Trong các công trình cầu đường và kết cấu kỹ thuật có chuyển vị, khe co giãn không phải là một chi tiết phụ. Đây là bộ phận vừa phải cho phép kết cấu dịch chuyển theo nhiệt độ, co ngót hoặc chuyển vị khai thác, vừa phải đảm bảo khả năng chịu tải xe, độ êm thuận khi lưu thông và hạn chế nước thấm xuống các bộ phận bên dưới. Tài liệu bảo trì cầu của FDOT nêu rõ một hệ khe co giãn làm việc đúng phải chịu được tải giao thông, cho phép cầu chuyển vị, giữ bề mặt chạy xe tương đối êm và hạn chế nước xâm nhập gây hư hại cho các cấu kiện khác.

Thép làm khe co giãn và vai trò trong công trình kỹ thuật

Thép làm khe co giãn là gì?

Thép làm khe co giãn (hay khe co giãn bằng thép/thép bọc khe) là các cấu kiện cơ khí, chủ yếu gồm thép hình (như Q345B, Q390B) được lắp đặt tại khoảng hở giữa hai kết cấu cầu, đường hoặc sàn nhà. Tác dụng chính là cho phép kết cấu co giãn do nhiệt độ, giảm rung động, và đảm bảo xe chạy êm thuận mà không làm vỡ mép bê tông.

Trong thực tế cụm từ “thép làm khe co giãn” thường không chỉ một mác thép đơn lẻ, mà thường được hiểu là phần cấu kiện thép tạo nên hệ khe co giãn: thép biên, armor plate, metal runner, thép răng lược, dầm tách khe, thanh đỡ hoặc các cấu kiện thép liên quan đến neo giữ và truyền lực, tùy theo loại khe co giãn được thiết kế. Điều này thể hiện rất rõ trong các tài liệu kỹ thuật về strip seal, modular joint và finger joint, khi mỗi loại đều có cấu tạo thép khác nhau và làm việc theo nguyên lý khác nhau.

Nói cách khác, nếu chỉ hỏi “thép làm khe co giãn” mà chưa xác định loại joint, biên độ chuyển vị, vị trí lắp đặt và yêu cầu kín nước, thì vẫn chưa đủ để chốt vật tư. Với khách hàng doanh nghiệp, đây là điểm rất quan trọng, vì cùng là khe co giãn nhưng kết cấu strip seal, modular hay finger joint sẽ kéo theo phương án thép hoàn toàn khác nhau.

“Thép làm khe co giãn” thường không chỉ một mác thép đơn lẻ, mà thường được hiểu là phần cấu kiện thép tạo nên hệ khe co giãn I Unicosteel

Cấu tạo cơ bản của hệ khe co giãn dùng thép

Phần thép chịu lực và truyền tải

Phần thép là bộ phận chịu tải trực tiếp hoặc gián tiếp từ bánh xe xuống hệ khe co giãn, đồng thời giữ ổn định hình học của joint trong quá trình đóng mở. Với strip seal, phần thép thường là armor plate hoặc rail profile được neo vào bản mặt cầu; với modular joint, hệ thép gồm separator beams, edge beams, center beams và support bars; còn với finger joint, phần làm việc chính là các bản thép dạng ngón/răng lược ăn khớp với nhau để tạo khả năng bắc qua khe hở.

Phần kín nước hoặc đàn hồi

Không phải mọi khe co giãn đều kín nước như nhau. Theo FDOT, strip seal dùng gioăng neoprene dạng chữ V gắn cứng vào rail profile và có thể kín nước khi joint làm việc ở trạng thái kéo hoặc nén. Trong khi đó, finger joint thường được xếp vào nhóm joint mở, nên nhiều đơn vị phải bố trí thêm máng thoát nước hoặc hệ thu nước bên dưới để bảo vệ gối cầu, dầm đầu cầu và các cấu kiện lân cận.

