Thép cường độ cao là gì?
Thép cường độ cao (High Strength Steel — HSS) là loại thép có giới hạn chảy fy ≥ 420 MPa, vượt trội so với thép thường CB300 (fy = 300 MPa). Nhờ cường độ cao, thép loại này giúp giảm tiết diện cấu kiện và tiết kiệm vật liệu. Ứng dụng chính là hệ thống dự ứng lực trong kết cấu bê tông nhịp lớn.
Phân loại thép cường độ cao theo tiêu chuẩn
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6284 quy định hai dạng thép dự ứng lực phổ biến nhất là PC bar và PC strand. Mỗi dạng có đặc trưng cơ học và phạm vi ứng dụng riêng.
- PC bar (thanh dự ứng lực): giới hạn chảy fy ≥ 1080 MPa; đường kính 6–40 mm; dạng thẳng hoặc cuộn; dùng cho cọc dự ứng lực, tà-vẹt đường sắt.
- PC strand (tao thép 7 sợi xoắn): fy ≥ 1570–1860 MPa; đường kính 9,5–15,7 mm; độ dẻo cao, dễ uốn theo kênh cong; dùng cho dầm cầu, dầm nhà cao tầng nhịp lớn.
- Thép CB400-CB500 (thép xây dựng cường độ cao): fy = 400–500 MPa; dùng làm cốt thép chịu lực thông thường trong BTCT theo TCVN 1651-1:2018.
Thông số kỹ thuật PC bar theo TCVN 6284
| Chỉ tiêu | PC bar | PC strand (7 sợi) |
|---|---|---|
| Giới hạn chảy fy | ≥ 1080 MPa | ≥ 1570–1860 MPa |
| Giới hạn bền fu | ≥ 1230 MPa | ≥ 1720–2000 MPa |
| Độ giãn dài tối thiểu | ≥ 6% | ≥ 3,5% |
| Mô đun đàn hồi E | ≈ 200 GPa | ≈ 195 GPa |
| Độ tự chùng (1000h) | ≤ 2,5% | ≤ 2,5% |
Nguyên lý dự ứng lực
Dự ứng lực là kỹ thuật tạo ứng suất nén trước vào bê tông để triệt tiêu ứng suất kéo khi chịu tải. Thép cường độ cao được kéo căng đến mức ứng suất tính toán rồi neo vào đầu cấu kiện, truyền lực nén vào bê tông. Kết quả là bê tông làm việc hiệu quả hơn, giảm vết nứt và độ võng.
Có hai phương pháp: căng trước (pre-tensioning) — kéo thép trước khi đổ bê tông; căng sau (post-tensioning) — kéo thép sau khi bê tông đạt cường độ yêu cầu. Căng sau phổ biến trong dầm cầu và sàn phẳng nhà cao tầng.
Ứng dụng thép cường độ cao trong xây dựng
- Dầm cầu dự ứng lực: nhịp 30–60 m dùng PC strand; tiết kiệm so với dầm thép thông thường.
- Cọc bê tông dự ứng lực (PHC pile): dùng PC bar; chiều dài cọc 10–50 m; sức chịu tải cao.
- Sàn phẳng dự ứng lực: nhịp 8–14 m không cần dầm; giảm chiều cao tầng; dùng PC strand căng sau.
- Tà-vẹt đường sắt bê tông dự ứng lực: dùng PC bar đường kính nhỏ; thay thế tà-vẹt gỗ.
- Bể chứa, tháp nước hình trụ: dự ứng lực vòng quanh chu vi chống nứt ngang.
Lưu ý khi sử dụng thép cường độ cao
Thép PC bar và PC strand yêu cầu bảo quản tránh ẩm và chất ăn mòn vì có thể bị ăn mòn ứng suất (stress corrosion). Thi công dự ứng lực phải do đơn vị có kinh nghiệm thực hiện, sử dụng kích thủy lực được kiểm định. Giá thép cường độ cao cao hơn thép thường nhưng tổng chi phí công trình có thể giảm do tiết kiệm bê tông và giảm độ dày cấu kiện.
Câu hỏi thường gặp
- Thép CB500 có phải thép cường độ cao không?
- CB500 có fy = 500 MPa, thuộc nhóm thép cốt thường cường độ cao, nhưng không phải thép dự ứng lực. Thép dự ứng lực (PC bar, PC strand) có cường độ cao hơn nhiều (fy ≥ 1080 MPa).
- PC strand 7 sợi khác PC strand 19 sợi thế nào?
- PC strand 7 sợi phổ biến hơn, đường kính 9,5–15,7 mm. PC strand 19 sợi có tiết diện lớn hơn, dùng cho kết cấu nhịp rất lớn hoặc tải trọng đặc biệt.
- Có thể hàn thép PC bar không?
- Không được hàn thép PC bar vì nhiệt làm giảm cường độ và gây giòn. Các mối nối phải dùng coupler cơ học hoặc neo đặc biệt.