การก่อสร้างสมัยใหม่กับช่องเปิดในคาน

ท่อและท่อระบบสาธารณูปโภคเหล่านี้มักถูกวางไว้ใต้ท้องคาน และด้วยเหตุผลด้านความสวยงาม จึงถูกปิดด้วยฝ้าเพดานแขวน ทำให้เกิดพื้นที่ว่างที่ไม่ได้ใช้ประโยชน์ ในแต่ละชั้น ความสูงของพื้นที่ว่างนี้จะเพิ่มความสูงโดยรวมของอาคารขึ้นอยู่กับจำนวนและขนาดของท่อ 

ดังนั้น ช่องเปิดในเอวคานจึงช่วยให้ผู้ออกแบบสามารถลดความสูงของโครงสร้างได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการก่อสร้างอาคารสูง กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ นำไปสู่การออกแบบที่มีประสิทธิภาพและประหยัด

การกระจุกตัวของความเค้น

การกระจุกตัวของความเค้นจะเกิดขึ้นบริเวณใกล้เคียงกับความไม่สม่ำเสมอทางเรขาคณิต เช่น การเปลี่ยนแปลงหน้าตัดอย่างฉับพลัน หรือช่องเปิด โดยทั่วไปเรียกว่า รอยบาก รอยบากเหล่านี้ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของความเค้นระบุในบริเวณนั้น ผลลัพธ์คือการกระจายความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอตลอดหน้าตัด อัตราส่วนระหว่างความเค้นสูงสุดและความเค้นระบุเรียกว่า ตัวประกอบการกระจุกตัวของความเค้น ตัวประกอบนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแรงกระทำและรูปทรงเรขาคณิตของรอยบาก ค่าเหล่านี้มักได้มาจากการทดลอง ในปัจจุบัน เราใช้ FEA เพื่อหาตัวประกอบการกระจุกตัวของความเค้น

ช่องเปิดขนาดเล็กและขนาดใหญ่ในคาน

ช่องเปิดขนาดเล็ก

ช่องเปิดถูกจำแนกเป็นขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ และตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของช่องเปิดจะถูกกำหนดตามขนาดของมัน ช่องเปิดในเอวคานอาจมีรูปทรงต่างๆ เช่น วงกลม สี่เหลี่ยม ข้าวหลามตัด สามเหลี่ยม สี่เหลี่ยมคางหมู และแม้แต่รูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม ช่องเปิดทรงกลมและสี่เหลี่ยมเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุด 

ช่องเปิดอาจถือว่าเป็นขนาดใหญ่เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางเกิน 0.25 เท่าของความลึกของเอวคาน เมื่อช่องเปิดมีขนาดเล็กพอที่จะรักษาพฤติกรรมแบบคาน (กล่าวคือ หากทฤษฎีคานปกติยังคงใช้ได้) ช่องเปิดนั้นอาจเรียกได้ว่าเป็นขนาดเล็ก 

หากกลไกการรับแรงสำหรับการดัดล้วนของคานไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากช่องเปิด ความสามารถในการรับแรงดัดที่สภาวะขีดจำกัดสูงสุดจะไม่ได้รับผลกระทบ

ความเค้นหลักใน Concrete และความเค้นในเหล็กเสริมสำหรับช่องเปิดหนึ่งช่องที่กึ่งกลางช่วงคาน

จากทฤษฎีความยืดหยุ่น ความเค้นเฉือนสูงสุดจะเกิดขึ้นบริเวณใจกลางหน้าตัด เนื่องจากการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้น วิธี Compatible Stress Field Method (CSFM) สามารถสังเกตเห็นการกระจายความเค้นใหม่ไปยังบริเวณที่มีพลังงานเพียงพอสำหรับการถ่ายแรง ซึ่งหมายความว่าช่องเปิดที่อยู่ใกล้จุดรองรับส่งผลต่อความสามารถในการรับแรงมากกว่าช่องเปิดที่อยู่กึ่งกลางช่วงคานซึ่งเป็นตำแหน่งที่โมเมนต์ดัดสูงสุดเกิดขึ้น

ความเค้นหลักใน Concrete และความเค้นในเหล็กเสริมสำหรับช่องเปิดสามช่องในหน้าตัดวิกฤตสำหรับการดัดและแรงเฉือน

