Mô đun tiết diện: đàn hồi (Wel) vs dẻo (Wpl)

Mở bất kỳ bảng tra thép nào, bạn thấy hai mô đun tiết diện cạnh nhau: Wel và Wpl. Chúng không phải hai lựa chọn theo sở thích - chúng mô tả hai trạng thái khác nhau của cùng tiết diện, và quy phạm quyết định bạn được dùng cái nào.

Mô đun đàn hồi: chảy dẻo đầu tiên

Mô đun tiết diện đàn hồi Wel liên hệ mô men với ứng suất uốn lớn nhất ở thớ biên:

$\sigma_{max} = \frac{M}{W_{el}}, \qquad W_{el} = \frac{I}{c}$

với I là mô men quán tính và c là khoảng cách tới thớ biên. Khả năng mô men đàn hồi - mô men vừa đưa thớ ngoài tới chảy dẻo - là Mel = Wel · fy.

Mô đun dẻo: dẻo hóa hoàn toàn

Tiếp tục gia tải, chảy dẻo lan vào trong cho tới khi toàn tiết diện dẻo hóa - một khớp dẻo. Mô men ở trạng thái đó dùng mô đun tiết diện dẻo:

$M_{pl} = W_{pl} \cdot f_y$

Wpl luôn lớn hơn Wel về mặt hình học. Khoảng chênh đó là dự trữ cường độ thực, dùng được.

Hệ số hình dạng

Tỉ số của chúng là hệ số hình dạng, α = Wpl / Wel. Nó chỉ phụ thuộc hình dạng:

• Hình chữ nhật: 1,5
• Tiết diện I điển hình (trục chính): ≈ 1,12-1,18
• Hình tròn đặc: ≈ 1,70

Dầm I có hệ số hình dạng thấp vì phần lớn vật liệu đã nằm ở cánh, gần chảy dẻo ngay từ đầu.

Bạn được dùng cái nào?

Đây là lúc phân cấp tiết diện vào cuộc. Tiết diện chỉ đạt Mpl nếu không mất ổn định cục bộ trước:

• Cấp 1 và 2 (chắc) - dẻo hóa hoàn toàn, dùng Wpl.
• Cấp 3 (nửa chắc) - đạt chảy dẻo đầu tiên nhưng mất ổn định trước khi dẻo hóa hoàn toàn, giới hạn ở Wel.
• Cấp 4 (mảnh) - mất ổn định trước chảy dẻo; dùng mô đun hiệu dụng, còn nhỏ hơn.

Vậy bảng tra cho cả hai vì cấp của tiết diện - đặt bởi độ mảnh cánh và bụng - quyết định quyền dùng của bạn. Tìm giới hạn cấp trong bảng tra EC3 và giá trị Wel/Wpl cho mọi kích thước trong danh mục thép.