การวิบัติของคานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงยาว

การเกิดการโก่งงอหรือการโก่งตัวมากเกินไปรอบแกนอ่อนของคานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงที่เพรียวบาง หรือแม้แต่การพังทลายของสะพานคานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงในสถานที่ก่อสร้างระหว่างขั้นตอนการยก ไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยาก แต่สิ่งนี้ยังคงเกิดขึ้นในปัจจุบัน ทั้งที่มีมาตรฐานความปลอดภัย แนวทางปฏิบัติ และประสบการณ์ทางวิศวกรรมที่สั่งสมมาหรือไม่? ใช่ ยังคงเกิดขึ้น แล้วเป็นเพราะอะไร? ปัญหาคืออะไร?

ความไม่เสถียรด้านข้างของคานอัดแรงยาว

คานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูป หรือคานหลักถูกนำมาใช้ในโครงการที่หลากหลาย โดยทั่วไปได้แก่ โรงงานอุตสาหกรรม ห้างสรรพสินค้า คลังสินค้า หรือสะพานคานที่ทำจากคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรง ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีหลายประการ เช่น วัสดุที่ใช้ รูปทรงหน้าตัดที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และลวดอัดแรงขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้สามารถรองรับช่วงความยาวที่มากขึ้นได้ เนื่องจากช่วงความยาวที่เพิ่มขึ้น น้ำหนักรวมของคานดังกล่าวก็เพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งบางครั้งทำให้ขั้นตอนการขนส่งและการจัดการเป็นกรณีแรงกระทำวิกฤตในการออกแบบโครงสร้าง ดังแสดงในรูปที่ [3]

กลยุทธ์ทั่วไปในการแก้ปัญหานี้คือการลดน้ำหนักตัวเองของคานโดยการลดความกว้างของปีก อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ยังลดความแข็งแกร่งของแกนอ่อนและความแข็งแกร่งต่อการบิดของชิ้นส่วนด้วย ซึ่งขยายความเสี่ยงของความไม่เสถียรด้านข้าง [1]

อุบัติเหตุและความเสียหายที่รายงานเนื่องจากความไม่เสถียรด้านข้างมักเกี่ยวข้องกับความเยื้องศูนย์ที่กระตุ้นผลอันดับสองในระหว่างสถานการณ์การรับแรงชั่วคราว (การยก การขนส่ง และการรองรับบนแบริ่ง) แหล่งที่มาทั่วไปของความเยื้องศูนย์เหล่านี้ได้แก่ ค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิต การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งด้านข้างของลวดอัดแรง การแตกร้าวเฉพาะที่ การคืบและการหดตัว และการให้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ด้านเดียว ทำให้คานโก่งงอ เนื่องจากคานคอนกรีตอัดแรงถูกสันนิษฐานว่ามีระยะห่างเพียงพอของความแข็งแกร่งของแกนอ่อน จึงมีการให้ความสนใจต่อปรากฏการณ์นี้อย่างจำกัดมาโดยตลอด [1]

อุบัติเหตุของคานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงยาว

สะพาน Dehtiarivskyi ของเคียฟที่สร้างในปี 1965 ซึ่งปิดเพื่อปรับปรุงเมื่อวันที่ 13 มิถุนายน 2023 ได้พังทลายลง [2] เห็นได้ชัดว่าหลังจากติดตั้งคานหกเส้นแล้ว คนงานเริ่มติดตั้งเส้นที่เจ็ด และคานสูญเสียเสถียรภาพ ดันคานที่เหลือ และทุกอย่างพังทลาย โชคดีที่ไม่มีผู้เสียชีวิต แต่แน่นอนว่ามีความเสียหายทางการเงินอย่างมหาศาล

อีกตัวอย่างหนึ่งคือการวิบัติในระหว่างขั้นตอนการยก คานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงยาว 45.6 ม. ที่มีหน้าตัดรูปตัว I คงที่ สูง 2 ม. และความกว้างปีกบน 1.2 ม. ลองนึกภาพนี้: รูปร่างที่เสียรูปหลังการยกครั้งแรกและการเพิ่มขึ้นอย่างรุนแรงของการเคลื่อนตัวด้านข้างสูงถึง 300 มม. (L/150) คานถูกวางลงบนพื้นอีกครั้งเพื่อประเมินความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น หลังการตรวจสอบ พบรอยแตกร้าวแนวตั้งที่ปีกบนด้านซ้าย ความกว้างของรอยแตกร้าวเกิน 0.4 มม. ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการซ่อมแซมเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความทนทาน หากชิ้นส่วนนั้นจะได้รับการยอมรับในที่สุด

จากนั้นจึงดำเนินการยกครั้งที่สอง อย่างไรก็ตาม พบว่ามีการโก่งด้านข้างมากกว่า L/400 ซึ่งหมายความว่าคานนี้ไม่สามารถกลับสู่รูปร่างเดิมได้ สาเหตุน่าจะมาจากการเสียรูปแบบพลาสติกที่เกิดขึ้นระหว่างการยก ดังนั้น คานนี้จึงถูกปฏิเสธ และผลิตคานใหม่และขนส่งไปยังสถานที่ก่อสร้าง [1]

การออกแบบคานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงเพรียวบางอย่างปลอดภัย

