การทำนายพฤติกรรมการรับแรงเฉือนของคานคอนกรีตเสริมเหล็กเสริมกำลังด้วยแผ่นเหล็กภายในโดยใช้แบบจำลองไฟไนต์อิลิเมนต์

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาการทำนายพฤติกรรมรับแรงเฉือนของคานคอนกรีตเสริมเหล็กที่ทำการเสริมแผ่นเหล็กภายในเนื้อคานด้วยแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาวิธีการสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของานคอนกรีตเสริมเหล็กเสริมกำลังด้วยแผ่นเหล็ก โดยปรับเทียบความถูกต้องของแบบจำลองกับผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการของ Buppakorn A. และคณะ (2019) แล้วจึงนำไปสู่การสร้างแบบจำลองเพื่อศึกษาหาปัจจัยที่ส่งผลในการเพิ่มกำลังรับแรงเฉือนของคานคอนกรีตที่เสริมแผ่นเหล็กตามยาวประกอบไปด้วย การปรับค่ากำลังอัดประลัยของคอนกรีต การปรับค่ากำลังครากของเหล็กปลอก การปรับค่ากำลังครากของแผ่นเหล็ก และ การปรับค่าจำนวนกับความหนาของแผ่นเหล็ก โดยมีแบบจำลองอ้างอิงจำนวน 4 ตัวอย่าง มีรูปทรงเราขาคณิตของคานขนาด กว้าง 150 mm ลึก 300 mm ความยาวระหว่างฐานรองรับ 1,200 mm ความยาวคานรวม 1,500 mm ซึ่งในแบบจำลองอ้างอิงจะประกอบไปด้วย 2 ชุดตัวแปร ชุดแรกใช้ระยะห่างของเหล็กปลอกต้านทานแรงเฉือนเป็นตัวแปรและชุดที่สองใช้การเสริมและไม่เสริมแผ่นเหล็กหนา 6 mm ตามยาว เป็นตัวแปร โดยทำการทดสอบด้วยให้น้ำหนักบรรทุดสูงสุดผ่านแผ่นเหล็กกดที่กึ่งกลางคาน ซึ่งคานทดสอบทั้งหมดถูกออกแบบให้วิบัติภายใต้แรงเฉือนทั้งหมด การปรับเทียบแบบจำลองกับข้อมูลผลการทดสอบพบว่าผลจากการวิเคราะห์แบบจำลองมีความสอดคล้องกันดีกับผลการทดสอบ คือ น้ำหนักบรรทุกสูงสุดมีเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างกันไม่เกินร้อยละ 5 ค่าสติสเนสของคานหลังการแตกร้าวมีเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างกันไม่เกินร้อยละ 10 พลังงานการดูดซับแรงที่น้ำหนักบรรทุกสูงสุดมีเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างกันไม่เกินร้อยละ 15 และรูปแบบร้อยร้าววิบัติมีแนวใกล้เคียงกัน ผลการศึกษาพารามิเตอร์กำลังอัดประลัยของคอนกรีตพบว่าการเพิ่มกำลังอัดประลัยของคอนกรีตส่งผลต่อการเพิ่มกำลังรับแรงเฉือนแบบมีนัยสำคัญ การปรับค่าความเค้นครากของเหล็กปลอกช่วยเพิ่มการรับแรงเฉือนได้แบบไม่มีนัยสำคัญ เมื่อเพิ่มชั้นเกรดคุณภาพของเหล็กปลอกจะสามารถรับน้ำหนักบรรทุกสูงสุดได้เท่ากับค่าๆ หนึ่งหลังจากนั้นการเพิ่มชั้นเกรดคุณภาพจะไม่ช่วยการเพิ่มกำลังรับแรงเฉือน การปรับค่าความเค้นครากของแผ่นเหล็กนั้นไม่ส่งผลโดยตรงต่อการเพิ่มกำลังรับแรงเฉือนเนื่องจาก การถ่ายแรงเฉือนจากคานเข้าแผ่นเหล็กนั้นเป็นไปอย่างไม่สมบูรณ์ ดังนั้นควรมีการเพิ่มสลักรับแรงเฉือนเพื่อใช้ในการถ่ายแรงเฉือนในตัวแผ่นเหล็กเป็นไปอย่างสมบูรณ์ การปรับจำนวนแผ่นเหล็กส่งผลต่อการเพิ่มสติฟเนสคานและมีอิทธิพลในการเพิ่มกำลังรับน้ำหนักบรรทุกสูงสุดได้แต่จะลดพลังงานในการดูดซับแรงที่น้ำหนักบรรทุกสูงสุดลง (มีค่าการแอ่นตัวของคานน้อยลง) ส่วนการปรับความหนาแผ่นเหล็กนั้นไม่สามารถช่วยเพิ่มกำลังรับน้ำหนักบรรทุกสูงสุดได้เนื่องจากการถ่ายแรงระหว่างคานและคอนกรีตยังเป็นไปอย่างไม่สมบูรณ์