สะพานข้ามแม่น้ำ Esinante
เกี่ยวกับโครงการ
สะพานประกอบด้วยคานคอนกรีตอัดแรงเก้าต้น แต่ละต้นมีช่วงพาดยาวสูงสุด 34 ม. รองรับด้วย Gerber saddles ที่ฝังอยู่ใน เสาตอม่อกลาง Gerber saddle แต่ละตัวประกอบด้วยหน้าตัดขนาดห้าคูณสาม และมีเสาคอนกรีตแปดเหลี่ยมวางอยู่ตรงกลาง ซึ่งร่วมกันสร้างบริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง) ที่แข็งแกร่งสำหรับการถ่ายแรงเฉือนและแรงรองรับ Saddle เหล่านี้ถ่ายแรงจากคานลงสู่โครงสร้างใต้เสาตอม่อ ทำให้เป็นชิ้นส่วนที่ขาดไม่ได้ในเส้นทางการถ่ายแรงโดยรวม
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Layout of the Gerber saddle}}}\]
แรงกระทำที่ใช้ ซึ่งได้มาจากแบบจำลองพื้นสะพาน มีค่าตั้งแต่ 671 kN ถึง 1039 kN โดยใช้แรงกระทำเทียบเท่าแบบจุดที่ 550 kN ในการวิเคราะห์ Saddle มีความหนา 50 ซม. และวางตัวสอดคล้องกับซี่เสริมตามขวางของหัวเสาตอม่อ โครงสร้างทำจากคอนกรีตเสริมเหล็กและได้รับการประเมินโดยใช้ FEM ขั้นสูงร่วมกับการสร้างแบบจำลอง Finite Element แบบไม่เชิงเส้น ร่วมกับ CSFM (Continuous Stress Field Method) สำหรับบริเวณไม่ต่อเนื่อง
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Section of the gerber saddle}}}\]
ความท้าทายทางวิศวกรรม
ความท้าทายหลักคือการประเมินความสามารถรับแรงของGerber saddles ทั้งในสภาพสมบูรณ์และสภาพที่เสื่อมสภาพ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีการกระจายความเค้นที่ซับซ้อนเนื่องจากความไม่ต่อเนื่องและแรงกระทำแบบจุด และมาตรฐานการออกแบบทั่วไปให้แนวทางที่จำกัดสำหรับกรณีดังกล่าว จึงจำเป็นต้องใช้วิธีการเชิงตัวเลขขั้นสูงเพื่อจำลองพฤติกรรมที่แท้จริงของโครงสร้าง
ปัญหาสำคัญอีกประการหนึ่งคือการเสื่อมสภาพจากการกัดกร่อนที่เกิดจากการปนเปื้อนของคลอไรด์จากเกลือละลายน้ำแข็ง การกัดกร่อนส่งผลต่อพื้นที่หน้าตัดของเหล็กเสริม ความแข็งแรงของแรงยึดเหนี่ยว และความสมบูรณ์ของ Concrete ทำให้ความต้านทานและความเหนียวของโครงสร้างลดลงตามกาลเวลา การคาดการณ์ระยะปลอดภัยระยะยาวภายใต้สถานการณ์การเสื่อมสภาพแบบต่อเนื่องโดยไม่มีข้อมูลภาคสนามโดยตรงเกี่ยวกับอัตราการกัดกร่อนยิ่งเพิ่มความซับซ้อนให้กับการวิเคราะห์
แนวทางแก้ไขและผลลัพธ์
เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ วิศวกรได้นำแนวทางหลายขั้นตอนมาใช้ ในขั้นตอนแรก ได้พัฒนาแบบจำลอง FEM แบบไม่เชิงเส้นอย่างละเอียดเพื่อจำลองพฤติกรรมของ saddle ภายใต้แรงกระทำในการใช้งาน
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the FEM analysis}}}\]
การวิเคราะห์ให้เส้นโค้งความสามารถรับแรงที่แสดงความต้านทานสูงสุด 914 kN ได้ค่าสัมประสิทธิ์ความปลอดภัยโดยรวม 1.66 ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนดอย่างมาก กลไกการวิบัติเกี่ยวข้องกับการแตกร้าวในวงกว้าง การบดอัดเสียหายของ Concrete และความไม่เสถียรเฉพาะที่ของเหล็กเสริมบริเวณรากของส่วนยื่น