เราจะป้องกันอุบัติเหตุและความเสียหายดังกล่าวได้อย่างไร? เราจะหยุดออกแบบคานคอนกรีตอัดแรงยาวหรือไม่? แน่นอนว่าไม่ มันจะเป็นการถอยหลังและน่าเสียดายอย่างยิ่ง (ผู้เขียนเป็นแฟนตัวยงของคอนกรีตอัดแรง)! สำหรับวิศวกรโครงสร้าง การออกแบบที่ปลอดภัยและประหยัดภายในเวลาอันสั้นไม่ใช่เรื่องง่าย

และในกรณีนี้ ฉันเกรงว่าปากกาและกระดาษไม่เพียงพอ ในการปฏิบัติงานวิศวกรรมล่าสุดของฉัน ฉันมักจะปรารถนาว่าจะมีซอฟต์แวร์ที่ช่วยฉันในการคำนวณที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการโก่งเดาะด้านข้างและบิด (LTB) ของคานอัดแรงเพรียวบาง โดยธรรมชาติแล้ว ฉันไม่ต้องการใช้เวลาหนุ่มสาวไปกับการป้อนค่าอินพุตและตีความผลลัพธ์ในโปรแกรมที่ไม่สมบูรณ์

วิธีแก้ปัญหาสำหรับการโก่งเดาะด้านข้างและบิด

ข่าวดี มี IDEA StatiCa ที่มาพร้อมกับการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนสำหรับการโก่งเดาะด้านข้างและบิด (LTB) ของคานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงยาว ทั้งหมดนี้มีอยู่ในเครื่องมือเดียวที่ใช้งานง่าย มีผลลัพธ์ที่ชัดเจน และสร้างรายงานโดยอัตโนมัติ เพียงทำตามขั้นตอนการทำงานทั่วไปของ IDEA StatiCa Beam:

• เรขาคณิต: หน้าตัด ข้อมูลช่วงความยาว เอ็นอัดแรง และประวัติขั้นตอนการก่อสร้างถูกกำหนดไว้แล้วในแอป Beam สำหรับการวิเคราะห์และออกแบบโดยรวม ข้อมูลทั้งหมดถูกนำมาพิจารณาโดยอัตโนมัติ
• แท็บเสถียรภาพด้านข้าง: กำหนดข้อมูลอินพุตโดยละเอียดเกี่ยวกับการยก การขนส่ง และขั้นตอนการก่อสร้างอื่นๆ เช่น ความไม่สมบูรณ์เริ่มต้น รายละเอียดสลิง ประเภทการรองรับขั้นสุดท้าย เป็นต้น  ทั้งหมดนี้ส่งผลต่อการวิเคราะห์ LTB
• รันการวิเคราะห์ LTB: กล่าวคือ การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางวัสดุและเรขาคณิตพร้อมความไม่สมบูรณ์เริ่มต้น วิธีการขั้นสูงที่อยู่เบื้องหลัง ไม่ใช่วิธีการหรือสูตรที่ง่ายขึ้น
• ผลลัพธ์: ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ LTB ได้แก่ ปฏิกิริยา แรงภายใน และการโก่งตัว
• การตรวจสอบ LTB: ในขณะนี้ มีการป้อนข้อมูลด้วยตนเองในแอป RCS หลังจากรันการวิเคราะห์ LTB แล้ว ให้ไปที่ผลลัพธ์โดยละเอียด (แอป RCS) และบันทึกเป็นไฟล์ใหม่ ป้อนแรงภายในเพิ่มเติมเนื่องจากการโก่งเดาะในการรวมแรงขีดจำกัดสูงสุดและสภาวะใช้งานที่ควบคุม และรันการตรวจสอบทั้งหมด
  หมายเหตุ: การป้อนผลลัพธ์ LTB โดยอัตโนมัติในการรวมการตรวจสอบจะได้รับการพัฒนาในเร็วๆ นี้ 
• รายงาน: สร้างรายงานที่แม่นยำพร้อมการตรวจสอบตามมาตรฐานอัตโนมัติและผลลัพธ์ที่ปรับแต่งได้ ช่วยประหยัดเวลาและลดความเสี่ยงของข้อผิดพลาด 

ค้นหารายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวิเคราะห์ LTB และการตรวจสอบที่นี่

คำสุดท้าย

รับประกันความปลอดภัยของคานในทุกขั้นตอนการผลิตและการก่อสร้างด้วยการตรวจสอบเสถียรภาพ LTB แบบบูรณาการ ครอบคลุมทุกเงื่อนไขตั้งแต่การจัดเก็บ การขนส่ง ไปจนถึงการยก หยุดกังวลหรือแม้แต่หลีกเลี่ยงการออกแบบคานคอนกรีตชิ้นส่วนสำเร็จรูปอัดแรงเพรียวบาง เพราะมีความเสี่ยงที่จะสูญเสียเสถียรภาพด้านข้าง วันนี้ คุณสามารถมั่นใจได้โดยมี IDEA StatiCa อยู่เคียงข้างคุณ!

แหล่งอ้างอิง

[1] A. de la Fuente, J.M. Bairán, S.H.P. Cavalaro, Case Study of Failure of Long Prestressed Precast Concrete Girder During Lifting, Engineering Failure Analysis, Volume 100, 2019, Pages 512-519, ISSN 1350-6307, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.061, (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630717302236)

[2] เข้าถึงได้ออนไลน์ https://english.nv.ua/nation/photos-of-collapsed-kyiv-s-dehtiarivskyi-bridge-50357382.html

[3] เข้าถึงได้ออนไลน์ https://www.prefa-praha.cz/tycove_prvky/