Dầm Thép Chữ I - Cấu Tạo, Ứng Dụng và Tiêu Chuẩn
Dầm thép chữ I là một loại kết cấu thép có tiết diện giống chữ “I”, được thiết kế để chịu tải trọng lớn và phân tán lực hiệu quả. Với khả năng chịu lực uốn và cắt vượt trội, dầm chữ I được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, cầu đường, và công nghiệp. Bài viết này trình bày chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương pháp sản xuất, lịch sử ứng dụng, các phương pháp nối dầm, ưu điểm, thông số kỹ thuật, thành phần hóa học, tính chất cơ lý, và các ứng dụng thực tế.
Dầm thép chữ I là gì?
Dầm thép chữ I (I-Beam) là một loại kết cấu thép có tiết diện ngang giống chữ “I” in hoa, bao gồm phần mạng dầm mỏng ở giữa và hai bản cánh rộng ở hai đầu. Thiết kế này giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực, đặc biệt trong các công trình yêu cầu nhịp dài và tải trọng lớn như nhà xưởng, cầu, hoặc tòa nhà cao tầng.
Cấu tạo của dầm thép chữ I
- Bản cánh (Flange): Hai phần bề mặt rộng ở hai đầu, chịu ứng suất uốn (moment) chính, giúp phân bố lực đều.
- Mạng dầm (Web): Phần thân giữa mỏng, chịu ứng suất cắt, kết nối hai bản cánh và cung cấp độ cứng cho dầm.
Thiết kế chữ “I” giúp dầm phân phối tải trọng hiệu quả, giảm trọng lượng so với dầm đặc mà vẫn đảm bảo độ bền và độ cứng.
Nguyên tắc hoạt động của dầm chữ I
Dầm chữ I hoạt động dựa trên nguyên lý phân bố lực:
- Bản cánh: Chịu lực uốn, phân phối tải trọng ngang và chống biến dạng.
- Mạng dầm: Chịu lực cắt, giữ vững cấu trúc và tăng độ cứng tổng thể.
Thiết kế này giúp dầm chữ I chịu được tải trọng lớn, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu nhịp dài và độ ổn định cao.
Phân loại dầm chữ I theo phương pháp sản xuất
- Dầm đúc nóng: Sản xuất từ thép đúc nguyên khối, có độ bền cao, không có mối hàn, phù hợp cho công trình yêu cầu khả năng chịu lực lớn.
- Dầm hàn: Gia công bằng cách hàn các tấm thép, cho phép tùy chỉnh kích thước và chiều dài theo yêu cầu.
.jpg)
Lịch sử ứng dụng dầm thép chữ I tại Việt Nam
Dầm thép chữ I bắt đầu được sử dụng phổ biến tại Việt Nam từ nửa cuối thế kỷ 19, trong các công trình thuộc địa của người Pháp. Chúng được dùng trong kết cấu sàn và tầng, kết hợp với vòm gạch, bê tông, cát, và gạch bông. Các cầu thang thép sử dụng dầm chữ I, liên kết bằng đinh tán, với bậc thang lát gỗ hoặc kim loại, là đặc trưng của các công trình quân đội và công cộng thời kỳ này.
Đến cuối thế kỷ 19, dầm chữ I trở nên phổ biến trong cả công trình tư nhân. Từ đầu thế kỷ 20, kỹ thuật đổ bê tông cốt thép bắt đầu thay thế, nhưng dầm chữ I vẫn được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng chịu lực và chống xoắn vượt trội.
Phương pháp nối dầm chữ I
Nối dầm chữ I là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự liền mạch và khả năng chịu lực. Các phương pháp nối phổ biến bao gồm:
Nối bằng mối hàn:
- Hàn đối đầu: Hàn trực tiếp hai đầu dầm, phù hợp cho dầm mỏng.
- Hàn tấm chồng: Sử dụng tấm thép gia cường tại mối nối, đảm bảo độ bền cho dầm chịu tải lớn.
Nối bằng bulông:
- Bulông cường độ cao: Kết nối chắc chắn, phù hợp cho công trình yêu cầu độ bền cao.
- Tấm bản mã: Dùng bản mã cố định dầm bằng bulông, tăng khả năng chịu tải.
Nối bằng tấm nối và bản mã:
- Bản mã hai bên: Đặt bản mã hai bên dầm, cố định bằng bulông hoặc hàn.
- Tấm nối giữa dầm: Dùng tấm nối giữa các dầm, cố định bằng bulông hoặc hàn.
Nối kiểu chồng đầu dầm: Chồng các đầu dầm và cố định bằng bản mã hoặc bulông, phù hợp cho kết cấu tạm thời.
Nối bằng tấm đệm gia cường: Sử dụng tấm đệm tại mối nối, cố định bằng bulông hoặc hàn để tăng khả năng chịu tải.
Lưu ý khi nối dầm chữ I:
- Thiết kế mối nối phải chịu được tải trọng theo yêu cầu.
- Xử lý chống ăn mòn bằng mạ kẽm hoặc sơn phủ ở môi trường ẩm ướt.
- Đảm bảo tính thẩm mỹ, tránh mối nối thừa gây cản trở lắp đặt.
