Vì sao cần hiểu tính chất cơ học vật liệu?
Tính chất cơ học của vật liệu xây dựng quyết định khả năng chịu lực, tuổi thọ và độ an toàn của công trình. Kỹ sư thiết kế cần năm ro các chỉ tiêu nay để lựa chọn dùng vật liệu, tính toán tải trọng cho phép và đủ doan hành vi của kết cấu trong quá trình sử dụng.
Bài viết nay tổng hợp 7 tính chất cơ học cơ bản, Giải thích y nghĩa kỹ thuật và vi đủ ứng dụng cụ thể trong xây dựng.
1. Cường độ (Strength)
Cường độ là khả năng chịu lực tối đa của vật liệu trước khi bị pha vỏ. Có nhiều dạng cường độ:
- Cường độ chịu nén (Compressive Strength): quan trọng nhất với bê tông. Bê tông M300/B25 có cường độ chịu nén chuan R28 >= 25 MPa.
- Cường độ chịu kéo (Tensile Strength): quan trọng với thép. Thép CB400: cường độ keo tối thiểu 570 MPa.
- Cường độ chịu uon (Flexural Strength/MOR): quan trọng với vật liệu gach, tấm tường, gỗ.
- Cường độ chịu cat (Shear Strength): quan trọng với bu lông, mới hạn, đất nền.
- Cường độ chịu xoan (Torsional Strength): cần thiết với cấu kiện dầm và cot chịu xoan lech tấm.
Cường độ được xác định quá thử nghiệm pha huy (destructive testing) theo các tiêu chuẩn TCVN, ASTM hoặc EN.
2. Độ cung (Hardness)
Độ cung là khả năng chống lại sự xâm nhập hoặc tray xuoc của vật liệu khác. Có ba thang độ cung phổ biến trong kỹ thuật:
- Thang Rockwell (HRC, HRB): độ sau lên vào vật liệu dưới tải trọng chuan. Dùng nhiều cho kim loại và vật liệu xử lý nhiệt. Thép tới có HRC = 60–65.
- Thang Brinell (HB): dùng viên bị thép ep vào bề mặt, độ đường kính vet lo. Dùng cho thép mem và nhóm. Thép carbon trung binh: HB = 180–220.
- Thang Vickers (HV): dùng mui dầm hình thấp từ, chính xác cao, dùng cho vật liệu móng và màng phụ. Thép không gì: HV = 150–200.
Trong xây dựng, độ cung ảnh hưởng đến khả năng chịu mái mòn của sàn, tường, bề mặt giá chống, đã op lát.
3. Độ dẻo (Ductility)
Độ dẻo là khả năng biến dạng deo (plastic deformation) trước khi gay nut. Vật liệu deo có thể uon công, keo dài, tạp trung ứng suất ma không bị nut. Độ dẻo thường đo bằng:
- Độ gián dài (elongation): % tầng độ dài sau khi dut. Thép CB300 yêu cầu >= 16%.
- Độ thất tiết điện (reduction of area): % giảm tiết điện tại vi tri dut.
Độ dẻo là tính chất sống còn của thép Cột bê tông: nó cho phép tải trọng phân phối lại, kết cấu có bieu hiện biến dạng trước khi hong hu, tăng khả năng chống động đất.
4. Độ gion (Brittleness)
Độ gion là ngược lại của độ dẻo. Vật liệu gion gay nut gap, gan nhu không có biến dạng trước khi pha vỏ. Vi đủ: bê tông (khí chịu kéo), gach, keo thường, gồm, kính.
Vật liệu gion có một số ưu điểm: thông thường cường độ nền cao, biến dạng nhờ, on định hình dạng tốt. Những trong kết cấu chịu đồng, chịu và đập hoặc chịu uon, vật liệu gion có nguy có pha vỏ đột ngột — không có canh bao trước.
5. Độ dài (Toughness)
Độ dài là khả năng hấp thụ năng lượng biến dạng trước khi gay nut, bao gồm ca phân đàn hồi lan phân deo. Trên độ thi sigma–epsilon, độ dài tương ứng với điện tích dưới đường công.
Độ dài quan trọng khí kết cấu chịu:
- Và chậm, tác động đột ngột (bao động đất, xe chậm, gió bão)
- Nhiệt độ thấp (vật liệu có thể giảm độ dài dạng kể dưới 0°C)
- Môi trường ăn mòn làm suy giảm tiết điện huu hiệu
Thí nghiệm độ dài thường dùng là Charpy impact test (ASTM E23) — độ năng lượng hấp thụ khí đáp gay mau vật liệu.
6. Mới mới (Fatigue)
Mới mới là hiện tường vật liệu bị pha vỏ ở mức ứng suất thấp hơn cường độ tính khí chịu tải trọng lắp đi lắp lại nhiều lan. Nut mới thường xuất hiện tại vi tri tạp trung ứng suất (khác ren, hạn, lỗ khoan), lan dan âm thấm rồi gay nut đột ngột.
Đường công S-N (Wohler curve) biểu diễn ứng suất (S) theo số chủ kỹ chịu tải (N) đến khí gay. Vật liệu có giới hạn mới (endurance limit) neu đường công S-N đất ngang — thép thông thường có giới hạn mới khoảng 40–50% UTS.
Trong xây dựng, mới mới liên quan đến: dầm cau chịu xe có, máy moc rung động, cot phao thép chịu sống biển.
7. Từ biển (Creep)
Từ biển là hiện tường biến dạng tầng theo thời gian khí vật liệu chịu tải trọng thường xuyên, ngày ca khí ứng suất không tầng. Đặc biệt ro ở nhiệt độ cao và tải trọng dài hạn.
Trong xây dựng:
- Bê tông: từ biển gay tron trước của phần tử bê tông (bị en lun theo thời gian) — ảnh hưởng lớn đến kết cấu cau, khung chịu lực dài hạn. Hệ số từ biển bê tông phí_cr = 2–3 (biến dạng tầng gap 2–3 lan biến dạng đàn hồi bản đầu).
- Gỗ: từ biển ro, ảnh hưởng đến độ võng dầm gỗ theo thời gian.
- Nhựa PVC, polymer: từ biển nhanh hơn ở nhiệt độ cao, cần kiểm soát nhiệt độ môi trường sử dụng.
Tổng hợp So sánh tính chất cơ học
| Vật liệu | Cường độ nền | Độ dẻo | Độ dài | Từ biển |
|---|---|---|---|---|
| Thép xây dựng | Nền/keo cao | Rất cao | Cao | Thấp (nhiệt độ binh thường) |
| Bê tông | Nền cao, keo thấp | Thấp (gion) | Thấp | Trung binh–cao |
| Gỗ | Trung binh | Trung binh | Trung binh | Cao |
| Gach xây | Nền trung binh | Rất thấp (gion) | Thấp | Thấp |
| Nhóm | Trung binh | Cao | Trung binh | Trung binh |
Kết luận
Bay tính chất cơ học — cường độ, độ cung, độ dẻo, độ gion, độ dài, mới mới và từ biển — tạo nền bộ tiêu chí toàn điện để đánh giá và lựa chọn vật liệu xây dựng. Mới công trình có yêu cầu khác nhau, nền phải phân tích Điều kiện làm việc cụ thể để ưu tiền tính chất nao là quan trọng nhất trong quá trình thiết kế.