การทดสอบหน่วย: การยึดเหนี่ยว

บทนำ 

ในบทความนี้ เรานำเสนอการศึกษาการทดสอบหน่วยที่มุ่งเน้นการตรวจสอบ 3D-CSFM ของพฤติกรรมการดึงออกของพุกยึดคอนกรีต โดยการเปรียบเทียบโดยตรงกับผลการทดลอง^[1] จุดเน้นของการศึกษาอยู่ที่การประเมินความสามารถในการทำนายของแบบจำลองเชิงตัวเลขในการจับลักษณะสำคัญของพฤติกรรมพุก รวมถึงรูปแบบการวิบัติและความสามารถรับแรงสูงสุด การศึกษาของเราครอบคลุมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางพุกที่หลากหลาย ตั้งแต่ 10 มม. ถึง 32 มม. ซึ่งสะท้อนถึงความแปรปรวนที่พบในสถานการณ์วิศวกรรมจริง ทำให้เราสามารถระบุแนวโน้มที่ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลาง และประเมินความแข็งแกร่งของ 3D-CSFM ในระดับต่างๆ ควรกล่าวถึงว่าการจำลองทั้งหมดดำเนินการภายใน 3D-CSFM ซึ่งเป็นวิธีที่นำไปใช้ใน IDEA StatiCa Detail โดยใช้การตั้งค่าเริ่มต้นสำหรับพารามิเตอร์ทั้งหมด 

คำนิยามของรูปแบบการวิบัติ

เพื่อประเมินประสิทธิภาพของ 3D-CSFM ในการจำลองพุกติดตั้งภายหลังแบบยึดด้วยสารยึดเกาะ เราต้องพิจารณารูปแบบการวิบัติสองแบบ: การดึงออก ซึ่งความเค้นยึดเหนี่ยว (τ_b) เท่ากับความเค้นยึดเหนี่ยวออกแบบ (τ_bd) และ การครากของพุกเอง หมายความว่าถึงขีดจำกัด ความเครียดพลาสติก

การตั้งค่าการทดสอบหน่วย

ในการศึกษานี้ พุก Hilti HIT-RE500 - SD Injectable Mortar with Reinforcement (500B) ถูกจำลองใน IDEA StatiCa Detail และผลลัพธ์ถูกเปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลอง^[1] 

ขนาดของบล็อกคอนกรีตและเหล็กเสริมได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเพื่อลดผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อพฤติกรรมการดึงออก จึงรับประกันความถูกต้องของผลการทดลอง^[1] ใช้บล็อกคอนกรีตขนาดเดียวสำหรับการทดสอบหน่วยพุกทั้งหมด (1.0x1.0x0.5 ม.; กxลxส) บล็อกเสริมด้วยเหล็กเสริม B 500B เส้นผ่านศูนย์กลาง 8-14 มม. 8 ชั้นของเหล็กเสริมรอบแต่ละผิว (ยกเว้นผิวด้านล่าง เหล็กเสริมถูกจำลองเป็นแบบต่อเนื่องผ่านฐานรองรับด้านล่าง) โดยมีระยะห่างระหว่างชั้น 135.0 มม. ตัวประกอบความปลอดภัยทั้งหมดที่กำหนดโดยมาตรฐานการก่อสร้างที่เกี่ยวข้องได้รับการปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด โดยใช้ค่า 1.0 ตลอดการคำนวณ ขนาดของรูพุกเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลางของพุกเองไม่ได้รับการพิจารณาอย่างชัดเจนในแบบจำลองการคำนวณ

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.1 Side view of a reinforced concrete block with glued in anchor}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.2 View of a reinforced concrete block with highligted anchor. Diameter of anchor equals to 16 mm }}}\]

ความแข็งแรงยึดเหนี่ยวของพุก ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการออกแบบการยึดเหนี่ยว ถูกกำหนดให้เป็น 15.4 MPa ตามการพิจารณาจากการทดลอง^[1] และ 12.0 MPa สำหรับแบบจำลองตรวจสอบที่สอง ในทำนองเดียวกัน ตามการทดลอง ความยาวยึดเหนี่ยวของพุกในบล็อกคอนกรีตถูกกำหนดอย่างสม่ำเสมอ ความยาวพุกเพิ่มเติม 50 มม. เหนือบล็อกคอนกรีตที่ใช้ใช้แรงดึงตามแนวแกนถูกพิจารณาในแบบจำลอง ในการทดสอบนี้ พุกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม., 12 มม., 16 มม., 20 มม., 25 มม., 32 มม. ถูกเปรียบเทียบกับผลการทดลอง การตั้งค่าการทดลองสรุปไว้ในตารางที่ 2.2

โดยใช้แบบจำลอง 3D-CSFM Solid Block การวิเคราะห์ครอบคลุมการตรวจสอบอย่างครอบคลุมในด้านต่างๆ รวมถึงลักษณะการดึงออกของพุก การกำหนดเกณฑ์แรงวิกฤต และการทำนายรูปแบบการวิบัติอย่างละเอียด 

คุณสมบัติของวัสดุ

คุณสมบัติของวัสดุของคอนกรีต เหล็กเสริม และพุกที่ใช้ในการวิเคราะห์ CSFM สรุปไว้ในตารางที่ 2.2 ความเค้นครากของเหล็กเสริม (\(f_{yk}\)) และความเค้นสูงสุด (\(k \times f_{yk}\)) รวมถึงกำลังรับแรงอัด (\(f_{ck}\)) ความเครียดพลาสติก (\(\epsilon_{c2}\)) และขีดจำกัดความเครียดพลาสติก (\(\epsilon_{cu2}\)) ของคอนกรีต ถูกเลือกตามเงื่อนไขที่ระบุในหมายเหตุการทดลอง ความแข็งแรงยึดเหนี่ยวยังถูกระบุโดยผู้ผลิตในเอกสารที่ให้มา

