ความแข็งแรงของผนังคอนกรีตกลวงสำเร็จรูปในการรับแรงด้านข้าง

Abstract

แผ่นคอนกรีตกลวงสำเร็จรูปสามารถใช้ประกอบกันเป็นผนังของอาคารได้ เพื่อประหยัดเวลาในการก่อสร้างและยังให้ความแข็งแรงทางโครงสร้างเพื่อรับแรงด้านข้าง แต่เนื่องจากรูปหน้าตัดไม่เท่ากันตลอดเหมือนแผ่นคอนกรีตตันทั่วๆ ไป อีกทั้งยังมีรอยต่อระหว่างแผ่นที่ใช้วัสดุก่อที่แตกต่างออกไป จึงไม่สามารถวิเคราะห์อย่างง่ายๆ ได้ และต้องมีการศึกษาหากำลังและพฤติกรรมการรับแรงด้านข้างของผนังโดยใช้ขนาดเท่าของจริงด้วยวิธีการทดสอบและวิเคราะห์ด้วยวิธีการทางไฟไนท์เอเลเมนท์ โดยกำหนดให้ผนังคอนกรีตกลวงสำเร็จรูปบรรจุในโครงข้อแข็ง เมื่อรับแรงกระทำภายนอกทางด้านข้าง จะถ่ายแรงเข้าผนังที่ผิวสัมผัส แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงข้อแข็งกับผนังกระทำต่อด้วยการกระจายแบบสามเหลี่ยม ในการทดสอบจะแทนแรงกระจายรูปสามเหลี่ยมด้วยแรงเสมือนแบบจุด กระทำต่อผนังโดยตรง ตัวอย่างทดสอบเป็นกำแพงกลวงโดยมีความหนา 10 ซม. ส่วนที่กลวงหนา 5 ซม. ผนังทดสอบจะยาวแตกต่างกัน แต่มีความสูงหลังก่อแล้วเท่ากัน คือ 250.5 ซม. ทั้งนี้โดยให้สัดส่วนความยาวต่อความสูงมีค่าระหว่าง 0.60-1.40 ผลการทดสอบพบว่า กำลังของกำแพงจะมีความสัมพันธ์เป็นเส้นตรงกับการแอ่นตัวและความเครียดภายใน การวิบัติจะเกิดขึ้นจากรอยแตกร้าวตามแนวปูนก่อระหว่างแผ่น และการวิบัติจะเกิดขึ้นแบบกะทันหัน ไม่มีสัญญาณเตือนล่วงหน้า การวิบัติจะเกิดจากการเฉือนผ่านรอยปูนก่อ กำลังของกำแพงจึงขึ้นอยู่กับกำลังการยึดเกาะของแนวปูนก่อเป็นสำคัญ ในการวิเคราะห์โดยวิธีไฟไนท์เอเลเมนท์ให้กำลังการรับแรงด้านข้างของผนังคอนกรีตกลวงสำเร็จรูปสอดคล้องกับผลการทดสอบเป็นอย่างดี และการวิบัติของผนังในการวิเคราะห์ ชี้บ่งออกมาในรูปของแรงเฉือนตามรอยปูนก่อ เช่นเดียวกับผลการทดลอง กำลังของผนังจากการทดลอง จะวิเคราะห์อย่างง่ายพบว่า กำลังของผนังรับแรงเฉือนจะมีค่าประมาณ 6 ตัน/เมตร หรือ 6 กก/〖ซม〗^2 ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับค่าหน่วยแรงเฉือนที่ยอมให้สำหรับกำแพงตาม ACI 318-83 คือ (0.87 √(f_c^1 ) ) / 1.5 เมื่อ f_c^1 คือ กำลังของปูนก่อ อายุ 28 วัน และค่าตัวคูณ 1.5 จากหน่วยแรงเฉือนสูงสุดที่แกนสะเทินของหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้า และเนื่องจากผนังมีแรงกดควบคู่กับแรงทางข้าง จึงอาจคำนวณกำลังด้วยวิธีประมาณจาก P_h = c [ (3.48 √(f_(c )^1 ) Lt (L/H))/(6(L/H)- l ) ] และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างทางแนวราบสูงสุด Δh = P_h/(0.09 (L/H)+0.094)Et ทั้งนี้เมื่อ Ph คือ กำลังรับแรงในแนวราบของผนัง (กก) C คือ แฟคเตอร์ลดกำลังเนื่องจากคุณภาพฝีมือมีค่าระหว่าง 0.60-0.75 L และ H คือ ความยาวและความสูงของผนัง (ซม) t คือ ความหนาหน้าตัดรวม (ซม) Δh คือ ค่าการเปลี่ยนรูปร่างทางแนวราบสูงสุด (ซม) และ E คือ โมดูลัสยืดหยุ่นของคอนกรีต (กก/ซม²) ผลการทดสอบเปรียบกับพยากรณ์โดยใช้สูตรของ Benjamin และ William ซึ่งวิเคราะห์โดยใช้พื้นฐานการวิบัติด้วยแรงเฉือนที่รอยต่อ ให้ค่าสอดคล้องกับผลการทดสอบ โดยมีความแตกต่างประมาณ 25% และเมื่อเปรียบเทียบกับสูตร Turnsek, Cacovic และสูตรของอเนก ซึ่งวิเคราะห์โดยใช้พื้นฐานการวิบัติด้วยหน่วยแรงดึงหลัก จะให้ค่าสูงกว่าประมาณ 16-77 % และ 70-220 % ตามลำดับ ทั้งนี้จะเห็นความแตกต่างมากสำหรับการวิเคราะห์โดยพื้นฐานการวิบัติที่หน่วยแรงดึง สืบเนื่องจากการวิบัติของผนังคอนกรีตกลวงสำเร็จรูปแตกต่างออกไปจากกำแพงก่ออิฐตันโดยที่การวิบัติจะเป็นการเฉือนผ่านปูนก่อแทนที่จะเป็นแรงดึงทแยง การวิจัยนี้ได้ตรวจสอบเสถียรภาพพบว่า ไม่มีการโก่งเดาะแต่อย่างใด ไม่ว่าจะเพียงเฉพาะส่วนบางของผนังหรือทั้งแผง อีกทั้งในแนวดิ่ง แนวราบและแนวทแยง