เพิ่มแรงอัดแรงมากขึ้นไม่ได้หมายความว่าจะมีความต้านทานมากขึ้นเสมอไป!

อย่างที่คุณอาจทราบอยู่แล้ว การตรวจสอบสภาวะขีดจำกัดกำลัง (ULS) แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างสามารถรับแรงได้มากเพียงใดก่อนที่จะเกิดการวิบัติ โดยมีหลักการว่าผลของแรงกระทำจะถูกต้านทานโดยคู่แรงภายในบนแขนโมเมนต์

ไม่ว่าจะเป็น Concrete อัดแรงหรือ Concrete เสริมเหล็ก ก็ไม่มีความแตกต่างกัน ด้วยปริมาณเหล็กที่เท่ากันและกำลังครากเท่ากัน โครงสร้างอัดแรงและโครงสร้างเสริมเหล็กจะรับแรงได้เท่ากันก่อนถึงขีดความสามารถรับแรง ความเค้นอัดเพิ่มเติมใน Concrete อัดแรงไม่ได้ช่วยให้โครงสร้างต้านทานได้นานขึ้น แล้วทำไมถึงมีการพูดถึงกันมากนัก?

มาดูรายละเอียดเพิ่มเติม

การอัดแรงทำให้เราเพิ่มความเค้นอัดให้กับ Concrete ซึ่งเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของวัสดุอย่างมีนัยสำคัญ การเกิดรอยแตกจะล่าช้าออกไปเนื่องจากสำรองความเค้นต้านทานแรงกระทำแรกที่เพิ่มขึ้น เมื่อมีแรงกระทำเพิ่มขึ้น Concrete จะถึงสภาวะการคลายแรงอัด และต่อมา Concrete จะต้านทานแรงดึงจนกว่าจะเกินกำลังดึง

ดังนั้น การเกิดรอยแตกจึงเกิดขึ้นช้ากว่ามากเมื่อเทียบกับ Concrete เสริมเหล็ก นอกจากนี้ การพัฒนาของรอยแตกยังช้ากว่าภายใต้แรงกระทำเดียวกัน และมีความกว้างรอยแตกที่เล็กกว่าใน Concrete อัดแรง ซึ่งมีความสำคัญเนื่องจากปัญหาการกัดกร่อนของเหล็กเสริม นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับความแข็งเกร็งของโครงสร้างด้วย ความแข็งเกร็งที่สูงกว่าของโครงสร้างอัดแรงนำไปสู่การเสียรูปที่น้อยกว่า

ในรูปด้านล่าง คุณจะเห็นการเปรียบเทียบเชิงทฤษฎีของชิ้นส่วนอัดแรงและชิ้นส่วนเสริมเหล็กที่รับแรงดึงตามแนวแกนจากภายนอก สมมติว่าลวดอัดแรงและเหล็กเสริมทำจากเหล็กชนิดเดียวกันที่มีกำลังครากเท่ากัน และปริมาณก็สอดคล้องกัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือลวดอัดแรงถูกดึงตึง

• สภาวะที่ 1 - แรงกระทำชุดแรกถูกใช้งาน Concrete อัดแรงใช้สำรองความเค้น Concrete เสริมเหล็กก็ต้านทานจนกว่าจะเกินกำลังดึง 
• สภาวะที่ 2 - เมื่อกำลังดึงใน Concrete เสริมเหล็กถูกเกินเกณฑ์ รอยแตกจะเกิดขึ้น ณ จุดนั้น อัตราการใช้งานของเหล็กเสริมจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับความเครียด ในขณะที่ใน Concrete อัดแรง สำรองความเค้นยังคงต้านทานผลกระทบอยู่
• สภาวะที่ 3 - เมื่อกำลังดึงใน Concrete อัดแรงถูกเกินเกณฑ์ รอยแตกจะเกิดขึ้น ณ จุดนั้น อัตราการใช้งานของเหล็กเสริมจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับความเครียด เช่นเดียวกับ Concrete เสริมเหล็ก
• สภาวะที่ 4 - กำลังครากของเหล็ก ถูกเกินเกณฑ์

ซึ่งหมายความว่าในทางทฤษฎี การวิบัติของโครงสร้างทั้งสองจะเกิดขึ้นพร้อมกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความเค้นอัดเพิ่มเติมไม่ส่งผลต่อการตรวจสอบ ULS

