Blog

ASTM F3125: Tiêu chuẩn thống nhất cho bu-lông cường độ cao trong các ứng dụng kết cấu

Tại sao F3125 thay thế A325 và A490 — Sự hợp nhất, tính rõ ràng và logic phân cấp theo nhóm

Tiêu chuẩn ASTM F3125 đã thay thế các tiêu chuẩn cũ hơn như A325 và A490 vì những tiêu chuẩn này đã gây ra nhiều vấn đề trong nhiều năm liên quan đến thông số kỹ thuật, phương pháp thử nghiệm và cách áp dụng chúng trong thực tế. Hiện nay, theo tiêu chuẩn F3125, những gì trước đây là các tiêu chuẩn riêng biệt thì nay được phân loại thành các cấp độ khác nhau, giúp đơn giản hóa việc mua vật liệu, kiểm tra tại công trường và đảm bảo thiết kế đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết. Việc đưa các tiêu chuẩn bu-lông của Hoa Kỳ phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế như ISO 898-1 cũng giúp các nhà sản xuất hợp tác hiệu quả hơn xuyên biên giới. Điều quan trọng nhất là F3125 tạo ra các phân nhóm rõ ràng như F3125/A325 Loại 1 hoặc Loại 3. Những phân biệt này quy định chính xác loại vật liệu được sử dụng, cách xử lý trong quá trình sản xuất và vị trí lắp đặt phù hợp trong các dự án xây dựng thực tế. Điều này làm giảm sai sót khi lắp đặt bu-lông trong các công trình quan trọng, từ tòa nhà văn phòng đến sân vận động và các cây cầu lớn.

Các mốc cường độ kéo và giới hạn chảy: 120/105 ksi (Cấp A325) so với 150/130 ksi (Cấp A490)

Khi lựa chọn bulông kết cấu, cường độ kéo và giới hạn chảy vẫn là những yếu tố chính mà kỹ sư xem xét. Bulông cấp A325 có cường độ kéo tối thiểu khoảng 120 ksi và giới hạn chảy vào khoảng 105 ksi. Các thông số kỹ thuật này đủ phù hợp cho các khung nhà tiêu chuẩn và giàn mái, đặc biệt khi thiết kế yêu cầu độ dẻo tốt và có thể chịu được ứng suất lặp lại theo thời gian. Khi chuyển sang bulông cấp A490, hiệu suất được cải thiện đáng kể. Chúng đạt tới 150 ksi về cường độ kéo và 130 ksi về giới hạn chảy. Nhờ khả năng chịu lực cao hơn này, những bulông này trở nên cần thiết trong các tình huống tải trọng rất lớn, như ở các cây cầu nhịp dài hiện nay, hệ thống giằng chống động đất cần hấp thụ chấn động, và nhiều công trình công nghiệp nặng nơi mà sự cố là điều không thể chấp nhận.

Yêu cầu về tính chất cơ học xác định bu-lông cường độ cao

Độ bền kéo, tỷ lệ giới hạn chảy, độ cứng và độ giãn thắt cổ giúp đảm bảo độ tin cậy kết cấu như thế nào

Để các bu lông cường độ cao hoạt động đáng tin cậy trong mọi điều kiện chịu lực, chúng cần đáp ứng bốn tiêu chí cơ học chính. Điều đầu tiên cần xem xét là độ bền kéo, phải nằm trong khoảng từ 120 đến 150 ksi để ngăn ngừa hiện tượng gãy giòn đáng sợ. Tiếp theo là tỷ lệ giới hạn chảy, về cơ bản là mức độ biến dạng mà bu lông có thể chịu được trước khi gãy. Theo tiêu chuẩn ASTM F3125, tỷ lệ này không nên vượt quá 0,92. Tại sao điều này lại quan trọng? Bởi vì nó giúp bu lông có đủ độ dẻo dai trước khi bị phá hủy, điều cực kỳ quan trọng khi các tòa nhà rung chuyển trong trận động đất. Sau đó là độ cứng ở mức khoảng 32 đến 39 HRC đối với hầu hết các cấp độ. Việc đảm bảo thông số này đúng sẽ giúp bu lông giữ được độ bền chắc bên ngoài nhưng vẫn dẻo dai bên trong. Nếu quá cứng, ta có nguy cơ gặp vấn đề về giòn hidro. Nhưng nếu quá mềm, ren sẽ mài mòn nhanh hơn mức cho phép. Cuối cùng, chúng ta kiểm tra phần trăm giãn dài vùng cổ bu lông. Với bu lông A325, yêu cầu tối thiểu là 14%, và A490 cần ít nhất 10%. Những con số này cho biết bu lông có thể giãn đều dọc theo chiều dài và chịu được các lực xoắn mà không bị đứt đột ngột khi các mối nối xoay hoặc phân bố lại tải trọng hay không.