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3 Stress strain diagrams of materials: (a) Stress-strain diagram of reinforcement B 500B, (b) Stress-strain diagram of concrete C30/37 }}}\]

การเปรียบเทียบกับผลการทดลอง 

ส่วนนี้เปรียบเทียบผลการทดลองจากผู้ผลิตกับแรงสูงสุดและรูปแบบการวิบัติที่ทำนายโดย 3D-CSFM มีการเปรียบเทียบแรงดึงออกสูงสุดหกกรณี ซึ่งสอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางพุกต่างๆ กับผลลัพธ์จาก 3D-CSFM นอกจากนี้ยังกำหนดรูปแบบการวิบัติเฉพาะสำหรับแต่ละเส้นผ่านศูนย์กลางพุก

รูปแบบการวิบัติและแรงสูงสุด

ตารางที่ 2.4 นำเสนอสรุปที่ครอบคลุมของแรงสูงสุดที่บันทึกในการทดสอบเชิงทดลอง (P_u,exp) และที่ทำนายโดย 3D-CSFM (P_u,3D-CSFM) พร้อมกับรูปแบบการวิบัติที่สอดคล้องกัน อัตราส่วนที่เกินหนึ่งบ่งชี้ว่าการทำนายของแบบจำลองสูงกว่าค่าที่วัดได้อย่างอนุรักษ์นิยม ดังที่แสดงในตารางที่ 2.4 รูปแบบการวิบัติหลักที่ทำนายโดยการวิเคราะห์ 3D-CSFM ทั้งหมดสอดคล้องกับผลการทดลอง แม้ว่าจะมีความแตกต่างบางประการในประเภทย่อยของการวิบัติเฉพาะสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่า การทำนายของ 3D-CSFM โดยทั่วไปมีความแม่นยำ โดยมีแนวโน้มอนุรักษ์นิยมเล็กน้อยที่บ่งชี้โดยอัตราส่วนที่มากกว่า 100% สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่า 

นอกจากนี้ ค่าของ (\(P_{u,bar}\)) และ (\(P_{u,bond}\)) ถูกคำนวณและเพิ่มลงในตาราง

\(P_{u,bar}=A_{bar}\cdot k \cdot f_{yk}\)

\(P_{u,bond}=C_{bar}\cdot l_{bar} \cdot \tau_{bd}\)

โดยที่ (\(A_{bar}\)) คือพื้นที่หน้าตัดของพุก (\(C_{bar}\)) คือเส้นรอบวงของพุก และ (\(l_{bar}\)) คือความยาวของพุกในคอนกรีต

จากค่าที่นำเสนอข้างต้น จะเห็นได้ว่าการทดลองถูกออกแบบเพื่อพิสูจน์ว่าตัวแก้สมการสามารถ คำนวณรูปแบบการวิบัติแบบผสมระหว่างการดึงออกและ YA ได้อย่างถูกต้อง

นอกจากนี้ แบบจำลองเดียวกันที่มีความแข็งแรงยึดเหนี่ยว (\(\tau_{bd} = 12.0 MPa\)) ถูกคำนวณและเปรียบเทียบกับค่าที่กำหนดโดยการวิเคราะห์ของ (\(P_{u,bond}\))

รูปที่ 1.4 ยืนยันผลลัพธ์ที่ระบุในตารางที่ 2.4 โดยแสดงให้เห็นว่าความสามารถเต็มของความเค้นยึดเหนี่ยวถูกบรรลุพร้อมกับขีดจำกัดความเครียด ซึ่งส่งผลให้รูปแบบการวิบัติถูกระบุเป็น การดึงออกและ YA

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.4 Anchor 16 mm: Strain check value (left) and Bond stress (right) }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.5 Anchor 32 mm: Stress flow view }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.6 Anchor 25 mm: Stress in the reinforcement }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.7 Anchor 20 mm: Strain in the reinforcement }}}\]

บทสรุป 

การเปรียบเทียบระหว่างข้อมูลการทดลอง^[1] และเวอร์ชันเบต้าของ 3D-CSFM บ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ที่น่าพอใจ ข้อมูลเชิงลึกสำคัญจากการประเมินเบื้องต้นนี้ได้แก่:

• มีการสร้างความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งสำหรับพุกทั้งหมด ซึ่งเห็นได้ชัดจากรูปแบบการวิบัติที่สังเกตในแบบจำลองและค่าของแรงสูงสุด 
• แม้ว่า 3D-CSFM ยังอยู่ในระยะเบต้า แต่การสอดคล้องกับผลการทดลองแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ที่มีศักยภาพ ความสอดคล้องนี้ให้การตรวจสอบความถูกต้องบางส่วนของประสิทธิภาพของเครื่องมือ แม้ว่าควรตีความด้วยความระมัดระวังเนื่องจากอยู่ในระยะการพัฒนา

เอกสารอ้างอิง 

[1] - HILTI. Hilti HIT - RE500 - SD Injectable Mortar with Rebar (500B). HILTI CORPORATION. Https://www.hilti.com.hk/ [online]. 2016 [cit. 2024-04-22]. Available from: https://www.hilti.com.hk/medias/sys_master/documents/h86/h89/9485674512414/Submittal-ASSET-DOC-LOC-8336225.pdf