Trong thế kỷ 21, khi con người liên tục đặt ra những yêu cầu ngày càng cao về cơ sở hạ tầng và công trình xây dựng, kết cấu thép đã trở thành một phần không thể thiếu và quan trọng đối với nền kỹ thuật xây dựng.

Tuy nhiên, khi đối mặt với môi trường khắc nghiệt, những thách thức đặt ra cho kết cấu thép càng trở nên phức tạp và đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng cũng như áp dụng các kỹ thuật chế tạo tiên tiến. Sau đây, Nhật Huy sẽ cung cấp thêm một số thông tin về kết cấu thép trong môi trường khắc nghiệt và giải pháp khắc phục hiệu quả nhé

ket-cau-thep-trong-moi-truong-khac-nghiet — Kết cấu thép trong môi trường khắc nghiệt

Mục lục bài viết

Kết cấu thép trong môi trường khắc nghiệt

Kết cấu thép với tính linh hoạt và khả năng chịu tải cao, thường là lựa chọn hàng đầu trong việc xây dựng các công trình ở trong môi trường khắc nghiệt, bao gồm nhiệt độ cao, môi trường ăn mòn và hoạt động địa chấn, độ mỏi của kết cấu thép. Sự đa dạng và hiệu suất của kết cấu thép là kết quả của quá trình nghiên cứu và phát triển liên tục, giúp nó tự tin đối mặt với những điều kiện khắc nghiệt này.

Nhiệt độ cao

Nhiệt độ cao là một trong những thách thức lớn đối với kết cấu thép. Trong môi trường nhiệt độ cao, thép dễ xảy ra hiện tượng giãn – nở, dưới tác động của nhiệt tạo ra áp lực đặc biệt gây biến dạng trên kết cấu.

Điều này đặt ra yêu cầu cao đối với chất lượng của thép và kỹ thuật thiết kế để đảm bảo tính ổn định và an toàn của kết cấu trong điều kiện nhiệt độ cao.

Với những giải pháp cải tiến ngày nay, kết cấu thép có thể được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao bằng cách kết hợp với các vật liệu chống cháy, chẳng hạn như lớp phủ chống cháy hoặc tấm chống cháy, để bảo vệ thép khỏi sự biến dạng.

Ngoài ra, thép kết cấu có thể được thiết kế để có điểm nóng chảy cao và có thể duy trì độ bền ở nhiệt độ cao. Các khe co giãn cũng có thể được thêm vào để điều chỉnh sự giãn nở nhiệt và ngăn ngừa hư hỏng cấu trúc.

>>> Xem thêm: Hệ thống kết cấu thép trong xây dựng nhà cao tầng

Môi trường ăn mòn

Môi trường ăn mòn sẽ phá hủy dần kết cấu của vật liệu, đặc biệt là ở các vùng gần biển (nước mặn và không khí mặn) hoặc trong các ngành công nghiệp hóa chất; nhà máy xử lý nước thải; môi trường ven biển: môi trường axit (môi trường có nồng độ axit cao); sẽ làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của các vật liệu xây dựng.

thep-bi-an-mon-boi-moi-truong-axit — Thép bị ăn mòn bởi môi trường axit

Trong trường hợp này, kết cấu thép có thể kết hợp với lớp phủ hoặc lớp vật liệu có khả năng chống ăn mòn. Các lớp phủ bảo vệ như lớp phủ mạ kẽm hoặc epoxy để chống ăn mòn. Những lớp phủ này tạo thành một hàng rào bảo vệ các cấu kiện thép tránh tiếp xúc với môi trường ăn mòn.

Thép không gỉ có thể được sử dụng để xây dựng kết cấu thép trong môi trường ăn mòn. Đây là loại thép có chứa crom nên có khả năng chống ăn mòn cao. Sự chống mài mòn của thép không chỉ đảm bảo tính bền vững của kết cấu mà còn giảm thiểu chi phí bảo dưỡng và sửa chữa trong thời gian dài.

Ảnh hưởng bởi địa chấn

Hoạt động địa chấn là sự rung chuyển trên bề mặt Trái Đất do kết quả của sự giải phóng năng lượng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất và phát sinh ra sóng địa chấn. Hoạt động địa chấn có thể gây ra động đất, sóng thần và các hiện tượng địa chất khác.

Ở những khu vực có hoạt động địa chấn cao, các tòa nhà và công trình phải được thiết kế để chịu được lực và rung động. Đây là một thách thức đối với kết cấu thép, đặc biệt là ở các vùng địa chấn thường xuyên như vùng cao, núi, đồi.

Kết cấu thép có thể được thiết kế để chống lại lực địa chấn bằng cách kết hợp các nguyên tắc thiết kế chống địa chấn, chẳng hạn như khung chịu mô men, khung giằng hoặc hệ thống cách ly đế.

Hoat-dong-cua-dia-chan-gay-sap-do-cong-trinh — Hoạt động của địa chấn gây sập đổ công trình

Các hệ thống này được thiết kế để hấp thụ và tiêu tán năng lượng từ trận động đất, làm giảm lượng lực truyền vào kết cấu. Các liên kết giữa các cấu kiện thép phải được thiết kế để chịu được các lực và biến dạng do hoạt động địa chấn gây ra.

Các kết nối chuyên dụng, chẳng hạn như kết nối mô men hoặc kết nối bắt vít, có thể được sử dụng để đảm bảo cấu trúc vẫn ổn định trong các trận động đất.

>>> Xem thêm: Kết cấu khung thép chịu lực – Lợi ích mang lại là gì

Sự mỏi của kết cấu thép

Một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ mỏi của kết cấu thép là tải trọng đặc biệt. Nếu kết cấu phải chịu đựng tải trọng đột ngột hoặc tải trọng lớn, chúng sẽ trải qua một số chu kỳ tải trọng và giãn nở dẫn đến sự mỏi.

Điều này có thể ảnh hưởng đến tính ổn định và độ an toàn của kết cấu, đặc biệt là trong các ứng dụng nơi tải trọng biến động thường xuyên như cầu đường sắt hay kết cấu chịu tải động như cầu vòi rồng.

Để đối phó với vấn đề này, các kỹ thuật gia công và thiết kế đặc biệt được áp dụng để tối ưu hóa độ bền và ổn định của kết cấu thép. Sử dụng vật liệu chất lượng cao, tiến bộ trong kỹ thuật hàn, gia công chính xác là những yếu tố quan trọng để giảm thiểu ảnh hưởng độ mỏi ở kết cấu thép.