Quy trình thí nghiệm kéo thép là một phương pháp cơ bản để đánh giá các đặc tính cơ học của thép, bao gồm giới hạn chảy, độ bền kéo, độ giãn dài, mô đun đàn hồi và ứng suất kéo.
Trong quy trình thí nghiệm kéo thép, một mẫu thép được chặt chẽ và cố định hai đầu bằng các ngàm. Sau đó, một lực kéo được áp dụng từ hai đầu mẫu và tăng dần theo độ dài của mẫu. Quá trình kéo tiếp tục cho đến khi mẫu bị đứt. Trong quá trình này, các thông số quan trọng được ghi lại tại các điểm biến dạng để tiến hành đánh giá kết quả.
I. Tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng của thép
Thép sử dụng trong công trình có thể là thép cố dùng cho bê tông cốt thép, thép hình hoặc bulông,… để đảm bảo tuân thủ quy định về chất lượng thép, mỗi lô hàng thép khi nhập về công trường các nhà thầu cần cung cấp chứng chỉ xác nhận nguồn gốc và xuất xưởng. Vì vậy, cần lấy mẫu thí nghiệm để kiểm tra đường kính thực tế và các đặc trưng cơ học của thép, nhằm đảm bảo tính chất của vật liệu được sử dụng.
1. Chỉ tiêu cần kiểm tra cho thép thanh (bao gồm thanh tròn trơn và thanh vằn):
- Đường kính thực tế của mẫu thử.
- Giới hạn chảy của thép.
- Giới hạn bền đứt của thép.
- Độ giãn dài tương đối khi thép đứt.
- Độ bền uốn của thép.
2. Quy trình lấy mẫu, thử nghiệm và đánh giá tuân theo các quy chuẩn và yêu cầu kỹ thuật như sau:
- Quy chuẩn QCVN 16/2017.
- Quy chuẩn QCVN 07/2014.
- Tiêu chuẩn TCVN 1651-1:2018.
- Tiêu chuẩn TCVN 1651-2:2018.
- Tiêu chuẩn TCVN 197-2014.
- Tiêu chuẩn TCVN 198-2008.
- Tiêu chuẩn TCVN 1916-1995.
- Tiêu chuẩn JIS G3101.
- Yêu cầu kỹ thuật của dự án.
II. Quy trình thí nghiệm kéo thép để đánh giá chất lượng của thép
Bước 1: Lấy mẫu
– Đối với thép thanh (thanh tròn trơn và thanh vằn): Việc lấy mẫu cần tuân thủ theo tiêu chuẩn TCVN 1651-1,2:2018. Đối với từng loại đường kính và từng loại mác thép, trong 1 lô thép ≤50 sẽ lấy 06 mẫu thử để thí nghiệm các tính chất cơ lý của thép. Cụ thể:
- 3 mẫu thử nghiệm tính chất kéo, với mỗi mẫu có độ dài 60cm.
- 3 mẫu thử nghiệm tính chất uốn, với mỗi mẫu có độ dài 40cm.
*Trong quá trình lấy mẫu cần có sự xác nhận của tư vấn giám sát và nhà thầu thi công.
Bước 2: Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị cho quy trình thí nghiệm kéo thép
Các thiết bị được sử dụng trong quy trình thí nghiệm kéo thép bao gồm:
- Máy kéo-uốn vạn năng
- Bộ ngàm kéo chuyên dụng
- Máy cắt mẫu
- Cân kỹ thuật
- Thước kẹp và thước lá kim loại
Bước 3: Tiến hành quy trình thí nghiệm kéo thép
1. Thử kéo theo tiêu chuẩn TCVN 197-1:2014
- Mẫu thép thanh hoặc thép hàn được cắt thành đoạn có chiều dài 60cm. Mỗi tổ mẫu bao gồm 3 mẫu thử kéo. Để xác định độ giãn dài của thanh thép, đồng thời đo khối lượng thép trên mỗi mét dài, mỗi đoạn mẫu thép sau khi gia công sẽ được vạch thành các đoạn = 5d.
- Sau khi gia công mẫu xong, mẫu thép được đặt lên máy kéo sao cho trục chịu kéo của thanh thép trùng với trục của ngàm kẹp. Quá trình này nhằm xác định giới hạn bền kéo và giới hạn bền đứt của mẫu thép.
- Trước khi tiến hành thử kéo, chiều dài ban đầu của thanh thép được đo và ghi lại.
- Máy kéo được vận hành và ghi lại lực kéo chảy và lực kéo đứt của thanh thép.
- Sau khi thử kéo, chiều dài cuối cùng của thanh thép được đo và ghi lại.
