5.5 การตรวจสอบสภาวะขีดจำกัดด้านการใช้งาน (Serviceability verifications)

การประเมินสภาวะขีดจำกัดด้านการใช้งานจะดำเนินการสำหรับการจำกัดความเค้น ความกว้างของรอยร้าว และขีดจำกัดการโก่งตัว ความเค้นจะถูกตรวจสอบในคอนกรีตและเหล็กเสริมตามมาตรฐาน ACI 318-19 ในลักษณะเดียวกันกับที่ระบุไว้สำหรับกำลังรับแรง

การจำกัดความเค้น

ความเค้นอัดที่ยอมให้ในคอนกรีตภายใต้น้ำหนักบรรทุกใช้งานจะต้องได้รับการตรวจสอบสำหรับชิ้นส่วนอัดแรงประเภท U และ T ตามตาราง R24.5.2.1 ไม่จำเป็นต้องตรวจสอบขีดจำกัดความเค้นสำหรับคอนกรีตที่สมมติว่าเกิดการแตกร้าวแล้ว ผู้ใช้จำเป็นต้องกำหนดประเภทของชิ้นส่วนอัดแรงในการตั้งค่าชิ้นส่วนออกแบบ

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 53\qquad Prestressed flexural member class selection}}}$$

ความเค้นอัดที่ยอมให้สำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักบรรทุกชั่วคราวถูกกำหนดไว้ตาม ACI 318-19 24.5.4.1 เท่ากับ 0.6f_c' ขีดจำกัดความเค้นอัดที่ 0.45f_c' ถูกกำหนดขึ้นเพื่อลดโอกาสการวิบัติของชิ้นส่วนคอนกรีตอัดแรงจากแรงกระทำซ้ำ ขีดจำกัดนี้ยังดูเหมาะสมในการป้องกันการคืบตัวที่มากเกินไปด้วย ที่ค่าความเค้นสูงขึ้น ความเครียดจากการคืบมักจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากขึ้นเมื่อความเค้นที่กระทำเพิ่มขึ้น

ความเค้นอัดในคอนกรีตถูกประเมินเป็นอัตราส่วนระหว่างความเค้นอัดหลักสูงสุด f_c = σ_c2 ที่ได้จากการวิเคราะห์ FE สำหรับสภาวะการใช้งาน กับค่าขีดจำกัด ซึ่งกำหนดตามตาราง 24.5.4.1

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 54\qquad Concrete compressive stress limits at service loads}}}$$

ในแอปพลิเคชัน Prestress plus sustained load ถือเป็นการรวมแรงระยะยาว (Long-term combination) และ Prestress plus total load ถือเป็นการรวมแรงระยะสั้น (Short-term combination)

การโก่งตัว

ขึ้นอยู่กับประเภทของการรวมแรงที่เลือก (ระยะยาวหรือระยะสั้น) การโก่งตัวระยะยาวหรือระยะสั้นจะถูกประเมิน ค่าการโก่งตัวสูงสุดที่ยอมให้จะต้องถูกกำหนดโดยผู้ใช้และต้องพิจารณาให้สอดคล้องกับ ACI 138-19 24.2 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 55\qquad Maximum allowable deflection value}}}$$

ในแอปพลิเคชัน สามารถแสดงการโก่งตัวจากน้ำหนักบรรทุกคงที่ Δ_DL และน้ำหนักบรรทุกจร Δ_LL แยกกันได้ รวมถึงการโก่งตัวรวม Δ_Tot (คงที่+จร) ในขณะที่แสดงรูปทรงที่เสียรูปด้วย

ไม่สามารถตรวจสอบการโก่งตัวที่ปลายตัดได้

ความกว้างของรอยร้าว

ความกว้างของรอยร้าวและทิศทางของรอยร้าวถูกคำนวณสำหรับการรวมแรงสภาวะการใช้งานระยะสั้นหรือระยะยาว เนื่องจาก ACI ไม่ได้กำหนดขีดจำกัดความกว้างของรอยร้าวไว้โดยตรง ผู้ใช้จึงต้องระบุค่าขีดจำกัดความกว้างของรอยร้าว w_lim

การตรวจสอบจะแสดงดังนี้:

$$\frac{w}{w_{lim}}$$

โดยที่:

w         ความกว้างของรอยร้าวระยะสั้นหรือระยะยาวที่คำนวณโดยการวิเคราะห์ FE

w_lim     ค่าขีดจำกัดของความกว้างรอยร้าวที่กำหนดโดยผู้ใช้

วิธีการคำนวณความกว้างของรอยร้าวที่ใช้ในแอปพลิเคชัน ซึ่งอธิบายไว้อย่างละเอียดในเอกสารนี้ด้วย เป็นไปตาม ACI 224R-01 ดังนั้นจึงสามารถใช้ตาราง 4.1 ของ ACI 224R-01 เพื่อกำหนดค่าขีดจำกัดของความกว้างรอยร้าวได้

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 56\qquad Reasonable crack widths for reinforced concrete under service load}}}$$

มีวิธีการคำนวณความกว้างของรอยร้าวสองแบบ (การแตกร้าวแบบคงตัวและแบบไม่คงตัว) ในกรณีทั่วไป (การแตกร้าวแบบคงตัว) ความกว้างของรอยร้าวจะคำนวณโดยการอินทิเกรตความเครียดบนชิ้นส่วน 1D ของเหล็กเสริม ทิศทางของรอยร้าวจะถูกคำนวณจากจุดอินทิเกรตสามจุดที่ใกล้ที่สุด (จากจุดศูนย์กลางของชิ้นส่วนไฟไนต์ 1D ของเหล็กเสริมที่กำหนด) ของชิ้นส่วนคอนกรีต 2D แม้ว่าวิธีการคำนวณทิศทางของรอยร้าวนี้จะไม่สอดคล้องกับตำแหน่งจริงของรอยร้าว แต่ก็ยังให้ค่าที่เป็นตัวแทนซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ความกว้างของรอยร้าวที่สามารถเปรียบเทียบได้กับค่าความกว้างของรอยร้าวที่มาตรฐานกำหนดไว้ ณ ตำแหน่งของเหล็กเสริม