Máy Tính Trọng Lượng Thép - Trọng Lượng Ngay Lập Tức cho Thanh, Tấm & Ống

Máy tính khối lượng thép

Máy tính khối lượng thép xác định khối lượng của một chi tiết thép dựa trên hình dạng và kích thước của nó. Máy tính hoạt động với ba hình dạng phổ biến: thanh đặc, tấm phẳng và ống rỗng. Máy tính nhân thể tích của hình dạng với khối lượng riêng của thép, sau đó đưa ra kết quả theo kilôgam, gam và pao.

Biết khối lượng của một chi tiết thép là điều cần thiết trước khi đặt mua, nâng hoặc vận chuyển. Xưởng cần thông tin này để định giá việc cắt. Kỹ sư cần nó để kiểm tra rằng dầm không vượt quá tải trọng thiết kế của kết cấu. Người vận hành cần cẩu cần nó để xác nhận tải nằm trong sức nâng định mức của máy.

Công thức tính khối lượng thép

Công thức tổng quát là:

$\text{Khối lượng} = \text{Thể tích} \times \text{Khối lượng riêng}$

Khối lượng riêng là khối lượng chứa trong một thể tích nhất định của vật liệu. Thép mềm (thép cacbon) có khối lượng riêng là 7,85 gam trên centimet khối (g/cm³). Điều đó có nghĩa là một centimet khối thép mềm, một khối nhỏ hơn viên đường, nặng 7,85 gam.

Thể tích được đo bằng centimet khối (cm³) và phụ thuộc vào hình dạng. Ba hình dạng dưới đây sử dụng các công thức tính thể tích khác nhau, vì vậy việc chọn đúng công thức là rất quan trọng.

Công thức tính thể tích thanh (hình trụ)

Thanh là một hình trụ đặc, chẳng hạn như thanh tròn hoặc một đoạn cốt thép.

$V = \pi \times r^2 \times L$

• V = thể tích (cm³)
• r = bán kính của thanh (cm), bằng đường kính chia cho 2
• L = chiều dài của thanh (cm)

Công thức tính thể tích tấm (bản phẳng)

Tấm là một khối chữ nhật phẳng, chẳng hạn như thép tấm hoặc tôn.

$V = L \times W \times T$

• L = chiều dài (cm)
• W = chiều rộng (cm)
• T = chiều dày (cm)

Công thức tính thể tích ống (hình trụ rỗng)

Ống là một hình trụ có phần rỗng ở giữa. Thể tích của nó bằng thể tích hình trụ ngoài trừ đi thể tích hình trụ trong (phần rỗng).

$V = \pi \times L \times (R_o^2 - R_i^2)$

• L = chiều dài (cm)
• R_o = bán kính ngoài (cm), bằng đường kính ngoài chia cho 2
• R_i = bán kính trong (cm), bằng đường kính trong chia cho 2

Khi đã biết thể tích, khối lượng tính bằng kilôgam được xác định như sau:

$\text{Cân nặng (kg)} = \frac{\text{Thể tích (cm}^3\text{)} \times 7.85}{1000}$

Cách tính khối lượng thép

1. Xác định hình dạng: thanh, tấm hoặc ống.
2. Đo các kích thước cần thiết bằng centimet (đường kính và chiều dài đối với thanh; chiều dài, chiều rộng và chiều dày đối với tấm; đường kính ngoài, đường kính trong và chiều dài đối với ống).
3. Áp dụng công thức tính thể tích tương ứng ở trên.
4. Nhân thể tích với 7,85 g/cm³ để được khối lượng tính bằng gam, sau đó chia cho 1000 để đổi sang kilôgam.
5. Để tính bằng pao, chia khối lượng tính bằng gam cho 453,59237. Một pao được định nghĩa chính xác là 0,45359237 kilôgam, vì vậy 453,59237 gam bằng một pao.

Đối với ống, đường kính trong phải nhỏ hơn đường kính ngoài. Nếu một ống có đường kính ngoài 5 cm và thành ống dày 0,3 cm, đường kính trong là 5,0 − (2 × 0,3) = 4,4 cm, không phải 4,7 cm, vì thành ống nằm ở cả hai phía của lỗ rỗng.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Một thanh thép

Một thanh có đường kính 2,5 cm và chiều dài 300 cm.

1. Bán kính = 2,5 ÷ 2 = 1,25 cm
2. Thể tích = π × 1,25² × 300 ≈ 1.472,6 cm³
3. Khối lượng = 1.472,6 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 11,56 kg (11.560,1 g ÷ 453,59237 ≈ 25,49 pao)

Ví dụ 2: Một tấm thép

Một tấm có chiều dài 120 cm, chiều rộng 80 cm và chiều dày 0,3 cm.

1. Thể tích = 120 × 80 × 0,3 = 2.880 cm³
2. Khối lượng = 2.880 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 22,61 kg

Ví dụ 3: Một ống thép

Một ống có đường kính ngoài 4,2 cm, đường kính trong 3,8 cm và chiều dài 250 cm.