Hệ neo, thoát nước và liên kết với kết cấu

Ngoài phần thép chính, một hệ khe co giãn hiệu quả còn cần neo giữ tốt vào kết cấu, có chi tiết chuyển tiếp với lớp phủ mặt cầu và có giải pháp thoát nước hợp lý. Tài liệu của TII cho biết nước tích tụ quanh khu vực joint có thể làm suy giảm liên kết giữa joint với lớp chống thấm hoặc lớp mặt, từ đó đẩy nhanh hư hỏng vùng lân cận. Vì vậy, khi chọn vật tư và thiết kế, phần thép không thể tách rời khỏi bài toán neo giữ, thoát nước và bảo trì.

Mô tả chỉ tiết thép hình làm khe co giãn I Unicosteel

Mô tả chỉ tiết thép hình làm khe co giãn I Unicosteel

Các dạng thép làm khe co giãn phổ biến hiện nay

Thép cho khe co giãn strip seal

Strip seal là lựa chọn phổ biến khi công trình cần khả năng kín nước tốt hơn và biên độ chuyển vị chưa quá lớn. FDOT mô tả strip seal là hệ joint gồm gioăng neoprene gắn vào armor plate/rail profile bằng thép và có thể đáp ứng chuyển vị tới khoảng 4 inch. WisDOT cũng cho biết strip seal được dùng thay cho finger joint hoặc sliding plate để giảm nước và rác đi xuống dưới kết cấu. Một số hướng dẫn thiết kế như của Colorado DOT còn ưu tiên strip seal cho công trình mới khi tổng chuyển vị dự kiến ở mức 4 inch trở xuống và góc skew không quá lớn.

Thép cho khe co giãn modular

Khi chuyển vị lớn hơn khả năng của strip seal một khe, phương án modular thường được đưa vào xem xét. FDOT nêu modular joint thường dùng cho độ mở lớn hơn 4 inch và có thể tới 24 inch, với ba nhóm thành phần chính là seals, separator beams và support bars. TII cũng mô tả modular joint là loại có một hoặc nhiều phần tử, trong đó seal đàn hồi nằm giữa các metal runners, còn các beam trung tâm được đỡ bởi hệ support beam và gối trượt để cho phép kết cấu dịch chuyển.

Thép cho khe co giãn finger joint hoặc răng lược

Finger joint là dạng joint mở với các bản thép dạng ngón hoặc răng lược đan vào nhau. Theo FDOT, loại này có thể xử lý chuyển vị lớn hơn 4 inch và thường được xem là phương án thay thế modular trong một số trường hợp, nhưng nhược điểm là cần quản lý tốt thoát nước và vệ sinh, vì rác kẹt trong khe có thể cản trở chuyển vị dọc. Hướng dẫn của TII cũng xếp nhóm có fingers vào các supported expansion joints, cho thấy đây là một họ cấu tạo riêng cần xác định rõ ngay từ đầu thay vì gọi chung là “thép khe co giãn”.

Thép làm khe co giãn cùng là một khe co giãn nhưng kết cấu strip seal, modular hay finger joint sẽ kéo theo phương án thép hoàn toàn khác nhau I Unicosteel

Một số loại mác thép khe co giãn phổ biến tại Unico

Thép làm khe co giãn tại Unico, các mác thép gồm Q235, Q345B và Q390B. Cụ thể, site hiện có các nhóm sản phẩm như “Thép làm khe co giãn Q345B, Q390B” và “Thép hình làm khe co giãn: mác Q235, Q345B”. Đây là nhóm mác thép kết cấu thường được doanh nghiệp quan tâm khi cần gia công cấu kiện thép cho hệ khe co giãn, đặc biệt ở các bài toán cần vừa đảm bảo khả năng chịu lực, vừa phù hợp với cấu tạo và phương án lắp đặt của công trình.