Khi Nào Sử Dụng ASTM A449 Thay Cho F3125 — Ngoại Lệ Về Đường Kính, Chiều Dài Ren và Ứng Dụng

ASTM A449 vẫn hoạt động tốt đối với các công việc không mang tính kết cấu hoặc các trường hợp đặc biệt mà F3125 không bao quát. Điều này bao gồm các bu-lông lớn hơn 1,5 inch về đường kính hoặc những loại cần chiều dài ren dài hơn so với quy định của F3125 đối với bu-lông từ sáu inch trở xuống (theo công thức 2D cộng một phần tư inch). Tiêu chuẩn này cũng bao gồm một số hình dạng bất thường phát sinh trong thực tế thi công. Hãy nghĩ đến các thanh ren toàn bộ, bu-lông uốn cong hoặc bu-lông neo có đầu rèn ở một đầu. Những loại bu-lông này xuất hiện rất thường xuyên trong các móng nền và khi lắp đặt máy móc nặng. A449 cho phép độ cứng lên đến 35 HRC mà không cần thử nghiệm va đập, nhưng lại thua kém so với F3125 ở một số khía cạnh quan trọng. Tiêu chuẩn này không yêu cầu theo dõi lô hàng chặt chẽ, không bắt buộc các thử nghiệm kéo bổ sung và không yêu cầu chứng nhận nhà máy bắt buộc cho các ứng dụng kết cấu. Vì những khác biệt này, các kỹ sư đơn giản là sẽ không chỉ định sử dụng A449 cho bất kỳ mối nối thép kết cấu nào được quy định theo AISC 360 hoặc các tiêu chuẩn RCSC. Các dự án đó đòi hỏi phải tuân thủ đầy đủ tiêu chuẩn F3125.

Các Thành Phần Bổ Trợ: Bu-lông, Đệm và Hệ Thống Neo Giữ cho Các Bộ Bu-lông Độ Bền Cao

Bu-lông theo ASTM A563 và A194: Phù Hợp Độ Bền, Kiểm Tra Tải Trọng Chứng Minh và Tránh Hư Hỏng Bu-lông

