Dầm Thép Trong Kết Cấu Thép: Cấu Tạo, Phân Loại & Cách Sử Dụng

Kết cấu thép ngày càng được ưa chuộng khi thi công, từ những công trình như nhà ở, xí nghiệp, kho bãi cho đến những công trình quy mô lớn hơn, phức tạp hơn như nhà thi đấu, sân vận động,… Trong đó, dầm thép là một trong những cấu kiện cơ bản nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình xây dựng. Cùng Pebsteel tìm hiểu về cấu tạo, phân loại và cách sử dụng dầm thép trong kết cấu thép thông qua bài viết dưới đây.

Xem thêm: Lắp Dựng Kết Cấu Thép, Nhà Thép Tiền Chế

1. Dầm thép trong kết cấu thép là gì?

Dầm thép trong kết cấu thép là các phần dầm tích hợp được thiết kế để hỗ trợ tải trọng lớn ở phương thẳng đứng trên các nhịp dài với mô-men uốn lớn hơn khả năng chịu mô-men của các phần cán sẵn có. Trong đó, dầm thép phổ biến nhất là dầm thép tổ hợp, được tạo thành từ thép hình và bản. Dầm bản thép bao gồm hai tấm mặt bích được hàn vào bản bụng dầm thép để tạo thành tiết diện chữ I.

Mặt bích trên và dưới của dầm bản được thiết kế để chịu được lực nén và lực kéo dọc trục gây ra bởi mô-men uốn, trong khi bản bụng được thiết kế để chịu lực cắt. Trên thực tế, một số quy tắc thực hành cũng sử dụng cách phân chia hoạt động kết cấu này để làm cơ sở khi thiết kế cấu trúc trong xây dựng. Dầm bản thép là loại dầm được ứng dụng phổ biến nhất trong các kiến trúc cầu hiện đại, nơi nhịp chính có thể dài hơn 200 m, với độ sâu mặt cắt ngang tương ứng nhô ra trên các trụ đỡ, trong khoảng 5-10 m.

Trong dầm thép, để tối ưu chi phí khi thiết kế và chế tạo, người ta có thể giảm diện tích mặt bích cần thiết cho một mô-men bằng cách tăng khoảng cách giữa các mặt bích. Ngoài ra, để giảm trọng lượng của dầm, bụng dầm cần được làm mỏng đi khi độ sâu tăng lên, tuy nhiên, điều này sẽ làm cho dầm dễ gặp phải vấn đề oằn bụng dầm hơn so với các phần dầm cán. 

Xem thêm: Kết Cấu Chịu Lực Và Những Thông Tin Cần Biết

2. Cấu tạo của dầm thép

Kết cấu của dầm thép bao gồm các thành phần sau:

• Bụng dầm: Bụng dầm trong dầm thép là một tấm thẳng đứng giữa các mặt bích để giữ khoảng cách cần thiết cho chúng. Tấm chấn có nhiệm vụ chống chịu lực cắt phát sinh trong dầm thép.
• Mặt bích: Đây là các thành phần nằm ngang của dầm được đặt ở phía trên và dưới, được tách bởi bụng dầm. Chức năng chính của mặt bích là chống lại mô-men uốn tác động lên dầm. Mặt bích phía trên chịu mô-men uốn do lực nén, trong khi mặt bích phía dưới chịu lực căng. Chúng cần có độ rộng và độ dày cần thiết để đảm bảo khả năng chống chịu mô-men uốn.
• Nẹp tăng cứng: Nẹp tăng cứng trong dầm thép được sử dụng để tăng khả năng chịu lực của kết cấu và ngăn ngừa hiện tượng mất ổn định cục bộ. Chúng cũng được sử dụng để chịu tải trọng tác dụng lên dầm cho đến khi chúng được phân bổ vào dầm. Có 2 loại nẹp tăng cứng là nẹp tăng cứng dọc và nẹp tăng cứng ngang.
• Mối nối mặt bích và bụng dầm: Cần phải sử dụng mối nối khi chiều dài dầm nhỏ hơn nhịp. Đây là điểm chịu mô-men và chịu lực cắt để kết nối dầm.
• Kết nối cuối: Đây là khía cạnh khó khăn nhất khi thiết kế kết cấu dầm thép. Với các kết cấu liên tiếp thì các chi tiết nối cần được lắp đặt một cách phù hợp. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, dầm thép chỉ được đỡ ở phần đỡ cuối. Khi đó, nẹp tăng cứng sẽ hỗ trợ các đầu nối một cách hiệu quả.

3. Phân loại các loại dầm thép trong kết cấu thép

3.1. Dầm tổ hợp liên kết đinh tán (dầm đinh tán)

Trong tổ hợp dầm liên kết đinh tán, các dầm được kết nối bằng phương pháp cơ học, đinh tán và các tấm không được hàn lại với nhau. Nhìn chung, bụng dầm chịu 90% lực cắt tác dụng lên các dầm thép có đinh tán. Phần góc được cố định vào mặt bích giúp ổn định kết nối giữa bụng dầm và mặt bích. Bên cạnh đó, đinh tán phải được thiết kế để chịu được lực cắt ngang. Những đinh tán kết nối các góc bụng dầm với mặt bích phải được thiết kế để chịu lực cắt ngang và tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mặt bích khi chúng truyền vào bụng dầm.

