Case study

การเปลี่ยนแผ่นรองรับแรงที่สะพาน Weyermannshaus Viaduct

เบิร์น | CH | Emch+Berger AG Bern

Concrete

Detail 2D

SIA (Switzerland)

This article is also available in:

Translated by AI from English

โครงการโครงสร้างพื้นฐานในสภาพแวดล้อมเมืองที่หนาแน่นมักต้องการโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างสูง โดยต้องสร้างสมดุลระหว่างการถ่ายแรง การออกแบบรายละเอียด และความสามารถในการก่อสร้างอย่างรอบคอบ สิ่งนี้เป็นจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างที่ผสมผสานข้อกำหนดทางสถาปัตยกรรมเข้ากับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและความทนทานที่เข้มงวด เช่น ชิ้นส่วนคอนกรีตที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งซึ่งรับแรงสูงและอยู่ในสภาวะการใช้งานระยะยาว ในเมืองเบิร์น ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ บริษัท EMCH+BERGER AG มีส่วนร่วมในการออกแบบโครงสร้างคอนกรีต ซึ่งการประเมินการถ่ายแรงและการออกแบบรายละเอียดเหล็กเสริมอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่ง โครงการนี้ต้องการแนวทางที่เชื่อถือได้เพื่อตรวจสอบบริเวณคอนกรีตที่ซับซ้อน ซึ่งไม่สามารถประเมินได้อย่างเพียงพอด้วยการคำนวณด้วยมือตามมาตรฐานหรือวิธีการวิเคราะห์แบบง่าย

เกี่ยวกับโครงการ

โครงการนี้เกี่ยวข้องกับการออกแบบและการตรวจสอบรายละเอียดโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่

สะพาน Viaduct (สร้างในปี ค.ศ. 1974–1977) ประกอบด้วยคานกล่องอัดแรง (ช่วงพาดตั้งแต่ 26.5 ถึง 38 เมตร) พร้อมคานขวางอัดแรงขนาดใหญ่ที่พาดข้ามเสาตอม่อ เสาตอม่อเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนทีละส่วนระหว่างการก่อสร้าง โดยสะพานจะถูกยกขึ้นโดยใช้ระบบค้ำยันชั่วคราว (คานเหล็กเชื่อมขนาดใหญ่บนหอนั่งร้าน) และแม่แรงไฮดรอลิก เสาตอม่อเดิมจะถูกปลดภาระและรื้อถอน จากนั้นจึงก่อสร้างเสาตอม่อใหม่ที่ยาวกว่าเพื่อให้สามารถลดระดับพื้นดินได้

การจัดวางเดิม

การจัดวางใหม่

มุมมองไอโซเมตริกและหน้าตัดของระบบค้ำยันชั่วคราว (ตัดตอนจากแผนผัง: Frutiger AG)

โครงสร้างนี้รับแรงกระจุกตัวขนาดใหญ่ ส่งผลให้เกิดการกระจายความเค้นที่ซับซ้อนภายในปริมาตรคอนกรีต ชิ้นส่วนคอนกรีตได้รับการออกแบบตาม Eurocode 2 โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับ:

บริเวณการนำแรงเข้าเฉพาะจุด
ความยาวยึดเหนี่ยวและการถ่ายแรงระหว่างชิ้นส่วนโครงสร้าง
การจัดวางเหล็กเสริมในบริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง)

เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตและสภาวะการรับแรง พฤติกรรมของโครงสร้างไม่สามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีคานอย่างง่าย แต่ต้องใช้ความเข้าใจตาม แบบจำลองค้ำยันและตัวดึง ของการไหลของแรง เพื่อให้มั่นใจว่าทั้งสนามแรงอัดในคอนกรีตและแรงดึงในเหล็กเสริมได้รับการออกแบบอย่างเพียงพอ

หน้าตัดของคานสะพานแสดงการเปรียบเทียบการกระจายแรงในโครงสร้างเดิม (บน) และระหว่างการก่อสร้าง (ล่าง)

ข้อได้เปรียบสำคัญของ IDEA StatiCa คือความสามารถในการจำลองเหล็กเสริมแต่ละชิ้นส่วนอย่างชัดเจน และวิเคราะห์ความเค้นของเหล็กเสริมนั้นได้โดยตรง

Victor Zahn

วิศวกรโครงการ – Emch+Berger AG Bern
CH

ความท้าทายทางวิศวกรรม

ความท้าทายหลักประการหนึ่งของโครงการคือ การตรวจสอบสภาวะความเค้นที่ซับซ้อนในคอนกรีตเสริมเหล็ก โดยเฉพาะในบริเวณที่:

