การศึกษาโมเดลโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กในประเทศไทยสำหรับการออกแบบในภาวะสุดขีด

Abstract

การออกแบบโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กในประเทศไทย โดยทั่วไปยังคงใช้วิธีกำลังใช้งานหรือวิธีกำลังประลัยเป็นส่วนใหญ่ โดยอิงมาตรฐานการออกแบบของ ACI เป็นแนวทาง แต่การออกแบบด้วยวิธีภาวะสุดขีดได้รับความสนใจค่อนข้างน้อย ทั้งที่วิธีการและมีมาตรฐานใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศยุโรป และอีกหลายๆ ส่วนของโลก งานศึกษาวิจัยนี้จะศึกษาโมเดลของพฤติกรรมทางโครงสร้างขององค์อาคารคอนกรีตเสริมเหล็กเพื่อพัฒนาเป็นมาตรฐานการออกแบบในภาวะสุดขีด โดยเน้นข้อมูลตามปัจจัยและสภาพแวดล้อมของประเทศไทยเป็นอันดับแรก เกี่ยวกับวัสดุการออกแบบ และการก่อสร้าง การศึกษาจะวิเคราะห์โมเดลตรวจสอบความแม่นยำ และความน่าเชื่อถือทางโครงสร้างที่เป็นความมั่นคงแข็งแรง และความปลอดภัยเทียบกับมาตรฐานสากล การศึกษานี้ได้แบ่งเนื้อหาของการศึกษาเป็นสี่ส่วน ได้แก่ โมเดลของกำลังวัสดุ ความน่าเชื่อถือทางโครงสร้างกำลังของโครงสร้างในภาวะสุดขีดประลัย และพฤติกรรมในสภาวะสุดขีดบริการ ผลการศึกษาพบว่า วัสดุในโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก คือ คอนกรีตที่มีกำลังอัดจาก 200-1000 กก/ซม2 ทดสอบด้วยตัวอย่างทรงกระบอกและเหล็กเสริมที่ใช้เป็นเหล็กข้ออ้อยกำลัง 3000 4000 และ 5000 กก/ซม2 ตัวคูณสำหรับน้ำหนักบรรทุกคงที่ และน้ำหนักบรรทุกจรตามสภาพการก่อสร้าง และน้ำหนักจรตามกฎหมายในประเทศจะให้ค่า 1.30 และ 1.70 ตามลำดับ ค่าของส่วนความปลอดภัย สำหรับงานคอนกรีตเป็น 1.73 ในขณะที่ค่าของส่วนความปลอดภัยของเหล็กเสริมเป็น 1.16 กราฟความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยแรงอัด และความเครียดจะเป็นสมการเส้นโค้งที่ให้ค่าความเครียดที่หน่วยแรงอัดสูงสุดจะเพิ่มขึ้นตามกำลังอัดของคอนกรีต ในขณะที่ค่าความเครียดสูงสุดที่ประลัยจะลดลงเมื่อกำลังอัดสูงขึ้น การจำลองแบบการกระจายของหน่วยแรงดัด เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเสมือน ให้ค่ากำลังดัดสอดคล้องกับการกระจายของหน่วยแรงจริงโดยมีความคลาดเคลื่อนเพียง 3% ปริมาณเหล็กเสริมสูงสุดของหน้าตัดองค์อาคารรับแรงดัดมีค่า 0.389 ของปริมาณเหล็กเสริมที่ภาวะดุลย์ ในกรณีของแรงเฉือนการศึกษาจากข้อมูลการทดสอบ สามารถคำนวณหากำลังเฉือน ประกอบด้วยส่วนของหน้าตัดคอนกรีตและส่วนของเหล็กปลอกตามทฤษฎี Truss Analogy หน้าตัดรับแรงบิดการคำนวณกำลังบิดได้จากปริมาณเหล็กเสริมตามทฤษฎี Space Truss Analogy ในกรณีของเสาหรือองค์อาคารรับแรงอัดพบว่า กำลังอัดในหน้าตัดคอนกรีตคิดได้เพียงบางส่วนของกำลังอัดทรงกระบอกตามสัดส่วน 0.60+100/fck แต่ต้องไม่เกิน 0.85 อนึ่งกำลังดัดในเสาจะมีพฤติกรรมที่สอดคล้องกับกรณีของแรงดัด โดยกรณีของเสายาวสามารถคำนวณออกแบบโดย ใช้ค่าตัวขยายโมเมนต์จากการโก่งตัว สำหรับแรงยึดเหนี่ยวที่ใช้คำนวณระยะพัฒนาของเหล็กเสริม ในสภาวะสุดขีดให้ค่าที่สอดคล้องกับวิธีการกำลังประลัย การศึกษาพฤติกรรมในภาวะสุดขีดบริการที่เกี่ยวกับ การโก่งตัว การแตกร้าว การสั่นสะเทือน ความล้า อัตราการทนไฟ การคืบตัวและการหดตัว และความทนทานของโครงสร้าง สามารถทำนายและควบคุมให้อยู่ในพิกัดได้