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Capacity curve derived from the FEM analysis}}}\]
ในขั้นตอนที่สอง ได้ดำเนินการสร้างแบบจำลองสถานการณ์การกัดกร่อนโดยใช้แบบจำลองการเสื่อมสภาพที่ผ่านการตรวจสอบแล้วจากวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ การจำลองพิจารณาอัตราการสูญเสียมวลตั้งแต่ 5% ถึง 30% เมื่อการกัดกร่อนไม่เกิน 15% ค่าสัมประสิทธิ์ความปลอดภัยยังคงอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ โดยเหล็กอยู่ที่ 1.28 และ Concrete อยู่ที่ 1.63 เมื่อเกินเกณฑ์นี้ การลดลงอย่างมีนัยสำคัญของความเหนียวและความแข็งแรงของแรงยึดเหนี่ยวนำไปสู่การวิบัติแบบเปราะก่อนกำหนด โดยเฉพาะในบริเวณ saddle
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Corosion scenario used for advanced analysis}}}\]
ที่การกัดกร่อน 30% อัตราการเสียรูปของเหล็กเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว บ่งชี้ถึงความเปราะบางของโครงสร้างอย่างรุนแรง Continuous Stress Field Method (CSFM) ในIDEA StatiCa Detail ถูกนำมาใช้สำหรับบริเวณไม่ต่อเนื่อง ยืนยันผลลัพธ์ FEM และเน้นย้ำถึงความสำคัญของการพิจารณาผลของ bond-slip ภายใต้การกัดกร่อน
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the CSFM analysis in IDEA StatiCa Detail - ULS and SLS, crack width}}}\]
บทสรุป
การศึกษาสรุปได้ว่าแม้สะพานในปัจจุบันมีระยะปลอดภัยที่น่าพอใจ แต่สมรรถนะระยะยาวขึ้นอยู่กับการควบคุมการกัดกร่อนและการดำเนินมาตรการแทรกแซงอย่างทันท่วงที ข้อเสนอแนะรวมถึงการติดตามตรวจสอบเป็นระยะและการบำรุงรักษาเชิงป้องกันเพื่อจำกัดการลุกลามของการกัดกร่อนให้ต่ำกว่าเกณฑ์วิกฤต
IT
การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าการสร้างแบบจำลองแบบไม่เชิงเส้นขั้นสูงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการประเมินชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อนอย่าง Gerber saddles โดยเฉพาะภายใต้สถานการณ์การเสื่อมสภาพ กรณีนี้เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการบูรณาการแบบจำลองความทนทานเข้ากับการประเมินโครงสร้างเพื่อให้มั่นใจในความยืดหยุ่นต่อปัจจัยสิ่งแวดล้อม
เกี่ยวกับ ing. Francesco Oliveto
Francesco Oliveto เป็นผู้เชี่ยวชาญที่ปรึกษาและบริษัทด้านการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขขั้นสูงและการวิเคราะห์ในสาขาโครงสร้างและธรณีเทคนิค
บริษัทให้บริการวิเคราะห์โครงสร้างและธรณีเทคนิคขั้นสูง โดยมีความเชี่ยวชาญสูงในการประเมินแผ่นดินไหวของอาคารที่มีอยู่ แม้แต่อาคารที่ได้รับความเสียหายหรือเสื่อมสภาพ งานครอบคลุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างดินและโครงสร้าง การออกแบบฐานรากลึก เทคนิคการขุดแบบ top-down และ bottom-up และการตอบสนองแผ่นดินไหวเฉพาะพื้นที่ โดยใช้การสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขที่ทันสมัย (FEM, CSFM)