การเสริมกำลังป้องกันแผ่นดินไหวของหอคอยโบราณ

การแนะนำโครงการ

เจดีย์โบราณสร้างขึ้นในปีแรกของรัชสมัยเจิ้งกวนในราชวงศ์ถัง มีอายุกว่า 1,300 ปี เป็นอาคารสไตล์อาหรับดั้งเดิมที่มีคุณค่าทางวัฒนธรรมอันสูงส่ง

โครงสร้างหลักของหอคอยโบราณประกอบด้วยหอคอยหลักและหอคอยเล็ก ความสูงรวม 34.246 เมตร โดยหอคอยหลักสูง 23.634 เมตร และหอคอยเล็กสูง 10.612 เมตร หอคอยหลักประกอบด้วยทรงกระบอกด้านนอกและทรงกระบอกด้านใน เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 8.53 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 6.05 เมตร

ในปัจจุบันเจดีย์โบราณมีปัญหาหลักๆ ดังนี้

1) หอคอยหลักและหอคอยเล็กมีองศาความเอียงและทิศทางที่แตกต่างกัน ผนังของตัวหอคอยมีลักษณะนูนบางส่วน ฐานด้านบนหอคอยหลักมีลักษณะเอียง และส่วนแกนกลางและผนังด้านนอกมีลักษณะทรุดตัวไม่เท่ากัน

2) มีรอยแตกร้าวที่เห็นได้ชัดบนผนังด้านนอกของหอคอยหลัก ซึ่งรวมถึงรอยแตกร้าวในแนวตั้ง รอยแตกร้าวในแนวนอน และรอยต่อทะลุที่มุมหน้าต่าง พื้นผิวด้านนอกของหอคอยถูกลอกออกและยอดแหลมได้รับความเสียหายอย่างรุนแรง บ่งชี้ว่าหอคอยโบราณแห่งนี้มีปัญหาเรื่องความสามารถในการรับน้ำหนักในพื้นที่ไม่เพียงพอ

3) การเสียรูปของหอคอยหลักและหอคอยเล็กมีความไม่สม่ำเสมอ และหอคอยเล็กได้รับผลกระทบจาก "เอฟเฟกต์สะบัดคอ" ซึ่งยิ่งทำให้ความเสี่ยงที่หอคอยเล็กจะพังทลายลงภายใต้อิทธิพลของพายุเฮอริเคนและแผ่นดินไหวรุนแรงยิ่งขึ้น

การเปรียบเทียบและการเลือกตัวเลือกการเสริมแรง

ตามสภาพทางวิศวกรรมจริง วิธีการเสริมแรงที่ใช้กันโดยทั่วไป ได้แก่ วิธีการเสริมแรงแบบขยายหน้าตัด วิธีการเสริมแรงด้วยเหล็กภายนอก วิธีการอัดแรงล่วงหน้า และวิธีการเสริมแรงแบบดั้งเดิมอื่นๆ และวิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ วิธีการเสริมแรงแบบดั้งเดิมจะเพิ่มปริมาตรและน้ำหนักของโครงสร้าง และกระบวนการมีจำนวนมาก ระยะเวลาก่อสร้างยาวนาน ใช้เครื่องจักรจำนวนมาก และใช้พื้นที่ก่อสร้างและพื้นที่ก่อสร้างมาก วิธีการเสริมแรงด้วยผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงสูง วัสดุอ่อนนุ่ม ติดตั้งง่าย และสะดวก ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เครื่องกลขนาดใหญ่หรือวิธีการยึดอื่นๆ หลังจากการเสริมแรงเสร็จสิ้น น้ำหนักโครงสร้างจะเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย มีความแข็งแรงทนทานสูง และทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ทำให้สามารถเสริมแรงได้เสร็จภายในระยะเวลาอันสั้น

