การศึกษาอัตราการเสียกำลังของโครงสร้างสะพานกษัตริย์ศึก

Abstract

กำลังของโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก จะขึ้นอยู่กับการสูญเสียกำลังของวัสดุ คือ คอนกรีต และเหล็กเสริม รวมไปถึงการสูญเสียหน้าตัดของชิ้นส่วนโครงสร้างอันเกิดจากรอยแตกร้าว และการเปลี่ยนสภาพของวัสดุ คุณสมบัติของวัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามเวลาจากสาเหตุหลายประการ ในการศึกษานี้ได้พิจารณาจาก การเกิดคาร์บอเนชั่น การแตกร้าว และการเกิดสนิม โดยพิจารณาผลสืบเนื่องจากสภาวะแวดล้อมของสะพานกษัตริย์ศึกษา ตามสภาพอากาศ การระบายน้ำฝน และน้ำหนักบรรทุกจากการจราจร การศึกษาเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบสภาพสะพาน ขนาดและมิติของชิ้นส่วนโครงสร้างสะพานทั้งส่วนที่เป็นพื้น, คาน, ตอม่อ และเสา จากแบบ และจากสภาพจริงในสนาม ซึ่งประกอบด้วยขนาดและรอยแตกร้าว การแตกร่อน การเป็นสนิม ขนาดหน้าตัดจริง การแอ่นตัว ความลึกคาร์บอเนชั่น และขนาดหน้าตัดเหล็กเสริมคงแหลือจากมิติที่ตรวจวัดได้ วิเคราะห์หาขบวนการเกิดคาร์บอเนชั่นอันสืบเนื่องมาจากการเกิดปฏิกิริยาเคมี จากมิติที่ตรวจวัดได้ วิเคราะห์หาขบวนการเกิดคาร์บอเนชั่นอันสืบเนื่องมาจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และแคลเซียมไฮดรอกไซด์ส่งผลให้กำลังของคอนกรีตลดลงและทำให้ความเป็นด่างของคอนกรีตลดลง และยังมีผลทำให้แผ่นฟิล์มที่ป้องกันเหล็กเสริมถูกทำลาย ความชื้นสามารถซึมผ่านเข้าไปถึงเหล็กและทำปฏิกิริยาเกิดสนิมเหล็กขึ้น ปริมาตรของเหล็กเมื่อเกิดสนิมจะมากกว่าเดิม ทำให้เกิดแรงดันจนคอนกรีตปริแตก และเกิดรอยร้าว อนึ่งรอยแตกร้าวยังสามารถเกิดได้จากน้ำหนักบรรทุกที่กระทำต่อโครงสร้าง ส่งผลให้ออกซิเจนเข้าไปทำปฏิกิริยากับเหล็ก และเกิดสนิมในอัตราที่เร็วขึ้น อัตราการเกิดคาร์บอเนชั่น และการเกิดสนิม ได้ศึกษาวิเคราะห์ และสามารถพยากรณ์ได้จากสัดส่วนผสมของคอนกรีต คือปริมาณซีเมนต์ สัดส่วนน้ำต่อซีเมนต์ ความชื้นในอากาศ และความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ นอกจากนี้ยังพบว่า อัตราการเกิดสนิมขึ้นอยู่กับการเกิดรอยแตกร้าวด้วย ผลการศึกษาพบว่า กำลังของคอนกรีตมีกำลังสูงขึ้นตามอายุการใช้งาน แต่ส่วนที่เกิดคาร์บอเนชั่นมีกำลังลดลง และทำให้น้ำซึมผ่านได้ง่ายขึ้นตามอายุ ส่วนหน้าตัดของชิ้นส่วนจะมีพฤติกรรมคุณสมบัติหน้าตัดเปลี่ยนไปตามรอยแตกร้าว และความลึกของการเกิดคาร์บอเนชั่น เป็นผลให้กำลังรับแรงดัด, กำลังรับแรงเฉือน, กำลังรับแรงอัด และการแอ่นตัว เปลี่ยนแปลงไปตามอายุด้วย ทั้งนี้จากผลกระทบของสภาวะแวดล้อม และการเสื่อมสภาพของวัสดุ อนึ่งเมื่อเหล็กเสริมเกิดสนิม ความเสียหายและการสูญเสียกำลังยิ่งเพิ่มขึ้นในอัตราที่รุนแรงกว่า รวมทั้งการแอ่นตัวเป็นไปในอัตราที่มากขึ้น ผลจากการวิเคราะห์ภายใต้น้ำหนักรถโดยสารทั่วไปในช่วง 65 ปีของการใช้สะพาน จะทำให้กำลังเฉือนของคานลดลง 10% และกำลังของเสาลดลง 10% แต่หากบรรทุกน้ำหนักด้วยรถบรรทุก 10 ล้อ ในช่วง 65 ปี ของการใช้งานสะพาน จะทำให้กำลังดัดของคานลดลงถึง 20% กำลังเฉือนของคานลดลงถึง 20% และเสามีกำลังลดลงถึง 10% ตามลำดับ อนึ่งการแอ่นตัวในช่วง 65 ปี จะเพิ่มจาก 0.97 ชม. ถึง 1.89 ชม. เมื่อรับน้ำหนักบรรทุกรถ 10 ล้อ