Thép chữ U là gì?
Thép chữ U (channel steel, U-section) là thép hình có tiết diện mặt cắt ngang dạng chữ U, gồm một bản bụng thẳng đứng và hai cánh nằm ngang về cùng một phía. Tiết diện chỉ có một trục đối xứng (trục ngang), khác với thép chữ H hoặc I có hai trục đối xứng. Đây là đặc điểm quyết định phạm vi ứng dụng của thép chữ U trong kết cấu.
Phân loại UPN và UPE
Tiêu chuẩn châu Âu chia thép chữ U thành hai nhóm chính dựa trên hình dạng cánh:
- UPN (U parallel flange narrow): cánh thon côn, mặt trong cánh nghiêng khoảng 8%, bản rộng cánh tương đối hẹp so với chiều cao. Ký hiệu theo EN 10365 từ UPN 80 đến UPN 400, chiều cao h = 80–400 mm.
- UPE (U parallel flange equal): cánh song song, mặt trong và ngoài cánh vuông góc với bụng, dễ kết nối hơn UPN. Ký hiệu UPE 80 đến UPE 400, cùng dải chiều cao nhưng bản cánh rộng hơn UPN cùng số hiệu.
Ngoài ra còn có tiêu chuẩn JIS G3192 (MC, C-channel) và ASTM A36/A572 (C-channel, MC-channel) phổ biến tại thị trường Mỹ và các nước dùng tiêu chuẩn ASTM.
Cấu tạo tiết diện
Tiết diện thép chữ U gồm ba phần: bản bụng (web) chịu lực cắt, hai cánh (flange) chịu lực uốn. Vì cánh chỉ nằm về một phía, tâm cắt (shear center) không trùng với trọng tâm tiết diện, dẫn đến hiện tượng xoắn khi tải không qua tâm cắt. Đây là lý do thiết kế cần chú ý khi dùng thép U chịu tải lệch tâm.
Ký hiệu và thông số kỹ thuật
Ký hiệu thống nhất theo EN 10365: UPN/UPE [h] × [b] × [t_w] – [t_f], trong đó h là chiều cao tiết diện (mm), b là bề rộng cánh (mm), t_w là bề dày bụng (mm), t_f là bề dày cánh (mm).
Ví dụ điển hình:
- UPN 100: h=100 mm, b=50 mm, t_w=6 mm, t_f=8.5 mm, G≈8.34 kg/m
- UPN 180: h=180 mm, b=70 mm, t_w=8 mm, t_f=11 mm, G≈22.0 kg/m
- UPN 300: h=300 mm, b=100 mm, t_w=9 mm, t_f=13.5 mm, G≈46.2 kg/m
- UPE 140: h=140 mm, b=65 mm, t_w=5.5 mm, t_f=9 mm, G≈12.4 kg/m
Vật liệu và tiêu chuẩn thường gặp
Thép chữ U tại Việt Nam thường sản xuất từ thép kết cấu S235JR, S275JR hoặc S355JR (EN 10025-2) và SS400 (JIS G3101). Mác thép A36 (ASTM A36) cũng phổ biến trong các dự án áp dụng tiêu chuẩn Mỹ. Giới hạn chảy tối thiểu của S235JR là 235 MPa, S355JR là 355 MPa.
Đặc tính cơ học quan trọng
Do chỉ có một trục đối xứng, momen quán tính quanh trục y-y (trục nằm ngang song song cánh) thường lớn hơn nhiều so với trục z-z (trục vuông góc). Thép chữ U uốn tốt theo một phương nhưng yếu hơn theo phương kia, phù hợp với cấu kiện chịu uốn đơn trục như xà gồ, thanh giằng ngang.
So sánh nhanh UPN và UPE
| Đặc điểm | UPN | UPE |
|---|---|---|
| Hình dạng cánh | Thon côn (mặt trong nghiêng ~8%) | Song song (vuông góc bụng) |
| Bề rộng cánh | Hẹp hơn | Rộng hơn cùng số hiệu |
| Kết nối bu lông | Cần miếng đệm côn | Kết nối trực tiếp dễ hơn |
| Phổ biến tại VN | Phổ biến hơn (hàng nhập) | Ít phổ biến hơn |
| Tiêu chuẩn | EN 10365, JIS G3192 | EN 10365 |
Câu hỏi thường gặp
- Thép chữ U và thép C có phải là một không?
- Trong tiêu chuẩn ASTM, C-channel tương đương UPN (cánh thon). Tại Việt Nam, “thép C” thường chỉ xà gồ C dạng nguội (cold-formed), khác với thép chữ U cán nóng (hot-rolled). Cần phân biệt rõ khi đặt hàng.
- UPN hay UPE dùng cho xà gồ mái?
- Cả hai đều dùng được, nhưng trong thực tế nhà xưởng Việt Nam thường dùng xà gồ C/Z cán nguội thay vì UPN/UPE cán nóng vì nhẹ hơn và rẻ hơn. UPN/UPE dùng cho ray cần cẩu, thanh giằng nặng hơn.
- Tâm cắt của thép chữ U ở đâu?
- Tâm cắt (shear center) nằm ngoài tiết diện, về phía đối diện với cánh. Khi tải không đi qua tâm cắt, tiết diện sẽ vừa uốn vừa xoắn — cần kiểm tra ổn định xoắn trong thiết kế.
- Thép chữ U có thể dùng làm cột không?
- Thép chữ U ít dùng làm cột đơn lẻ vì tâm cắt lệch trọng tâm, dễ mất ổn định xoắn. Khi cần, hai thanh U ghép ngược chiều (box section) tạo thành tiết diện hộp đối xứng hai trục, ổn định hơn.
- Giá tham khảo thép chữ U hiện nay?
- Giá tham khảo 2024 tại Việt Nam dao động 23.000–32.000 đ/kg tùy quy cách và nhà máy xuất xứ. Hàng cán nóng nhập khẩu JIS/EN thường cao hơn hàng nội địa 10–15%.