เสริมคาร์บอนไฟเบอร์

เนื่องจากเจดีย์โบราณแบ่งออกเป็นสองส่วน คือ เจดีย์หลักและเจดีย์เล็ก จึงต้องพิจารณาแยกกันในการเสริมความแข็งแรง ขั้นแรก ใช้ปูนอีพอกซีเรซินในการยาแนวพื้นผิวของเจดีย์โบราณ จากนั้นติดแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ทรงกลมกว้าง 300 มม. จากด้านล่างของหอคอยหลักไปยังหอคอยหลัก โดยเว้นระยะห่าง 1 เมตร (ระยะกึ่งกลาง) และติดให้แน่น 12 เมตร จากนั้นติดแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ทรงกลมกว้าง 300 มม. จากหอคอยหลัก โดยเว้นระยะห่าง 12 เมตร ถึง 1.5 เมตร (ระยะกึ่งกลาง) แล้วติดลงบนยอดหอคอยหลัก นอกจากนี้ บนหอคอยหลักยังติดแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์กว้าง 300 มม. ในแนวตั้งจากด้านล่างของหอคอยไปยังยอดหอคอย โดยเว้นระยะห่างเท่าๆ กันในทิศทางรอบวง รวมเป็นแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ตามยาว 8 แผ่น

การจัดวางคาร์บอนไฟเบอร์ของหอคอยขนาดเล็กนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะคล้ายคลึงกับหอคอยหลัก โดยวางแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์กว้าง 250 มิลลิเมตร ไว้ทุก ๆ ระยะ 1 เมตร (ระยะกึ่งกลาง) จากด้านล่างของหอคอยขนาดเล็กไปจนถึงความสูง 2 เมตรจากหอคอยขนาดเล็ก จากนั้นวางแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์วงกลมกว้าง 250 มิลลิเมตร ไว้ทุก ๆ ระยะ 2 เมตร (ระยะกึ่งกลาง) จากหอคอยขนาดเล็ก แล้วติดเข้ากับด้านบนของหอคอยขนาดเล็ก ในทำนองเดียวกัน บนหอคอยขนาดเล็ก ตั้งแต่ด้านล่างของหอคอยไปจนถึงด้านบนของหอคอย จะมีแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์กว้าง 250 มิลลิเมตร ติดอยู่ตามแนวตั้ง โดยเว้นระยะห่างเท่า ๆ กันในแนวเส้นรอบวง รวมเป็นแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ยาว 8 แผ่น โดยตำแหน่งจะตรงกับแนวยาวของหอคอยหลัก ดูรูปที่ 5 สำหรับรูปแบบการเสริมความแข็งแรงของหอคอยแบบโบราณ

สรุปแล้ว

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเสริมแรงเบื้องต้น วิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงสร้างหอคอยโบราณที่เสริมแรงได้ประมาณ 20% ในขณะที่ความแข็งไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก แสดงให้เห็นว่าวิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อความแข็งแกร่งของโครงสร้าง และเหมาะสมกว่าสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพการรับแรงสั่นสะเทือนของอาคารโบราณมากกว่าวิธีการเสริมแรงแบบอื่นๆ นอกจากนี้ วิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ยังสามารถลดการตอบสนองการเคลื่อนตัวด้านบน การตอบสนองการเร่งความเร็ว และแรงเฉือนและโมเมนต์การพลิกคว่ำที่ด้านล่าง ของโครงสร้างหอคอยโบราณ ซึ่งมีผลอย่างมากต่อการป้องกันไม่ให้โครงสร้างหอคอยโบราณเอียงและพังทลายภายใต้แรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว

ในเวลาเดียวกัน การเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ยังสามารถรับประกันรูปแบบสถาปัตยกรรมภายนอกของหอคอยโบราณดั้งเดิมได้ในระดับสูงสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสอดคล้องกับแนวคิดการเสริมแรงแบบ "อาคารเก่าแก่" ของอาคารโบราณ และยังมีแนวโน้มการประยุกต์ใช้ที่ดีในด้านการเสริมแรงอาคารโบราณอีกด้วย