Xem thêm: Liên Kết Bu Lông Trong Kết Cấu Thép

3.2. Dầm tổ hợp liên kết hàn (dầm hàn)

Dầm tấm hàn là loại dầm được sử dụng phổ biến nhất trong xây dựng do dễ chế tạo và có hiệu quả cao. Loại dầm này chủ yếu được sử dụng trong việc xây dựng cầu. Cầu dầm thép rất cứng và có thể chịu được tải trọng cực cao đồng thời chống lại các chuyển động ngang. Điều này được thể hiện rõ ở các công trình cầu đường sắt. Dầm tấm hàn cũng được sử dụng để tạo dầm kiểu hộp. Ngày nay các kỹ sư có thể xác định chiều cao tổng thể, mặt bích và độ dày bụng dầm của dầm tấm hàn bằng những phương pháp thực nghiệm hoặc ước tính.

Xem thêm: Hàn Kết Cấu Là Gì? Các Phương Pháp Hàn Kết Cấu Thép

4. Thiết kế dầm trong kết cấu thép

Khi thiết kế dầm, các giả định sau sẽ được áp dụng:

• Lực cắt được thực hiện hoàn toàn bởi bụng dầm và cường độ cắt đồng đều ở mọi độ sâu của dầm.
• Cường độ ứng suất trên các góc bản cánh trong dầm và bản bản cánh là như nhau. Ngược lại, cường độ ứng suất trong bụng dầm thay đổi ở mức tối đa phía trên, sao cho bằng với cường độ ở các tấm mặt bích hoặc các góc và bằng 0 tại trục trung hòa.

4.1. Độ dày tối thiểu

Kích thước tối đa của tấm bụng dầm phải được giữ ở mức 270t và kích thước tối thiểu của nó không được nhỏ hơn 180t, trong đó t là độ dày của bụng dầm.

4.2. Trọng lượng

Trọng lượng của dầm thường được lấy như sau:

• Đối với dầm bản có đinh tán = W/300 mỗi đoạn ống đo
• Đối với dầm bản hàn = W/400 mỗi đoạn ống đo

Trong đó, W là tổng tải trọng đã nhân hệ số.

4.3. Độ sâu tối thiểu

Độ sâu tối thiểu của dầm bản = 1,1𝑀𝑓𝑡

Đối với dầm bản có đinh tán, chiều sâu trên góc = 5,53𝑀𝑓

Đối với dầm bản hàn, chiều sâu tổng thể = 53𝑀𝑓

Trong đó:

• M là mô-men uốn tính bằng N-mm
• f  là ứng suất cho phép tính bằng Mpa
• t là độ dày của tấm tính bằng mm

5. Ứng dụng của dầm thép trong xây dựng

Dầm thép được sử dụng rộng rãi làm kết cấu hỗ trợ trong nhiều ứng dụng. Chúng được sử dụng chủ yếu trong việc xây dựng cầu. Dầm thép thường được tìm thấy nhiều nhất trong cầu đường sắt và đường bộ, phần lớn các công trình cầu đường sắt cũ có thể được xác định là cầu dầm bản thép. Ngoài ra, cầu dầm hộp, cầu dầm, cầu dầm liên hợp quân sự và cầu dầm bản nửa xuyên cũng là những ứng dụng phổ biến của dầm thép.

Ngoài việc xây dựng cầu, một số ứng dụng khác của dầm thép là trong xây dựng:

• Cần cẩu
• Kết cấu nâng
• Giàn khoan dầu khí
• Kiểm tra tải
• Tàu thuyền
• Dầm giàn

Khi ứng dụng kết cấu dầm thép trong quá trình xây dựng, quý khách hàng nên hợp tác cùng những đơn vị uy tín và có chuyên môn cao để bảo đảm chất lượng cho công trình khi đưa vào sử dụng. Pebsteel là doanh nghiệp toàn cầu, chuyên cung cấp các giải pháp về nhà thép tiền chế và kết cấu thép chất lượng cao. Với đội ngũ kỹ sư lành nghề cùng tinh thần luôn lấy khách hàng làm trọng tâm, Pebsteel cam kết sẽ mang đến những dịch vụ toàn diện, chuyên nghiệp và hỗ trợ tận tình cho quý khách.

Xem thêm: Ưu Điểm Của Kết Cấu Thép

6. Kết luận

Trên đây là thông tin về cấu tạo, phân loại và ứng dụng của dầm thép trong kết cấu thép. Nếu khách hàng đang có nhu cầu tìm kiếm các giải pháp toàn diện cho Nhà thép tiền chế và Kết cấu thép, hãy liên hệ Pebsteel thông qua email [email protected] hoặc số điện thoại +84 908 883531 để được tư vấn ngay hôm nay.