Việc chọn đúng loại đai ốc không chỉ là một yếu tố bổ sung – mà thực tế là điều kiện then chốt để đảm bảo các mối nối chắc chắn và an toàn. Có hai tiêu chuẩn chính được áp dụng ở đây. ASTM A563 quy định về các loại đai ốc bằng thép cacbon thông thường và thép hợp kim, dùng kèm với bulông kết cấu. Tiếp theo là ASTM A194, dành cho những loại đai ốc cường độ cao, chịu được môi trường nhiệt độ cao, ví dụ như cấp 2H, 4 và 7, thường được sử dụng cùng với bulông A490 trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt. Tất cả các tiêu chuẩn này đều dựa trên một nguyên tắc cơ bản: đai ốc phải có độ bền ít nhất tương đương với bulông đi kèm. Lấy ví dụ đai ốc cấp DH theo tiêu chuẩn A563 – chúng được thiết kế đặc biệt để không bị trơn ren khi siết chặt vào các bulông A490 cỡ lớn. Mỗi lô sản xuất cũng phải trải qua kiểm tra tải trọng thử nghiệm, trong đó áp dụng lực bằng 120% mức tải mà đai ốc được thiết kế chịu đựng trước khi xuất hiện bất kỳ dấu hiệu biến dạng nào. Thao tác này nhằm kiểm tra tính ổn định dưới áp lực và xác nhận rằng ren được ăn khớp đúng cách. Việc sử dụng đai ốc không tương thích hoặc không đạt tiêu chuẩn sẽ mở ra nguy cơ xảy ra các sự cố như nứt do ứng suất, bulông bị lỏng do rung động, hay mất lực siết theo thời gian. Việc thêm vòng đệm phẳng tôi cứng theo tiêu chuẩn ASTM F436 giúp phân bố lực kẹp đều hơn trên bề mặt tiếp xúc. Các vòng đệm vát mép hoặc hình cầu cũng rất hữu ích trong việc bù lệch khi các bề mặt không hoàn toàn phẳng, chẳng hạn như trên bản bích móng hoặc cánh dầm. Về phần liên kết, ren cán hiện đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn đối với bulông F3125 vì chúng có tuổi thọ dài hơn dưới tác động của ứng suất lặp lại và duy trì hình dạng ổn định trong suốt vòng đời so với ren cắt.

Tuân thủ theo ứng dụng cụ thể: Cầu, Khung Thép và Bu-lông Cường độ Cao Chống ăn mòn

Thép không gỉ loại 3 so với Mạ kẽm nhúng nóng: Lựa chọn Bu-lông Cường độ Cao Chống ăn mòn theo Môi trường

Các kỹ sư cần phải lên kế hoạch chống ăn mòn thay vì hy vọng điều đó xảy ra một cách ngẫu nhiên. Bu-lông thép không gỉ loại 3 (ASTM A320 Grade L7) ban đầu được thiết kế cho các ứng dụng trong điều kiện thời tiết lạnh đã trở nên phổ biến vì chúng có khả năng chống lại sự ăn mòn lỗ và ăn mòn khe hở trong những điều kiện khắc nghiệt như tiếp xúc với nước biển, các khu vực xử lý hóa chất hoặc những nơi được xử lý bằng muối rải đường. Những bu-lông này tự hình thành một lớp oxit bảo vệ tự nhiên, do đó chúng không yêu cầu bảo trì thường xuyên và có thể kéo dài nhiều năm ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Điều đó khiến chúng xứng đáng với khoản chi phí cao hơn khi xây dựng các công trình như giàn khoan dầu ngoài khơi, cầu ven biển hoặc nhà máy xử lý nước thải. Mặt khác, bu-lông mạ kẽm nhúng nóng (ASTM F2329) có được lớp bảo vệ nhờ lớp phủ kẽm được áp dụng sau khi sản xuất. Chúng hoạt động tốt ở các thành phố, nhà máy hoặc khu vực nông thôn nơi không có quá nhiều muối trong không khí. Tuy nhiên, cần lưu ý các vấn đề khi những bu-lông này nằm trong môi trường nước biển liên tục hoặc đất có tính axit. Lớp phủ có thể bị mài mòn nhanh chóng, và đôi khi bong tróc trong quá trình lắp đặt nếu lớp phủ quá dày theo thông số kỹ thuật. Đối với các kết cấu thép bên trong đất liền, nơi việc kiểm tra diễn ra thường xuyên và bu-lông có thể được siết chặt lại, bu-lông mạ kẽm mang lại giá trị sử dụng tốt về mặt chi phí. Khi đối mặt với các rủi ro ăn mòn nghiêm trọng hoặc các tình huống mà chúng ta chưa chắc chắn về điều gì sẽ xảy ra, nhiều chuyên gia hiện nay lựa chọn thép không gỉ duplex như ASTM A193 Grade B8M Class 2 hoặc các lớp phủ đặc biệt đạt tiêu chuẩn ASTM F1160 cho các mối nối quan trọng trong các công trình.