Ưu điểm của dầm thép chữ I
- Khả năng chịu lực cao: Thiết kế chữ “I” tối ưu hóa khả năng chịu uốn và cắt, phù hợp cho công trình lớn.
- Trọng lượng nhẹ: Nhẹ hơn dầm đặc, giảm tải trọng lên móng, tiết kiệm chi phí.
- Tiết kiệm vật liệu: Tập trung vật liệu ở bản cánh và mạng dầm, giảm lượng thép sử dụng.
- Dễ thi công: Hình dạng tiêu chuẩn, dễ cắt, hàn, và nối.
- Đa dạng kích thước: Phù hợp với nhiều loại công trình từ nhỏ đến lớn.
- Tính thẩm mỹ: Hình dạng công nghiệp mạnh mẽ, dễ trang trí hoặc sơn phủ.
- Chống ăn mòn: Có thể mạ kẽm hoặc sơn phủ để tăng tuổi thọ.
Thông số kỹ thuật của dầm thép chữ I
Thông số kỹ thuật giúp lựa chọn dầm phù hợp với yêu cầu công trình:
- Tên sản phẩm: Dầm chữ I (I-Beam).
- Công nghệ: Cán nóng.
- Mác thép: Q235, Q235B, Q345, Q345B, SS400.
- Độ dày: 4.5mm–15mm.
- Chiều dài: 6m, 12m, hoặc cắt theo yêu cầu.
- Vật liệu: Thép đen, mạ kẽm.
- Tiêu chuẩn: ASTM, AiSi, BS, DIN, GB, JIS.
- Sử dụng: Kết cấu xây dựng, cầu đường, nhà xưởng.
Bảng quy cách và khả năng chịu lực
Dưới đây là bảng quy cách một số loại dầm thép chữ I phổ biến theo TCVN:
| Kích thước (mm) HxB | T1 (mm) | T2 (mm) | Diện tích mặt cắt (cm²) | Đơn trọng (kg/m) | Mô-men quán tính I_x (cm⁴) | Mô-men quán tính I_y (cm⁴) | Mô-đun kháng uốn Z_x (cm³) | Mô-đun kháng uốn Z_y (cm³) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 150×75 | 5 | 7 | 17.85 | 14 | 666 | 49.5 | 88.8 | 13.2 |
| 200×100 | 5.5 | 8 | 27.16 | 21.3 | 1840 | 134 | 184 | 26.8 |
| 250×125 | 6 | 9 | 37.66 | 29.6 | 4050 | 294 | 324 | 47 |
| 300×150 | 7 | 9 | 46.78 | 36.7 | 7210 | 508 | 481 | 67.7 |
| 350×175 | 7 | 11 | 63.14 | 49.6 | 13600 | 984 | 775 | 112 |
Thành phần hóa học và tính chất cơ lý
Thành phần hóa học
- Carbon (C): 0.2%–0.3%, ảnh hưởng đến độ cứng.
- Silic (Si): 0.15%–0.35%, tăng độ cứng và đàn hồi.
- Mangan (Mn): 0.5%–1.5%, cải thiện độ dẻo và chịu uốn.
- Lưu huỳnh (S) và Phốt pho (P): Dưới 0.03%, giảm tác động xấu đến cơ tính.
- Chromium (Cr), Molypden (Mo), Nickel (Ni): 0.1%–1% trong thép hợp kim, tăng độ bền và chống ăn mòn.
Tính chất cơ lý
- Giới hạn bền kéo: 400–600 MPa (thép carbon thấp), 700–1000 MPa (thép cường độ cao).
- Giới hạn chảy: 240–400 MPa (thép carbon thấp), 500–700 MPa (thép cường độ cao).
- Độ dãn dài: 20%–30%.
- Độ cứng: 120–180 HB.
- Độ dai va đập: 20–80 J (Charpy V-notch).
Ứng dụng của dầm thép chữ I
- Kết cấu xây dựng: Nhà xưởng, nhà ở, cầu, hầm.
- Nhà tiền chế: Khung xương cho nhà lắp ghép.
- Cầu trục và băng tải: Dầm chịu lực cho cầu trục, hệ thống băng tải.
- Phương tiện vận tải: Khung xe tải, xe lửa, sàn tàu thuyền.
- Thiết kế nội thất: Kết cấu hỗ trợ, trang trí hiện đại.
- Ngành dầu khí và năng lượng: Giàn khoan, nhà máy điện.
Dầm thép chữ I là một giải pháp kết cấu ưu việt với khả năng chịu lực cao, trọng lượng nhẹ, và tính linh hoạt trong thi công. Với lịch sử ứng dụng lâu dài, từ các công trình thuộc địa đến các dự án hiện đại, dầm chữ I vẫn giữ vai trò quan trọng trong xây dựng và công nghiệp. Việc lựa chọn dầm phù hợp, tuân thủ các tiêu chuẩn như TCVN, và sử dụng các phương pháp nối hiệu quả đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình. TÔN THÉP MẠNH TIẾN PHÁT tự hào cung cấp dầm thép chữ I đạt tiêu chuẩn, với chứng chỉ CO/CQ và hóa đơn đầy đủ, đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật.