ในทางตรงกันข้าม รอยแตกและความเครียดที่มีนัยสำคัญจะเกิดขึ้นเร็วกว่ามากภายใต้แรงกระทำเดียวกันในโครงสร้างเสริมเหล็กเมื่อเทียบกับโครงสร้างอัดแรง ดังนั้น การออกแบบจึงอาจไม่ผ่านการตรวจสอบสภาวะขีดจำกัดการใช้งาน (SLS)

นอกจากนี้ ควรกล่าวถึงว่านอกเหนือจากข้อดีของ Concrete อัดแรงข้างต้น เรายังสามารถมีอิทธิพลต่อการกระจายแรงภายในโดยการจัดวางตำแหน่งของชิ้นส่วนอัดแรง ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกรณีของโครงสร้างการอัดแรงภายหลัง

ทฤษฎีในทางปฏิบัติ

มาตรวจสอบว่าตรรกะนี้สอดคล้องกับผลลัพธ์ในแอปพลิเคชัน IDEA StatiCaอย่างไร เราจะสังเกตตัวอย่างสองกรณีใน IDEA StatiCa Detail ตัวอย่างแรกคือคานดึงแรงก่อน และตัวอย่างที่สองเหมือนกันทุกประการยกเว้นการอัดแรง

ต่างจากกรณีทางทฤษฎี ชิ้นส่วนนี้ยังถูกรับโมเมนต์ดัดด้วย เราจะพบการเสียรูปที่มากกว่าก่อนถึงการวิบัติ นอกจากนั้น หลักการควรยังคงเหมือนเดิม

IDEA StatiCa Detail

รูปด้านล่างแสดงอัตราการใช้งานของ Concrete เหล็กเสริม และลวดอัดแรง โครงสร้างทั้งสองสามารถถ่ายแรงที่กระทำได้ ตามที่คาดไว้ การตรวจสอบULS แม้แต่สำหรับคานเสริมเหล็ก ก็ผ่านด้วยอัตราการใช้งานที่ใกล้เคียงกัน 

ความแตกต่างที่มีนัยสำคัญเกิดขึ้นกับการตรวจสอบSLS

รอยแตกพัฒนามากกว่าใน Concrete เสริมเหล็ก และตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ส่งผลต่อความแข็งเกร็งของโครงสร้าง และด้วยเหตุนี้จึงส่งผลต่อการเสียรูป

ทำไมฉันต้องรู้เรื่องนี้? 

สิ่งสำคัญที่ต้องกล่าวถึงคือนี่เป็นตัวอย่างเชิงทฤษฎี ในการใช้งานจริง เราไม่สามารถเสริมชิ้นส่วนด้วยเหล็กเสริมที่มีคุณสมบัติเดียวกันได้ นอกจากนี้ยังไม่สามารถทำได้เนื่องจากเกณฑ์สภาวะขีดจำกัดการใช้งาน แล้วทำไมถึงสำคัญ?

ความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับพฤติกรรมของ Concrete อัดแรงช่วยลดความซับซ้อนในการนำไปใช้งาน สิ่งสำคัญคือต้องสามารถตัดสินใจได้ว่าควรเพิ่มแรงอัดแรงหรือเพิ่มลวดอัดแรง/เอ็นอัดแรงภายหลัง หรือปรับเปลี่ยนการออกแบบ

ด้วยความรู้ที่ถูกต้อง การอัดแรงช่วยให้เราสามารถข้ามระยะทางที่ยาวกว่าโดยใช้วัสดุน้อยลงและมีรูปทรงที่สวยงามกว่า ไม่ว่าจะเป็นในงานวิศวกรรมโยธา ในกรณีของสะพาน (ส่วนใหญ่เป็นการออกแบบ Concrete อัดแรงภายหลัง) หรือในงานวิศวกรรมโครงสร้าง ในกรณีของคานอัดแรงล่วงหน้าและแผ่นพื้นอัดแรงภายหลัง

แอปพลิเคชันใดที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบการอัดแรง?

สำหรับการออกแบบชิ้นส่วนอัดแรงทั่วไป (แบบดึงแรงก่อนหรือดึงแรงหลัง) คุณสามารถใช้IDEA StatiCa Beam application ซึ่งให้การแก้ปัญหารวมถึงขั้นตอนการก่อสร้างและการคำนวณการสูญเสียแรง

เราแนะนำให้ใช้IDEA StatiCa Detail application และไม่เพียงแต่สำหรับบริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง)เท่านั้น