1. Bán kính ngoài = 2,1 cm; bán kính trong = 1,9 cm
2. Thể tích = π × 250 × (2,1² − 1,9²) = π × 250 × 0,8 ≈ 628,3 cm³
3. Khối lượng = 628,3 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 4,93 kg

Khối lượng riêng của thép theo loại

Giá trị 7,85 g/cm³ áp dụng cho thép mềm (thép cacbon), vốn chủ yếu là sắt với một lượng nhỏ cacbon. Các hợp kim thép và kim loại khác có giá trị khác:

Để ước tính khối lượng của một kim loại khác, nhân kết quả của thép với (khối lượng riêng của kim loại đó chia cho 7,85).

Các câu hỏi thường gặp

Vì sao khối lượng tính toán khác với khối lượng do nhà cung cấp báo?

Một số yếu tố gây ra chênh lệch nhỏ. Các nhà máy thép sản xuất thanh và tấm trong phạm vi dung sai gia công, vì vậy một thanh “10 mm” có thể thực tế đo được 9,8–10,2 mm. Lớp phủ cũng làm tăng khối lượng: mạ kẽm nhúng nóng tăng khoảng 3–5%, còn vảy cán, lớp ôxít sẫm màu còn lại sau khi cán nóng, tăng khoảng 0,5–1%. Khối lượng tính toán thường nằm trong khoảng 2–3% so với khối lượng cân thực tế, đủ gần để dùng cho báo giá và lập kế hoạch vật liệu.

Có thể dùng công thức này cho thép không gỉ hoặc nhôm không?

Có, bằng cách điều chỉnh theo khối lượng riêng. Nhân kết quả của thép mềm với tỷ số giữa khối lượng riêng của kim loại kia và 7,85. Đối với thép không gỉ, cộng thêm khoảng 2%. Đối với nhôm, chia cho khoảng 2,9. Bảng khối lượng riêng ở trên cung cấp các hệ số điều chỉnh cho những kim loại phổ biến khác.

Tính khối lượng cốt thép như thế nào?

Cốt thép được tính giống như thanh đặc, sử dụng đường kính danh nghĩa. Cốt thép gân, có các gân để tăng độ bám, nặng hơn khoảng 1–2% so với thanh trơn cùng đường kính; chênh lệch này đủ nhỏ để có thể bỏ qua trong hầu hết các phép ước tính. Một thanh cốt thép 10 mm có khối lượng khoảng 0,62 kg trên mỗi mét khi dùng công thức tính thanh; một thanh cốt thép 16 mm có khối lượng khoảng 1,58 kg trên mỗi mét.

Tính khối lượng ống vuông hoặc ống chữ nhật như thế nào?

Ống vuông và ống chữ nhật không phải là hình trụ, vì vậy không thể áp dụng trực tiếp công thức tính thanh và ống. Thay vào đó, lấy thể tích đặc bên ngoài trừ đi thể tích rỗng bên trong: thể tích ngoài bằng chiều dài × chiều rộng ngoài × chiều cao ngoài, còn thể tích trong bằng chiều dài × (chiều rộng ngoài − 2 × chiều dày thành ống) × (chiều cao ngoài − 2 × chiều dày thành ống). Với chiều dài 100 cm, kích thước ngoài 5 cm × 3 cm và thành dày 0,3 cm: thể tích ngoài là 1.500 cm³, thể tích trong là 100 × 4,4 × 2,4 = 1.056 cm³, do đó thể tích thép là 444 cm³, cho khối lượng khoảng 3,49 kg.

Vì sao sai số đo nhỏ lại ảnh hưởng nhiều đến vậy?

Thể tích của thanh hoặc ống phụ thuộc vào bình phương bán kính, vì vậy một sai số nhỏ về đường kính sẽ bị khuếch đại. Sai số 1 mm trên đường kính 10 cm làm thay đổi khối lượng tính toán khoảng 2%. Đo bằng thước cặp thay vì thước dây giúp kết quả gần với khối lượng cân thực tế hơn.

Tài liệu tham khảo

1. ASTM A6/A6M-19, Tiêu chuẩn kỹ thuật về các yêu cầu chung đối với thanh, tấm, hình thép kết cấu cán và cọc ván, ASTM International, 2019.
2. Viện Xây dựng Thép Hoa Kỳ, Sổ tay kết cấu thép, lần xuất bản thứ 15.
3. BS EN 10025-1:2004, Sản phẩm thép kết cấu cán nóng — Điều kiện giao hàng kỹ thuật chung, Viện Tiêu chuẩn Anh.
4. B. N. Taylor và A. Thompson (biên tập), Ấn phẩm đặc biệt 811 của NIST: Hướng dẫn sử dụng Hệ đơn vị quốc tế (SI), ấn bản 2008, Phụ lục B.8 (1 pao avoirdupois = chính xác 0,453 592 37 kg).