. Thép đạt mác thì mới được dùng Rs tương ứng trong thiết kế.
Với thép hình, thép tấm dùng trong kết cấu thép, cường độ tính toán lấy theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép. Xem bài tiêu chuẩn và vật liệu của kết cấu thép.
Giới hạn chảy là gì và được đo thế nào trên biểu đồ thử kéo có trong bài giới hạn chảy của thép là gì.
Cường độ tính toán đi cùng mô men kháng uốn W của tiết diện trong phép kiểm ứng suất σ = M / W. Cách đọc và dùng W có ở bài mô men kháng uốn và công thức W.
Câu hỏi thường gặp
Cường độ thép CB400 là bao nhiêu?
Giới hạn chảy tối thiểu 400 MPa. Cường độ chịu kéo tính toán Rs = 350 MPa, chịu nén Rsc = 350 MPa, cốt ngang Rsw = 280 MPa theo TCVN 5574:2018.
Thép CB300 có Rs bao nhiêu?
Rs = 260 MPa, Rsc = 260 MPa, Rsw = 210 MPa.
Mô đun đàn hồi của thép là bao nhiêu?
Với cốt thép thanh theo TCVN 5574:2018, Es = 200.000 MPa (2,0 × 10⁵ MPa).
Vì sao Rs nhỏ hơn giới hạn chảy?
Vì Rs đã chia cho hệ số độ tin cậy γs = 1,15 để kể đến sai lệch vật liệu và bảo đảm an toàn cho kết cấu.
TCVN 5574:2018 thay thế tiêu chuẩn nào?
Thay thế TCVN 5574:2012 về thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Các nhóm thép CI, AII, AIII cũ được thay bằng mác CB theo TCVN 1651.
Kết luận
Cường độ tính toán của cốt thép theo TCVN 5574:2018 là CB240-T 210 MPa, CB300 260 MPa, CB400-V 350 MPa, CB500-V 435 MPa. Cốt ngang lấy khoảng 0,7 lần và không quá 300 MPa. Mô đun đàn hồi 200.000 MPa. Muốn dùng đúng các giá trị này, thép phải đạt mác ghi trong thiết kế và có chứng chỉ thử kéo đầy đủ. Cần báo giá thép CB300, CB400, CB500 các hãng, hãy liên hệ Giá Thép Hôm Nay.