2. Tính toán kết quả
Bảng quy định về kích thước, khối lượng 1md và sai lệch cho phép:
Đường kính danh nghĩa thanh (mm) | Diện tích danh nghĩa mặt cắt ngang (mm2) | Khối lượng 1m dài | |
Yêu cầu (kg/m) | Sai lệch cho phép (%) | ||
6 | 28.3 | 0.222 | + 8 |
8 | 50.3 | 0.395 | + 8 |
10 | 78.5 | 0.617 | + 6 |
12 | 50.3 | 0.395 | + 6 |
14 | 113.0 | 0.888 | + 5 |
16 | 154.0 | 1.21 | + 5 |
18 | 201.0 | 1.58 | + 5 |
20 | 354.5 | 2.00 | + 5 |
22 | 314.0 | 2.47 | + 5 |
25 | 490.9 | 3.85 | + 4 |
28 | 615.8 | 4.84 | + 4 |
32 | 804.2 | 6.31 | + 4 |
36 | 1017.9 | 7.99 | + 4 |
3. Thử kéo
Giới hạn chảy trên (ReH) của thép được tính bằng công thức:
ReH = FeH / SeH (MPa)
Trong đó:
- ReH: Giới hạn chảy trên của thép (MPa)
- FeH: Lực kéo chảy (kN)
- SeH: Diện tích danh nghĩa mặt cắt ngang của thanh thép
Giới hạn đứt (Rm) của thép được tính bằng công thức:
Rm = Fm / S (MPa)
Trong đó:
- Rm: Giới hạn đứt của thép (MPa)
- Fm: Lực kéo đứt (kN)
- S: Diện tích danh nghĩa mặt cắt ngang của thanh thép
4. Độ giãn dài tương đối sau khi đứt
Độ giãn dài tương đối (A) sau khi đứt của thép được tính bằng công thức:
A = [(Lu – Lo) / Lo] * 100% (%)
Trong đó:
- A: Độ giãn dài tương đối (%)
- Lu: Chiều dài sau khi đứt của thép (mm)
- Lo: Chiều dài ban đầu của thép (mm)
5. Đánh giá
Dựa trên tiêu chuẩn 1651-1,2:2018 để đánh giá độ bền thép như sau:
* Thép thanh tròn trơn:
Loại thép | Giá trị quy định của giới hạn chảy trên ReH, MPa | Giá trị quy định của giới hạn bền kéo Rm, MPa | Giá trị đặc trưng quy định của độ giãn dài | |
Giá trị quy định của độ giãn dài, % | ||||
Nhỏ nhất | Nhỏ nhất | A5 Nhỏ nhất | Agt Nhỏ nhất | |
CB240-T | 240 | 380 | 20 | 2 |
CB300-T | 300 | 440 | 16 | |
CB400-T | 400 | 500 | 16 | 8 |
* Thép thanh vằn
Mác thép | Giá trị đặc trưng của giới hạn chảy trên, ReH Nhỏ nhất MPa | Giá trị đặc trưng của giới hạn bền kéo Rm Nhỏ nhất MPa | Giá trị đặc trưng quy định của độ giãn dài % | |
A | Agt | |||
CB300-V | 300 | 450 | 16 | 8 |
CB400-V | 400 | 570 | 14 | 8 |
CB500-V | 500 | 650 | 14 | 8 |
CB600-V | 600 | 710 | 10 | 8 |
6. Thử uốn (TCVN 198-2008)
- Mẫu thử uốn được cắt phù hợp với chiều dài đường kính gối uốn của loại mác thép đã được thử kéo trước đó.
- Đặt thanh thép lên máy uốn.
- Tùy thuộc vào tính chất cơ học và đặc điểm riêng của từng loại thép, chọn kích thước và khoảng cách gối uốn phù hợp.
- Bảng quy định đường kính gối uốn như sau:
Mác thép | Đường kính danh nghĩa, d | Đường kính gối uốn |
CB240-T CB300-T | d ≤ 40 | 2d |
CB400-T | d ≤ 16 16< d ≤ 40 | 3d 5d |
- Tiến hành vận hành máy uốn.
- Đối với mẫu thép có mác CB240-T, CB300-T, CB400-T, mẫu sẽ được uốn đến góc từ 160° đến 180°.
- Đối với mẫu thép có mác CB300-V, CB400-V, CB500-V, mẫu sẽ được uốn đến góc từ 160° đến 180°.
- Đối với mẫu thép có mác CB600-V, mẫu sẽ được uốn đến góc 90°.
7. Đánh giá
Sau khi thử uốn, nếu các thanh thép không gãy, không nứt ngang có thể nhìn thấy bằng mắt thường, có thể kết luận rằng các mẫu thép đã đạt được khả năng uốn và độ bền uốn tương ứng.