Q235 – Phù hợp với các hạng mục có yêu cầu cơ bản

Q235 là mác thép kết cấu có ký hiệu grade gắn với mức giới hạn chảy danh nghĩa 235 MPa trong hệ ký hiệu của tiêu chuẩn GB/T 700; bản thân tiêu chuẩn cũng nêu rõ tên mác thép được cấu thành từ chữ Q và giá trị giới hạn chảy tương ứng. Trong bối cảnh khe co giãn, Q235 thường phù hợp hơn với các hạng mục có yêu cầu cơ học ở mức cơ bản, hoặc các chi tiết không phải vị trí chịu tải trọng khắt khe nhất trong toàn bộ hệ joint. Khi doanh nghiệp cần tối ưu chi phí vật tư nhưng vẫn phải đảm bảo đúng cấu tạo theo bản vẽ, đây là mác thép nên được xem xét đầu tiên.

Q345B – Lựa chọn phổ biến khi công trình cần cân bằng giữa chịu lực và tính kinh tế

So với Q235, Q345B thuộc nhóm thép kết cấu cường độ cao hơn; tài liệu EOTA cho thấy với chiều dày danh nghĩa t ≤ 16 mm, Q345B có giới hạn chảy thấp nhất 345 MPa, trong khi Q235B ở cùng chiều dày là 235 MPa. Đây là lý do Q345B thường được nhiều đơn vị ưu tiên hơn khi cấu kiện thép khe co giãn cần khả năng chịu lực, độ ổn định và biên an toàn tốt hơn trong điều kiện khai thác thực tế. Trên website Unico, Q345B cũng xuất hiện ở cả nhóm thép làm khe co giãn lẫn thép hình làm khe co giãn, cho thấy đây là mác thép có tính ứng dụng khá rộng trong nhóm sản phẩm này.

Q390B – Phù hợp hơn với bài toán cần cường độ cao hơn

Q390B là mác thép cường độ cao hơn nữa trong nhóm thép kết cấu hợp kim thấp. Dữ liệu vật liệu theo GB/T 1591-2018 cho thấy với chiều dày t ≤ 16 mm, Q390B có giới hạn chảy tối thiểu 390 MPa và dải bền kéo 490–650 MPa. Q390B thường phù hợp hơn khi công trình hoặc cấu kiện khe co giãn có yêu cầu cao hơn về khả năng chịu lực, mức độ ổn định cơ học và điều kiện làm việc nặng hơn. Tuy nhiên, chọn Q390B không nên chỉ dựa trên việc “cường độ cao hơn”, mà cần bám sát bản vẽ, tải trọng thiết kế, chiều dày vật liệu và phương án gia công thực tế để tránh tăng chi phí không cần thiết.

Nhóm mác thép kết cấu thường được doanh nghiệp quan tâm khi cần gia công cấu kiện thép cho hệ khe co giãn, đặc biệt ở các bài toán cần vừa đảm bảo khả năng chịu lực, vừa phù hợp với cấu tạo và phương án lắp đặt của công trình I Unicosteel

Ứng dụng của thép làm khe co giãn trong công trình kỹ thuật

Ứng dụng điển hình nhất của thép làm khe co giãn là trong mặt cầu đường bộ, cầu cạn, các vị trí đầu cầu và các kết cấu có chuyển vị lặp lại theo tải trọng và nhiệt độ. Tiêu chuẩn của TII xác định phạm vi áp dụng cho expansion joints trên mặt cầu đường bộ, bao gồm cả cầu bộ hành, đồng thời nhấn mạnh việc lựa chọn joint phải phù hợp với dạng chuyển vị và điều kiện làm việc cụ thể.

Với các công trình có nhịp dài hoặc biến thiên nhiệt lớn, nhu cầu đối với phần thép của khe co giãn thường cao hơn vì hệ joint phải vừa chịu tải động lặp lại, vừa duy trì độ bền mỏi và độ ổn định hình học trong thời gian dài. FDOT lưu ý modular joints có nhiều chi tiết, chịu rất nhiều chu kỳ tải động, nên phần khung thép và các mối liên kết phải được thiết kế, lắp đặt và bảo trì rất chặt.

