Giới hạn chảy của thép là gì? Re (yield strength) và ý nghĩa trong thiết kế kết cấu

Giới hạn chảy (ký hiệu Re, tiếng Anh: yield strength) là giá trị ứng suất kéo tại đó thép bắt đầu biến dạng dẻo vĩnh cửu — tức là khi bỏ tải trọng, vật liệu không trở lại hình dạng ban đầu. Đây là ngưỡng làm việc an toàn của thép trong kết cấu và là thông số chính để thiết kế cốt thép theo TCVN 5574-2018.

Định nghĩa kỹ thuật

Trên biểu đồ ứng suất–biến dạng (σ–ε) của thép carbon thấp, điểm chảy thể hiện rõ ràng là điểm “gãy gập” nơi đường cong đột ngột chuyển từ đoạn đàn hồi tuyến tính sang biến dạng dẻo. Ứng suất tại điểm đó là Re. Thép vằn CB400V có Re ≥ 400 MPa; CB500V có Re ≥ 500 MPa.

Re theo từng mác thép TCVN 1651

Ý nghĩa trong thiết kế kết cấu

TCVN 5574-2018 dùng cường độ tính toán của cốt thép Rs được tính từ Re chia hệ số an toàn vật liệu γs (thường 1,15): Rs = Re / 1,15. Ví dụ CB400V: Rs = 400 / 1,15 ≈ 347 MPa. Thiết kế đảm bảo ứng suất thực trong cốt thép không vượt Rs ở trạng thái giới hạn cường độ.

Điểm chảy rõ và điểm chảy quy ước

Thép carbon thấp (CB240T, CB300T) có điểm chảy rõ ràng trên biểu đồ σ–ε. Thép cường độ cao (CB500V và cao hơn) thường không có điểm chảy rõ; Re được xác định theo quy ước Re0,2 — ứng suất gây biến dạng dư 0,2%. Phương pháp thử theo TCVN 197-1:2014.

Điểm chảy khác cường độ kéo Rm thế nào?

Re là giới hạn làm việc an toàn (bắt đầu chảy dẻo). Rm là cường độ kéo đứt (phá hoại hoàn toàn). Cả hai đều đo từ thử kéo nhưng Re xảy ra sớm hơn Rm trong quá trình gia tải. Tỉ số Rm/Re ≥ 1,25 (theo TCVN 1651-2) đảm bảo thép có vùng dẻo đủ để phân phối nội lực trước khi đứt.

Tại sao Re quan trọng hơn Rm trong thiết kế thông thường?

Thiết kế kết cấu theo TTGH cường độ không cho phép thép làm việc qua điểm chảy trong điều kiện tải trọng thiết kế bình thường. Vượt Re nghĩa là kết cấu biến dạng dẻo vĩnh cửu — chấp nhận được ở trạng thái cực hạn nhưng không được phép ở tải trọng sử dụng. Rm chỉ liên quan đến kiểm tra an toàn tuyệt đối và khả năng phân phối lực dẻo.

Kiểm tra Re tại phòng thí nghiệm

Thử kéo theo TCVN 197-1:2014: kẹp mẫu thép dài ≥ 5d vào máy thử kéo, gia tải chậm, đọc ứng suất tại điểm chảy (hoặc tải trọng chảy chia tiết diện ban đầu). Sai lệch cho phép: Re thực tế phải ≥ Re quy định trong TCVN 1651. Lô hàng bị loại nếu mẫu không đạt.

Tóm tắt

Giới hạn chảy Re là thông số cơ tính quan trọng nhất của cốt thép xây dựng, xác định ngưỡng làm việc an toàn và dùng để tính cường độ thiết kế Rs trong TCVN 5574-2018. CB400V có Re ≥ 400 MPa và CB500V có Re ≥ 500 MPa là hai mác phổ biến nhất trong công trình dân dụng và công nghiệp Việt Nam.