ช่องเปิดขนาดใหญ่

การมีช่องเปิดขนาดใหญ่ในคานคอนกรีตเสริมเหล็กต้องการความใส่ใจเป็นพิเศษในขั้นตอนการวิเคราะห์และออกแบบ เนื่องจากการลดลงของทั้งกำลังและความแข็งเกร็งของคานและการแตกร้าวมากเกินไปที่ช่องเปิดอันเนื่องมาจากการกระจุกตัวของความเค้นสูง ในทางปฏิบัติ ช่องเปิดมักถูกวางไว้ใกล้จุดรองรับซึ่งแรงเฉือนมีความโดดเด่น 

การทดลองแสดงให้เห็นว่าคานที่มีเหล็กเสริมไม่เพียงพอและการจัดรายละเอียดที่ไม่เหมาะสมรอบบริเวณช่องเปิดจะวิบัติก่อนเวลาอันควรในลักษณะเปราะ กลไกการวิบัติประกอบด้วยบานพับสี่จุด โดยมีหนึ่งจุดที่ปลายแต่ละด้านของคอร์ดบนและล่าง 

การสังเกตการทดลองของรูปแบบการวิบัติขั้นสุดท้ายได้พัฒนาวิธีการวิเคราะห์สำหรับการทำนายกำลังสูงสุดของคานที่มีช่องเปิดสี่เหลี่ยมขนาดใหญ่ วิธีนี้อาศัยการวิเคราะห์แรงพังทลายซึ่งข้อกำหนดพื้นฐานด้านสมดุล การครากตัว และกลไกได้รับการตอบสนองพร้อมกัน

บานพับพลาสติกและรอยแตกร้าวในบริเวณใกล้เคียงบานพับพลาสติก

คล้ายกับคานที่มีช่องเปิดขนาดเล็ก การรวมช่องเปิดขนาดใหญ่ในบริเวณดัดล้วนของคานจะไม่ส่งผลต่อความสามารถในการรับโมเมนต์ หากความลึกของบล็อกความเค้นอัดสูงสุดมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับความลึกของคอร์ดรับแรงอัด และการวิบัติเนื่องจากความไม่เสถียรของคอร์ดรับแรงอัดถูกป้องกันโดยการจำกัดความยาวของช่องเปิดซึ่งควรได้รับการวิเคราะห์อย่างละเอียด

การวิเคราะห์การโก่งเดาะ รูปแบบโหมดแรก และตัวประกอบวิกฤต

สรุป

ช่องเปิดในคาน ผนัง และแผ่นพื้นเป็นสิ่งที่วิศวกรโครงสร้างต้องเผชิญอยู่เสมอ โลกสมัยใหม่ต้องการโครงสร้างที่โปร่งใส สูง และเพรียวบาง ซึ่งให้ประโยชน์ทั้งในด้านเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม ความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับกลไกการวิบัติและการป้องกันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับโครงสร้างที่สูง โปร่งใส และสวยงาม นอกจากนี้ยังช่วยประหยัดความสูงของโครงสร้างสำหรับท่อและท่อระบบสาธารณูปโภคหรือสิ่งอำนวยความสะดวกอื่นๆ 

วิธีการคำนวณ CSFM ที่ใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างประเภทนี้ได้รับการทดสอบและตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วน ค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ การตรวจสอบชิ้นส่วนโครงสร้าง หรือเจาะลึกใน พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการตรวจสอบตามมาตรฐาน Eurocode

CSFM เป็นวิธีที่โปร่งใสซึ่งให้วิศวกรโครงสร้างสามารถควบคุมพฤติกรรมของโครงสร้างได้ หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการและการประยุกต์ใช้ โปรดดูการสัมมนาออนไลน์ของเราเกี่ยวกับ การออกแบบคอนกรีตเสริมเหล็กด้วย CSFM

ทดลองใช้ฟรี

คุณสามารถตรวจสอบ CSFM และการใช้งานสำหรับการคำนวณรอยแตกร้าวในโครงสร้าง Concrete ด้วยตัวเอง ทดลองใช้ IDEA StatiCa Concrete เวอร์ชันล่าสุดของเราฟรี 14 วันโดยไม่มีค่าใช้จ่าย และแน่นอน โปรดแจ้งความคิดเห็นของคุณให้เราทราบ! เรายินดีรับฟังประสบการณ์ของคุณเสมอ 

หวังว่าคุณจะเพลิดเพลินกับการอ่านบทความนี้