Cách chọn thép làm khe co giãn đúng theo yêu cầu công trình

Chọn theo biên độ chuyển vị và tải trọng

Đây là tiêu chí đầu tiên. Nếu chuyển vị nhỏ hoặc trung bình và ưu tiên kín nước, strip seal thường là lựa chọn hợp lý hơn. Nếu chuyển vị lớn, modular hoặc finger joint mới là nhóm cần xem xét. WisDOT và Colorado DOT đều dùng ngưỡng khoảng 4 inch như mốc quan trọng để phân biệt khi nào strip seal còn phù hợp và khi nào cần chuyển sang giải pháp lớn hơn.

Chọn theo mức độ kín nước, môi trường và bảo trì

Nếu công trình nhạy với nước thấm xuống gối, dầm và mố trụ, doanh nghiệp nên ưu tiên hệ có giải pháp kín nước hoặc kiểm soát nước tốt hơn. WisDOT cho biết strip seal và modular joints được khuyến nghị cho công trình mới vì giúp giảm hư hại cho các bộ phận lân cận so với các joint mở. Ngược lại, finger joint tuy xử lý chuyển vị lớn tốt nhưng thường cần máng thu nước và bảo trì vệ sinh nghiêm ngặt hơn.

Chọn theo hình học công trình và điều kiện khai thác

Góc skew, chênh cao, biến dạng đứng và điều kiện giao thông đều tác động đến lựa chọn cấu tạo thép của joint. EAD của EOTA nêu rõ góc skew ảnh hưởng đến phân bố tải từ bánh xe lên joint và phải được xét trong đánh giá kỹ thuật; tài liệu của TII cũng lưu ý có thể có nhiều loại joint cùng phù hợp trong một dải chuyển vị, nên quyết định cuối cùng cần xét thêm điều kiện hiện trường và site location.

Chọn theo chi tiết bản vẽ và phương án lắp đặt

Với khách hàng, câu hỏi đúng không phải chỉ là “giá thép làm khe co giãn bao nhiêu”, mà là joint kiểu gì, bản vẽ ra sao, cần thép biên hay finger plate, có kèm seal không, lắp mới hay thay thế, blockout hiện hữu như thế nào. Bản chất của vật tư khe co giãn là vật tư theo cấu tạo và chuyển vị, nên chốt sai từ đầu sẽ kéo theo sai cả phần gia công, neo lắp và tuổi thọ khai thác.

 

Thép làm khe co giãn không nên được hiểu đơn giản là một thanh thép hay một mác thép bất kỳ. Trong ngữ cảnh cầu đường và công trình kỹ thuật, đó là nhóm cấu kiện thép cấu thành hệ khe co giãn, và mỗi loại joint như strip seal, modular hay finger joint sẽ yêu cầu cấu tạo thép, khả năng làm việc và phương án lắp đặt khác nhau. Chọn đúng từ đầu sẽ giúp công trình vận hành ổn định hơn, giảm rủi ro thấm nước, hạn chế hư hỏng vùng lân cận và tối ưu chi phí bảo trì dài hạn.

Nếu doanh nghiệp đang tìm giải pháp vật liệu đồng bộ hơn cho dự án, ngoài thép làm khe co giãn, có thể tham khảo thêm các danh mục liên quan tại Unico như thép tròn hợp kim, thép thanh vuông, thanh hình cacbon – hợp kim, thép làm khuôn, thép rèn, thép kháng thời tiết, thép chịu mài mòn, ống hợp kim – cacbon, thanh lục giác và thép gia công cắt theo yêu cầu. Việc mở rộng sang các nhóm vật liệu liên quan sẽ giúp doanh nghiệp rút ngắn thời gian tìm nguồn cung và dễ đồng bộ vật tư hơn trong cùng một dự án hoặc dây chuyền sản xuất.

Gửi bản vẽ hoặc yêu cầu kỹ thuật để Unico hỗ trợ đúng loại thép khe co giãn, điều quan trọng không chỉ là có thép, mà là chọn đúng cấu tạo, đúng khả năng chuyển vị và đúng phương án gia công cho công trình thực tế.