การวิเคราะห์เชิงเวลาของการหดตัวของเสาเชิงประกอบในอาคารสูง ตามขั้นตอนการก่อสร้าง

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาพฤติกรรมการหดตัวของเสาหน้าตัดคอนกรีตเสริมเหล็กรวมทั้งเสาเชิงประกอบภายใต้น้ำหนักบรรทุกกระทำคงค้าง (Sustained load) โดยพิจารณาถึงผลที่เกิดขึ้นทันทีทันใด และผลแปรเปลี่ยนเชิงเวลาจากการคืบ (Creep) และการหดตัว (shrinkage) ของคอนกรีต ในวิธีวิเคราะห์ที่ใช้ได้จำลองโครงสร้างเป็นโครงข้อแข็งประกอบด้วยชิ้นส่วนคานขนาดสม่ำเสมอ (Prismatic beam element) ซึ่งสมมติว่าไม่เกิดการแตกร้าวในช่วงใช้งานเหล็กเสริม และเหล็กรูปพรรณซึ่งเสริมในชิ้นส่วนคานจะถือว่ามีการยึดเหนี่ยวกับคอนกรีตอย่างสมบูรณ์ จึงทำให้เขียนสติฟเนสของเหล็กได้ในพจน์การเปลี่ยนตำแหน่งของขั้วของชิ้นส่วนคาน โดยวิธีสติฟเนสโดยตรง (Direct stiffness method) สามารถทำการสังเคราะห์สติฟเนสของโครงสร้างตามเวลา โดยที่พฤติกรรมเชิงเวลาของคอนกรีตถูกจำลองด้วยวิธีโมดูลัสเทียบเท่าปรับแก้อายุ (Age-adjusted effective modulus method) ค่าสัมประสิทธิ์การคืบจะพิจารณาตามข้อแนะนำของคณะกรรมการ ACI 209 การวิเคราะห์จะพิจารณาสภาพการเพิ่มน้ำหนักบรรทุกตามขั้นตอนการก่อสร้างด้วย วิธีวิเคราะห์ที่เสนอนี้เหมาะสำหรับประยุกต์ใช้ในการประมาณค่าการหดตัวที่แตกต่างกันเของเสา (Differential column shortening) ซึ่งมีความจำเป็นต้องคำนึงถึงในอาคารสูงจากผลลัพธ์การวิเคราะห์เสาเดี่ยวซึ่งมีปริมาณเหล็กเสริม 1%, 2%, 5% และ 8% เมื่อเปรียบเทียบกับผลจากวิธีแรงของ Beasley พบว่าการคำนวณโดยวิธีสติฟเนสอย่างละเอียดจะให้ผลลัพธ์ตรงกัน ส่วนวิธีประมาณโดนใช้ค่าสติฟเนสที่เวลาเฉลี่ยในช่วงเวลาที่พิจารณาจะให้ความผิดพลาดมากที่สุดประมาณ 10%-12% ของค่าจริง เหล็กเสริม (หรือเหล็กรูปพรรณที่เสริม) ในคอนกรีตจะให้ผลเหนี่ยวรั้งทำให้ลดการหดตัวของเสาอันเกิดจากการคืบ และการหดตัว จากการสูญเสียความชื้นในคอนกรีตให้น้อยลงได้ 20%-70% สำหรับปริมาณเหล็กเสริม 1%-8% โดยอัตราการลดนี้ไม่เป็นแบบเชิงเส้น แต่จะมีอัตราลดลงเร็วประมาณ 15%-20% เมื่อปริมาณเหล็กเสริมอยู่ในช่วง 1%-2% และอัตรานี้จะเหลือราว 5% ที่ปริมาณเหล็กเสริม 8% ผลจากการเหนี่ยวรั้งของเหล็กเสริมทำให้เกิดการปรับกระจายแรงภายในคอนกรีตลดลงและส่งถ่ายไปยังเหล็กเสริมเพิ่มขึ้น ทำให้หน่วยแรงภายในเหล็กเสริมที่เวลาอนันต์มีค่าประมาณ 2-3.5 เท่าของหน่วยแรงเริ่มแรก การวิเคราะห์ผลการหดตัวของเสาในกรณีศึกษาคือ อาคารใบหยก 2 พบว่าการหดตัวที่แตกต่างกันของเสาคู่ประชิดกันที่ชั้นบนสุดมีค่ามากที่สุดประมาณ 22.5 มม.ในกรณีที่สมมติว่าเสาหดตัวได้โดยอิสระ แต่ถ้าพิจารณาผลการเหนี่ยวรั้งของคานยึดระหว่างเสาที่ทุกชั้น ค่าการหดตัวที่แตกต่างกันนี้จะลดลงประมาณ 20% จากค่าการหดตัวอย่างอิสระ