แรงถูกนำเข้าผ่านพื้นที่ขนาดเล็กค่อนข้างมาก
เส้นทางการรับแรงหลายเส้นทางมีปฏิสัมพันธ์กันภายในปริมาตรคอนกรีตที่จำกัด
การอัดแน่นของเหล็กเสริมก่อให้เกิดปัญหาด้านความสามารถในการก่อสร้างที่อาจเกิดขึ้น

แนวทางการออกแบบแบบดั้งเดิมที่อิงตามแบบจำลองค้ำยันและตัวดึงแบบง่ายให้ความเข้าใจเชิงแนวคิดเบื้องต้น แต่ขาดความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบขั้นสุดท้าย การพัฒนาแบบจำลองค้ำยันและตัวดึงที่ละเอียดขึ้นด้วยมือจะใช้เวลานานมากและมีแนวโน้มที่จะใช้สมมติฐานที่อนุรักษ์นิยม ซึ่งอาจนำไปสู่การจัดวางเหล็กเสริมที่ไม่มีประสิทธิภาพ
ประเด็นสำคัญอีกประการหนึ่งคือความจำเป็นในการ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเป็นไปตามข้อกำหนดของ Eurocode เนื่องจากความสำคัญของโครงสร้าง การออกแบบจึงต้องโปร่งใส ตรวจสอบได้ และง่ายต่อการตรวจสอบโดยผู้มีส่วนได้ส่วนเสียทุกฝ่ายในโครงการ

แนวทางแก้ไขและผลลัพธ์

เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ EMCH+BERGER AG เบิร์น ได้นำ IDEA StatiCa Concrete มาใช้งาน โดยใช้ วิธี Compatible Stress Field Method (CSFM) เพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมจริงของรายละเอียดคอนกรีตเสริมเหล็ก
แนวทางนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถ:

จำลองรูปทรงเรขาคณิตที่แน่นอนของชิ้นส่วนคอนกรีต
ใช้การรวมแรงกระทำที่สมจริงโดยตรงกับแบบจำลอง
กำหนดการจัดวางเหล็กเสริมที่สะท้อนข้อจำกัดด้านการก่อสร้างในทางปฏิบัติ

แทนที่จะพึ่งพาเส้นทางแรงในอุดมคติ การวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element ให้การแสดงภาพที่ชัดเจนของ:

วิถีความเค้นหลักในการอัดในคอนกรีต
อัตราการใช้งานของเหล็กเสริมแต่ละเส้น
ความกว้างรอยแตกและระดับความเค้นภายใต้สภาวะขีดจำกัดการใช้งานและสภาวะขีดจำกัดกำลัง

สิ่งนี้ทำให้สามารถปรับปรุงการจัดวางเหล็กเสริมซ้ำๆ ได้ บรรลุการออกแบบที่ทั้ง มีประสิทธิภาพเชิงโครงสร้างและสามารถก่อสร้างได้ บริเวณวิกฤตสามารถเสริมความแข็งแรงได้อย่างแม่นยำในจุดที่จำเป็น โดยไม่มีการเสริมเหล็กเกินความจำเป็นในบริเวณอื่น
ซอฟต์แวร์ยังสร้าง ผลลัพธ์ที่ชัดเจนและครอบคลุม รวมถึงการตรวจสอบอัตราการใช้งานและการแสดงความเค้นด้วยกราฟิก ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของกระบวนการตรวจสอบและการสื่อสารกับผู้ตรวจสอบได้อย่างมีนัยสำคัญ

บทสรุป

ด้วยการใช้ IDEA StatiCa Concrete EMCH+BERGER AG เบิร์น สามารถก้าวข้ามสมมติฐานการออกแบบแบบง่ายและตัดสินใจที่สำคัญโดยอิงจากการแสดงพฤติกรรมโครงสร้างที่สมจริง วิธีการนี้ให้ความมั่นใจในความปลอดภัยและประสิทธิภาพของรายละเอียดคอนกรีต ในขณะที่รักษาการออกแบบที่มีประสิทธิภาพและประหยัด
โครงการนี้แสดงให้เห็นว่าเครื่องมือเชิงตัวเลขขั้นสูงสามารถสนับสนุนวิศวกรในการรับมือกับความท้าทายด้านคอนกรีตเสริมเหล็กที่ซับซ้อนได้อย่างไร โดยเฉพาะในโครงการโครงสร้างพื้นฐานที่ความแม่นยำ ความโปร่งใส และการปฏิบัติตามมาตรฐานเป็นสิ่งสำคัญ