การเสริมความแข็งแรงของเสา

จากโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กหลายชั้น พบว่ากำลังของเสา 9 ต้นไม่เป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบในระหว่างการก่อสร้าง ส่งผลให้อัตราส่วนแรงอัดตามแนวแกนสูงเกินไป ซึ่งไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความเหนียวตามค่าขีดจำกัดของอัตราส่วนแรงอัดตามแนวแกน ในแง่หนึ่ง การหุ้มด้วยวัสดุ CFRP สามารถเพิ่มกำลังอัดตามแนวแกนของคอนกรีตได้ในระดับหนึ่ง ในทางกลับกัน ผลกระทบจากแรงยึดติดตามขวางของการหุ้มด้วยเส้นใยคาร์บอนบนเสายังสามารถปรับปรุงความเหนียวของเสาภายใต้แรงกดในแนวนอนได้อย่างมีนัยสำคัญ และเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความเหนียวตามอัตราส่วนแรงอัดตามแนวแกน

โดยการคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักและความเหนียว เสาสามต้นที่มีความแข็งแรงต่ำกว่าจะถูกหุ้มด้วยแผ่นใยสังเคราะห์ CFRP สามชั้นตลอดความสูงของเสา สำหรับเสาอีก 6 ต้นที่เหลือ จะมีการหุ้มด้วยแผ่นใยคาร์บอนไฟเบอร์ 2 ชั้นตลอดความสูงของเสา

การวิเคราะห์ความสามารถในการรับน้ำหนักและความเหนียวของวัสดุเสริมแรงหุ้ม CFRP

หลังจากการเสริมแรงด้วยการหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ ความสามารถในการเฉือนและความเหนียวของเสาโครงสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ

โครงสร้างเดิมเป็นเสาโครงขนาด 800 x 800 มม. สูง 3.6 ม. จากผลการวิจัยที่เกี่ยวข้อง พบว่าความสามารถในการรับแรงเฉือนของแผ่น CFRP สามารถปรับปรุงได้โดยการคำนวณแบบกด

สำหรับรูปแบบการห่อทั้งหมดของโครงการ สูตรคือ

ความแข็งแรงของคอนกรีตที่ออกแบบคือ C40 จากการคำนวณนี้ ความสามารถในการรับแรงเฉือนของเสาเดี่ยวควรอยู่ที่ 1312 กิโลนิวตัน สำหรับเสาสามต้นที่มีความแข็งแรงต่ำกว่า ความแข็งแรงของคอนกรีตต่ำสุดคือ 28.3 เมกะปาสคาล และความสามารถในการรับแรงเฉือนที่ 1031 กิโลนิวตันโดยไม่ได้เสริมเหล็ก เมื่อหุ้มด้วย CFRP สามชั้น ความสามารถในการรับน้ำหนักจะเพิ่มขึ้น 319 กิโลนิวตัน และความสามารถในการรับน้ำหนักรวมคือ 1350 กิโลนิวตัน ซึ่งสูงกว่าความสามารถในการรับน้ำหนักที่ออกแบบไว้ สำหรับเสาอีก 6 ต้นที่เหลือ ความแข็งแรงของคอนกรีตขั้นต่ำคือ 35 เมกะปาสคาล และความสามารถในการรับแรงเฉือนที่ 1209 กิโลนิวตันไม่ได้เสริมเหล็ก เมื่อหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์สองชั้น ความสามารถในการรับน้ำหนักจะเพิ่มขึ้น 246 กิโลนิวตัน และความสามารถในการรับน้ำหนักรวมคือ 1455 กิโลนิวตัน ซึ่งสูงกว่าความสามารถในการรับน้ำหนักที่ออกแบบไว้

จากผลการทดสอบ พบว่าเมื่อหาอัตราส่วนแรงอัดตามแนวแกน ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนียวของเสา CFRP จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามค่ากำลังเฉือนและค่าสัมประสิทธิ์การดัดที่ต่ำ Vs/Vm เมื่ออัตราส่วนแรงอัดตามแนวแกนเท่ากับ 0.48 จะมีสูตรการปรับค่าดังนี้

μ=-1.278+5.233V_s/V_M

จะเห็นได้จากสูตรด้านบนว่ายิ่งความแข็งแรงเฉือนของเส้นใยคาร์บอนมากขึ้นเท่าใด ค่า Vs/VM ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และปัจจัยความเหนียวก็จะมากขึ้นด้วย

นอกจากนี้ ตามเอกสาร เมื่อค่าสัมประสิทธิ์ความเหนียวคงที่ ค่าสัมประสิทธิ์ลักษณะเฉพาะของโกลนจะมีความสัมพันธ์กับอัตราส่วนการบีบอัดตามแนวแกนดังนี้:

สูตรด้านบนแสดงให้เห็นว่าเมื่ออัตราส่วนการบีบอัดตามแนวแกนเพิ่มขึ้น อัตราส่วนห่วงจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสมเพื่อรักษาค่าสัมประสิทธิ์ความเหนียวไม่เปลี่ยนแปลง

ตามการประมาณแบบอนุรักษ์นิยม โดยถือว่าอัตราส่วนการอัดตามแนวแกนของเสาเพิ่มขึ้น 0.3 อันเนื่องมาจากความแข็งแรงของคอนกรีตลดลง ค่าสัมประสิทธิ์ลักษณะเฉพาะของคานถ่างที่สอดคล้องกันคือ 0.066 และค่าสัมประสิทธิ์ลักษณะเฉพาะของคานถ่าง CFRP ใหม่คือ 0.097 ซึ่งตรงตามข้อกำหนดอย่างครบถ้วน

จากการวิเคราะห์ข้างต้นจะเห็นได้ว่าปริมาณของการหุ้ม CFRP ควรพิจารณาจากความสามารถในการรับน้ำหนักและดัชนีความเหนียวเมื่อเสา RC ได้รับการเสริมความแข็งแรงด้วยการหุ้ม CFRP เพื่อปรับปรุงความสามารถในการต้านทานแผ่นดินไหว